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利用双抛物线型土壤蓄水容量曲线对新安江产流模型的改进12008年01月04日星期五 19:57 在降雨径流模拟时，单抛物线结构上的缺陷部分地得到了其它参数的补偿，如稳定下渗率fc、基流退水常数Kr和地面径流汇流滞后系数,这些参数值都大于双抛物线的情况（表1），在湿润季节或接近湿润季节，土壤水分状况偏于落在或高于图4的B区，因此单抛物线预报的径流大于双抛物线。在模型率定时，为了使得流域出口模拟流量与实测吻合，单抛物线模型通过增大β值压抑可能出现的太高预报流量，从而使模型得到补偿，单抛物线模型中较大的Wlm值趋于造成地下径流预报偏小，然而又是通过增大稳定下渗率fc和退水常数Kr使模型得到补偿，在模型率定的时候，我们发现单抛物线参数b和Wlm对一些前提条件相当敏感，如资料的质量和预置参数值，但双抛物线模型中参数b、c和Wlm对这些条件则没有这么敏感。单抛物线指数b值太高也引起径流预报和目标函数浮点计算误差，进一步造成模型率定的不稳定性。表2 日水文资料对改进前后新安江模型的率定和验证结果(有关次洪情况摘自日模拟过程)年份或暴雨(1) 原新安江模型改进后新安江模型土壤水分状况在曲线上的区位 -------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------- 预报总径流/mm(2) 实测总流量a/mm(3) 预报误差(%) 预报总径流/mm(5) 实测总流量a/mm(6) 预报误差(%) 单抛物线双抛物线 -------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------- 暴雨前暴雨后暴雨前暴雨后 1985年1986年1987年 876698933 947713931 7.52.0–0.3 898711935 944717931 4.90.8-0.4 模型率定 1.1985年4月12-18日2.1985年6月9-17日3.1985年8月5日-9月12日4.1986年4月20-25日5.1986年5月10-14日6.1986年7月11-16日7.1987年3月15-21日8.1987年4月4-9日9.1987年7月21日-8月4日 877231238461343361224 9810234150361225773219 11.829.48.525.1–25.0–9.943.115.3-2.5 777031052431355265229 859431448321125464206 9.325.71.1-8.8-37.4-20.13.2-0.5-1.3 BABAACAAC BBCABCABC BBBAABAAB BBBABBABB 1988年 821 815 -0.7 836 818 -2.2 模型验证 10.1988年5月12-20日11.1988年6月25日-7月2日12.1988年10月28日-11月3日13.1988年11月13-21日 17997102108 1529513097 -17.6-0.021.8-11.4 16995107102 14285117105 -19.2-10.78.12.6 ABAB BBBB BBAB BBBB 注：a根据实测流量过程计算并折算成径流深。图5(a) 暴雨(4)模拟与实测流量过程比较图5(b) 暴雨(7)模拟与实测流量过程比较 4 结论理论和实例应用表明，双抛物线模型有一种内在结构，能够同时描述流域面上多种土壤水分状态并存的分布，它利用曲线的下枝代表与低地和雨季有关的湿润土壤水分状态，曲线的上枝代表与高地和旱季有关的干燥土壤水分状态，从下枝到上枝的一段对应于从低地到高地的山坡或从一个季节到另一个季节转变时期的从湿润到干燥的过渡过程。整条曲线连续并一阶光滑，它利用参数c和b来反映这些不同土壤水分状态在流域面上或一个水文年内所占的比重和分布梯度。相反原单抛物线则缺少这种结构，它是双抛物线的一个特例，结果只能偏重于单一土壤水分状态，或湿润（b＞＞1），或干燥（b＜＜1＝。当一种状态不能始终控制整个流域时，比如高低地占流域的面积比重相当或干湿的时间相当，这时要确定单抛物线指数参数b非常困难。因此，与单抛物线相比，双抛物线反映的是自然流域中客观存在的多种土壤水分分布状态的普遍规律，双抛物线水文模型参数具有更好的独立性，易于率定且数值合理。在水文预报应用时，对于发生在湿润季节的暴雨，2种曲线的表现差不多，但双抛物线大大地改进了那些发生在旱季及旱湿过渡时期的暴雨径流预报。应用双抛物线对新安江模型及那些基于土壤蓄水容量不均匀分布的流域水文模型（如VIC模型[11]和Arno模型[12]）进行改进，有助于提高这些模型的适用范围和预报精度。参考文献：[1] 华东水利学院.中国湿润地区洪水预报方法 [M].北京：水利电力出版社，1978.[2] Sivapalan M, Woods R A. Evaluation of the effects of general circulation models' subgrid variability and patchiness of rainfall and soil moisture on land surface balance fluxes [J].Hydrological Processes, 1995, 9:697-717.[3] Moore R D, Thompson J C. Are water table variations in a shallow forest soil consistent with the TOPMODEL concepts [J].Water Resources Research,1996,32:663-669.[4] Kalma J D, Bates B C, Woods R A. Predicting catchment-scale soil moisture status with limited field measurements [J].Hydrological Processes,1995, 9: 445-467.[5] Crave A, Gascuel-Odoux C. The influence of topography on time and space distribution of soil surface water content [J].Hydrological Processes, 1997,11: 203-210.[6] Gan T Y, Dlamini E M, Biftu G F. Effects of model complexity and structure, data quality, and objective functions on hydrologic modeling [J].Journal of Hydrology,1997,192:81-103[7] 赵人俊.流域水文模拟 [M].北京：水利电力出版社，1984.[8] Grayson R B, Western A W, Chiew F H S, Bl?schl G. Preferred states in spatial soil moisture patterns:local and nonlocal controls [J].Water Resources Research, 1997,33:2897-2908.[9] M C Zhou. Modified Xinanjiang model and its incorporation with GIS and TOPMODEL [D]. Ph.D.Thesis, the University of Hong Kong,2000.[10] Goffe W L, Ferrier G D, Rogers J. Global optimization of statistical functions with simulated annealing [J].Journal of Econometrics,1994,60:65-99.[11] Wood E F, Lettenmaier D P, Zartarian V G. A land-surface hydrology parameterization with subgrid variability for general circulation models [J].Jounral of Geophysical Research, 1992, 97:2717 -2728.[12] Dümenil L, Todini E. A rainfall-runoff scheme for use in the Hamburg climate model [C]. Advances in Theoretical Hydrology:A Tribute to James Dooge (edited by J.P.O'Kane),Elsevier, Amsterdam,1992.

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