王莲 水文模型

1、SIMHYD模型在维多利亚流域的运用要：本文介绍了 SIMHYD降水径流模型的结构级模型主要参数。本文 将SIMHYD降水径流模型运用在victory流域，模拟了 victory流域的降雨径流过程，并对模型参数的敏感性进行了简单的分析。结果表明，SIMHYD模型可以较好的模拟该流域的降雨径流过程；SIMHYD模型中同 一参数在该参数不同的取值范围内的敏感度不同。关键词：水文模型参数敏感性1引言流域水文模型是模拟流域水文过程所建立的数学结构，水温模拟首先就是开发 研制一个水文模型。目前，国内外开发研制的水文模型众多，结构各异，分类方法 也不同。按对流域水文过程描述的离散程度分类，可分为集总式模型

2、、分布式模型 和半分布式模型。按模型构建的基础分类可分为物理模型、概念性模型和黑箱子模 型三类。物理模型是根据物理或力学上的一些基本定律对水文现象进行描述的模型。 概念性模型是以物理成因机制为基础，对水文现象提出假设、概化和数学模拟的模 型。黑箱子模型主要是依靠数学模型来确定水文现象个影响因素间关系描述的模型。 本文用到的是SIMHYD模型，SIMHYD模型的一个特点是考虑了超渗和蓄满两种产流 机制。2模型简介模型SIMHYD模型是由HYDROLOG模型7O8和MODHYDROLOG模型简化而来的, 通过降雨和地区潜在蒸发能力数据来估计径流量。SIMHYD模型的径流产出量由3部分生成：超渗地表

3、径流、壤中流和基流（图1）。 下面简单介绍这3部分径流量的生成过程。首先，降雨被地表植被截留，大于入渗 能力的那部分剩余雨量就成为超渗地表径流。入渗水量经过土壤水分的再分配可分 为3部分：壤中流水量、下渗补给地下水的水量和土壤含水量。壤中流是土壤湿润 度的线性函数，由土壤湿润度的线性关系算出。同样通过土壤湿润度的线性比例可 以算出下渗补给地下水的水量。剩余的水量就作为土壤水保存下来。土壤蒸发量也 是土壤湿润度的线性函数，但必须小于潜在蒸发能力。土壤蓄水容量是一个有限值, 超过的水量便补给地下水。地下水的基流量是由地下水储藏量乘上基流退水系数而 得。图一 SIMHYD模型结构框图3模型参数根据S

4、IMHYD模型参数概念分析方法初定参数。SIMHYD模型有7个参数，是从 HYDROLOG模型的17个参数以及19个参数的MODHYDROLOG模型中简化来的，具有概念清 晰、结构合理、参数较少、参调方便和计算精度较高等优点。SIMHYD模型的7个参 数：下渗能力参数(infiltration coeff)、基流退水系数(base flow)、壤中流 出流系数(interflow coeff)、地下水方程比例系数(recharge coefficient)、 Perv.Fraction、RISC和Impervious Threshold系数。以下是SIMHYD模型中的参数的运算方程：imper

5、viousET= min(pet,(1-perviousFraction)*perviousThreshold,imperviousIncident)interceptionET=min(perviousIncident,pet,rainfallInterceptionStoreCapacity)infiltrationCapacity二 perviousFraction x infiltrationCoefficient*exp(-infiltrationShape*soilMoistureFraction)infiltration二 min(throughfall, infiltratio

6、nCapacity )interflowRunoff二interflowCoefficient*soilMoistureFraction*infiltrationinfiltrationAfterInterflow= infiltration - interflowRunoff;recharge二rechargeCoefficient*soilMoistureFraction*infiltrationAfterInterflowsoilInput= infiltrationAfterInterflow - recharge下表是SIMHYD模型中的参数及其系统默认值和系统默认的最大值、最小值，

7、以 及手动调节后个参数在模型中的取值。ParameterDefault valueDefault minDefault max调节后参数值Baseflow Coefficient (基流参数)0.30.01.00.32Impervious Threshold1050.8Infiltration Coefficient200040057Infiltration Shape30100.1Interflow Coefficient0.10.01.00.11Pervious Fraction0.90.01.01.0Rainfall Interception Store Capacity1.50.05.

8、04.7Recharge Coefficient0.20.01.00.2Soil Moisture Store Capacity3201.0500.0194.94区域概况victory的四季与北半球相反，9月至11月是春天，12月至2月是夏天，3月至5 月是秋天，6月至8月是冬天。每年1、2月是该州最炎热的月份，平均最高气温为： 山区20，沿海地区25C，西北部35C。7、8月份气温最低，各地区的平均最低温 度在0C8C之间。该州降雨量自东南向西北逐渐减少，年平均降雨量为660毫米。一天平均日照时间 5.7小时。维多利亚市位于加拿大西南的温哥华岛的南端，地处北纬4825，西经 12322，是温

