天然流域通常由若干互不嵌套的小流域组成。进行流域汇流计算时,按照小流域划分单元,再利用河网根据水流方向将这些单元联系起来,就构成了流域降雨径流模型,如图10.19所示。流域水文模型多数还属于概念性模型,即在一定程度上反映了流域汇流过程的物理概念,但未能完全以数学物理方式严格描述汇流过程。
按照等流时面积划分单元的方式,虽然具有各单元面积上的净雨同时流达流域出口断面的优点,但等流时面积一般较为狭长,很难满足净雨均匀的要求,因而效果不能令人满意。按照小流域划分单元,在一定程度上将会有所改进。
各单元流域的汇流可因地制宜采用不同方法。一般单元流域可采用上述瞬时单位线或经验单位线方法进行汇流计算;形状特殊单元,因其面积-时间曲线呈双峰,则可采用等流时线方法进行汇流计算。山区雨洪汇流多具有非线性特征,应尽可能依据资料条件作非线性修正。
下面以新安江模型为例,说明建立流域水文模型的一般方式和应用途径。
【例10.4】 新安江流域降雨径流模型[6][7][9]。
图10.19 流域水文模型结构示意图
(a)依据小流域划分单元;(b)汇流计算网络结构
该模型是我国河海大学(原华东水利学院)赵人俊等建立的,经多年应用与改进,效果良好。新安江水库以上流域面积10480km2,报汛雨量站10个,分布大体均匀。建模过程中主要考虑了下述问题:
(1)单元面积划分原则。主要考虑因素:①尽可能使单元面积与自然流域结合;②各单元面积尽可能接近;③同一单元内自然地理条件尽可能相似;④每一单元内至少有一个报汛雨量站;⑤有水文站控制断面,尽可能作为单元划分的控制断面。因而,单元面积以雨量站代表,水库水面很大,产汇流条件与天然流域不同,另划为一个单元。按照新安江自然状况和雨量站分布,将整个流域划分为11个单元,如图10.20所示。各单元面积见表10.6。由于并非每个单元都有水文站,那些没有测站的单元属于无资料地区。模型中采用代表性流域途径解决这一问题,即在流域之内或自然条件相近地区找一面积与单元面积相近且具有实测资料的小流域,实际采用青山殿流域作为代表性流域,面积1440km2。将此代表性流域的分析成果移用于各单元面积,作为计算初始值。(www.xing528.com)
表10.6 新安江水库以上流域单元面积的划分
图10.20 新安江流域单元面积图
(2)产流量计算及水源划分。模型中设置了不透水面积占全流域面积之比IMP,地下水进一步划分为3种水源[9],加上直接径流共4种水源,蒸散发采用三层模型计算,其流程如图10.21所示。
(3)单元面积汇流计算。直接径流依据代表性流域求得单位线后,转化为无因次单位线。设每个单元面积的无因次单位线相同,实际单位线为该无因次单位线的纵坐标乘以单元流域面积。由于各单元采用相同的单位线,所以要求各单元面积大小相近。由于地下径流汇流时间很长,远超过河道汇流历时,故不再考虑地下径流在流域面上分布的不均匀性,采用全流域总体计算方案。
(4)河道汇流计算。新安江模型中河道汇流采用马斯京根分段连续演算法,取Δt=3h,根据流域中、下游实测水文资料,求得中、高水时C=2.0m/s,因而Δl=20km。从水库周边为起点向上游将全流域划分为3个单元河段,各单元的n值见表10.6。具体细节可参阅文献[8]。
图10.21 新安江模型示意图
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