19数字新安江.doc

第19章 考虑植被作用的新安江模型 任立良，袁飞 19.1概述 图19-1 考虑植被作用的新安江模型结构 19.2数字流域水系19.2.1 DEM数据的预处理19.2.2 栅格单元流向的确定 （19.1） 式中，Fi,j为栅格i分配给第j个栅格的流量与总流量的比例，Si,j为栅格i与栅格i间的坡度，p为无量纲经验常数，约为1.1。多流向算法在模拟耗散流时，比单流向算法更切合实际，但确定大流域的栅格流向比较耗时。 尽管多流量算法能够很好地模拟河流源区的水道，但是对水道发育完好的辐合水流区域，单流向算法能够给出最优的结果(Martz et al., 1992)。本研究采用DEDNM的D8算法确定全流域栅格单元的水流方向，同时生成一个包括流域内所有格网单元水流方向的矩阵。 19.2.3 流域分水线和河网水系的确定 ）19.2.4 栅格水系最优汇流演算次序的计算 图19-3 考虑植被作用的新安江模型汇流演算最优次序计算简图 19.3 水文模型基本原理 19.3.1 单元产流模块 图19-4 单元产流模块结构图 产流量根据蓄满产流机制计算，即包气带的土壤蓄水量未达到土壤蓄水容量时不产流，所有降雨都被土壤吸收，成为张力水；土壤蓄水量达到土壤蓄水容量时，所有净雨（降水减去同期截留、土壤蒸发和植被蒸腾）均产流。包气带土壤蓄水容量通常不是包气带土柱中的全部含水量，而是其中实际可变的水量，即包气带达田间持水量时的土湿与最干旱时的土湿之差。对于南方湿润地区，植被覆盖较好，土壤含水量低于调萎含水量时植被蒸腾作用停止，仅有微量的裸土蒸发，因此本研究认为包气带的土壤蓄水容量近似等于凋萎含水量与田间持水量间的土壤水量，即： （19.2） （19.3） （19.4） （19.5） 其中WM为栅格单元平均土壤蓄水容量（mm）；UM、LM和DM分别为上层、中层和下层的土壤蓄水容量（mm）；θw为凋萎含水量（m3m-3）；θf为田间持水量（m3m-3）；D1、D2和D3分别为上层、中层和下层土壤的厚度（mm）。若栅格单元的面积较大，栅格单元内各点的土壤蓄水容量通常并不相同，本模型采用新安江模型的土壤蓄水容量曲线（图19.5a）描述栅格单元内土壤蓄水能力分布的不均匀性。如图19.5a所示，W’mm为栅格单元内最大的点蓄水容量，W’m为栅格单元内某一点的蓄水容量，f表示土壤蓄水能力≤W’m的面积，F为栅格单元的面积，B为抛物线指数，土壤蓄水容量曲线为： （19.6） 栅格单元平均蓄水容量WM为: （19.7） 栅格单元初始平均蓄水量W0为: （19.8） 其中θ10、θ20和θ30分别为上层、中层和下层的初始土壤含水量（m3 m-3）。W0对应的纵坐标A为： （19.9） 净雨量PE为： （19.10） 其中P为植被冠层以上的降水量（mm）；I为植被冠层截留量（mm）；Ec1上层土壤内植物根系作用的蒸腾量（mm），Ec2中层土壤内植被根系作用的蒸腾量（mm）；Es为上层土壤蒸发量（mm）。当PE≤0时，不产流，即产流量R=0。当PE＞0时产流，若PE+A＜W’mm， （19.11） 若PE+A≥W’mm， （19.12） （a） （b） 图19.5 土壤张力水蓄水容量曲线（a）与自由水蓄水容量曲线（b） 考虑植被作用的新安江模型与新安江三水源模型一致，采用一个自由水蓄水库进行水源划分。自由水水库设置两个出口，其出流系数分别为KI 和KG。产流量R进入自由水库内，通过两个出流系数和溢流的方式把它们分为地面径流（RS）、壤中流（RI）和地下水流（RG）。 自由水的蓄水能力在产流面积（FR）上的分布也是不均匀的。按照张力水分布不均匀的方式，把自由水的蓄水能力在产流面积上的分布也用一条抛物线来表示（图19.5b）。用SMMF 表示产流面积上最大一点的蓄水容量；SMF′表示产流面积上某一点的自由水容量；FS/FR 表示自由蓄水能力≤SMF′的面积