9、哥华岛上最大的城市和不冻港。它气候温和，属海洋性气候。5选用资料选用victory 1974/1/1至 1983/12/31共十年的日资料进行流域模型计算（其 中1974年-1979年作为率定期，1976年-1983年作为检验期）。资料包括：流域内10 年逐日降雨量、时段实测水面蒸发量和逐日和时段流量过程资料。6 SIMHYD模型在victory流域的运用6.1模型适用论证下图是Victory地区率定期和校核期（紫色为率定期，黄色为校核期）的月降雨 量对比图。(LIWoEfEE)堀一号螺。0.00 .0.00125.00 100.00-75.00 -50.00-25 00-25.0050.00

10、(LIWoEfEE)堀一号螺。0.00 .0.00125.00 100.00-75.00 -50.00-25 00-25.0050.0075.00100.00125.00Observed (mm/month)Calculated Vs. Observed (monthly) Nash-Sutcliffe Criterion for calibration: 0.953 Nash-Sutcliffe Criterion for verification: 0.903图一 Victory地区率定期和校核期（紫色为率定期，黄色为校核期）的月降雨量对比图下图是Victory地区流量过程线模拟值与实测值

11、的比较（红色为实测值，白色 为观测值）。70.0060.00-50.00-40.00-Duration Curve(EE)专 unlr70.0060.00-50.00-40.00-Duration Curve(EE)专 unlr30.00 J| Qbs- RunoffIJ Runoff20.00 Jo.oo10.00 Ho.oo10.00 H图二流量过程线下图是Victory地区校核期流量过程线模拟值与实测值的比较图（红色为实测值， 白色为观测值）。Duration Curve20.00 H15-00 T0.100 200 300.400.500 600 700.8015-00 T0.100

12、200 300.400.500 600 700.800 90FrequencyI | Obs. RunoffI Runoff图三流量过程线由图一可知，在手动调节SIMHYD模型中参数后，可使得模型率定期的Nash系数 达到0953，校核期的Nash系数达到了0.903。结合图二、图三可知实测资料与模拟 资料拟合较好，所以SIMHYD模型在Victory地区的运用较为合适。6.2参数敏感性分析以参数Infiltration shape为例，SIMHYD模型中同一参数在该参数不同的取 值范围内的敏感度不同。由图四可以看出，SIMHYD模型中，参数Infiltration shape的模型默认取值

13、范围是0.00-10.00，且参数Infiltration shape在不同取值段的敏感度不一致。 参数Infiltration shape在1.00-4.00取值段则敏感度非常高，在4.00-8.00阶段 的敏感度较弱，而在0.00-1.00阶段、8.00-10.00阶段参数Infiltration shape 的敏感程度非常低。并且，模型中其他几个参数在各自的取值范围内的敏感程度也 是变化的。所以，SIMHYD模型中同一参数在该参数不同的取值范围内的敏感度不同。7误差分析与结果讨论7.1误差分析影响流域降雨径流过程的因素很多，SIMHYD模型的结构与参数能反映victory区 域降雨径流过

14、程的主要规律与特点，因而能获得较好的精度。但是，模型本身以及 模型的计算中有许多的概化，会造成误差。误差来源主要有以下几个方面：1）面平 均降雨量的计算误差是产流误差的主要来源雨量站对于多年平均降雨来讲，基本 能控制降雨的空间分布。但对于不同年份以及不同时期，其差别比较大。2）人类活 动的影响3)模型参数的影响模型参数是根据输入，通过模型计算输出，再将输 出过程与实测过程进行比较，用系统识别的方法做优化调试的，上述所率定的模型 参数可能不是最优的。7.2结论SIMHYD模型是一个概念清晰、结构简单的水文模型。其参数比较容易调试，具 有较强的实用性。以victory流域为研究区域，利用简单的集总

15、式水文模型SIMHYD 模型进行了径流模拟计算，研究结果表明SIMHYD模型在victory地区模拟产流是适用 的。在此基础上，对SIMHYD模型进行了参数敏感性分析，得出SIMHYD模型的参数中 在参数每个调节范围内的敏感度是不一样的，总的来讲模型参数中最敏感的是下渗 能力参数(infiltration coeff)、基流退水系数(base flow)和壤中流出流系数 (interflow coeff)，其次是地下水方程比例系数(recharge coefficient)、 Perv.Fraction。最不敏感的是RISC、Impervious Threshold系数。从模型结构入手， 结合研究流域的水文气候，分析参数敏感性差异的原因，并进行参数敏感性年内变 化合理性分析。认为参数敏感性给模型模拟结果带来的不确定性影响很复杂。参考文献：李丹，张翔，张扬.水文模型参数敏感性的区间分析D.水资源与水电工程科学国家 重点实验,2011张利茹，管仪庆，叶彬，等.新安江模型参数敏感性分析的实证研究J.水电能源科学， 2008, 26( 5 ) : 16- 17.谭炳卿.水文模型参数自动化优选方法的自动优选方法的比较分析J.水文，1996(5)： 8-13.庄一,林三益.水文预报.北京：水利水电出版社