水文模型薩克拉門托模型PPT學習教案

1、會計學1水文模型薩克拉門托模型水文模型薩克拉門托模型薩克拉門托流域水文模型薩克拉門托流域水文模型薩克拉門托流域水文模型是美國天氣局水文辦公室薩克拉門托預報中心、和于70年代初期在第IV號斯坦福模型基礎上改進和發(fā)展的。1973年研制成功了日流量模擬程序，1975年又進一步提出了6h時段模擬程序，因它始用于薩克拉門托河而得名該模型功能較完善，能應用于大、中流域，又能適應濕潤地區(qū)和干旱地區(qū)，它在美國的水文預報中得到了較廣泛的應用，也是我國引進的模型中人們較為熟悉的模型之一。第1頁/共34頁薩克拉門托河薩克拉門托河薩克拉門托河位于美國加利福尼亞州中部，是該州最長的河流，它發(fā)源于卡斯克德山脈的沙斯特山附

2、近，最后注入太平洋舊金山灣北支舒森灣。河流全長615km，總流域面積約為萬平方公里，多年平均流量856立方米/秒，多年平均徑流量270億立方米。薩克拉門托河流域所在地區(qū)為薩克拉門托河谷與圣華金河谷，均是中央河谷的一部分，其北部為喀斯喀特山脈，東部為內華達山脈，西部為沿海山嶺。中央河谷南北長約700km，東西寬約90km，面積約萬平方公里，是美國著名的農業(yè)地帶。河谷北部年降水量約為1000mm，南部僅150mm，流域內年徑流量3/4集中在北部。第2頁/共34頁薩克拉門托河薩克拉門托河第3頁/共34頁基本概念基本概念薩克拉門托模型是集總式連續(xù)運算的確定性流域水文模型，是以土壤含水量貯存、滲透、排水

3、和蒸散發(fā)特性為基礎來模擬水溫循環(huán)的綜合的河川徑流流域模型。薩克拉門托模型主要由降雨、融雪、蒸散發(fā)、入滲、河網(wǎng)總入流及其河網(wǎng)匯流六個部分組成，其中，土壤含水量計算模型是該系統(tǒng)的中心組件。第4頁/共34頁通用水文模型通用水文模型第5頁/共34頁模型結構圖模型結構圖第6頁/共34頁土壤含水量模型土壤含水量模型降雨降雨不透水面不透水面透水面透水面上層上層下層下層滲滲透透方方程程上層土壤極其貯水量上層土壤極其貯水量下層土壤極其貯水量下層土壤極其貯水量充滿上層張力水，產生上層自由水充滿上層張力水，產生上層自由水滲透到下層，形成下層張力水、淺層以及深層自由水滲透到下層，形成下層張力水、淺層以及深層自由水第7

4、頁/共34頁模型參數(shù)模型參數(shù)薩克拉門托模型的參數(shù)，除蒸發(fā)和匯流部分之外，土壤含水量模型中還有薩克拉門托模型的參數(shù)，除蒸發(fā)和匯流部分之外，土壤含水量模型中還有17個參數(shù)。個參數(shù)。第8頁/共34頁模型參數(shù)模型參數(shù)第9頁/共34頁水源劃分及徑流計算水源劃分及徑流計算壤中流壤中流淺層基流淺層基流深層基流深層基流直接徑流直接徑流地面徑流地面徑流第10頁/共34頁水源劃分及徑流計算水源劃分及徑流計算1、直接徑流（DRO）又分永久性不透水面積上產生的直接徑流（ROIMP）和暫時性不透水面積上產生的直接徑流( SDRO ）。1）永久不透水面積上形成的直接徑流模型設想雨水降落在湖面、沼澤或河網(wǎng)等以及其毗連的永久

5、性不透水面積上時，都產生直接徑流，所以 ROIMP=PX. PCTIMPX 降水量 PCTIM 永久性不透水面積比重2）可變不透水面積上形成得直接徑流因為在可變不透水面積上也分為上下兩個土層，各層的張力水容量與透水面積上的一樣，但不設自由水?？偟膹埩λ盍坑缮舷聝蓪拥膹埩λ盍拷M成，上層張力水蓄量等于透水面積上的上土層張力水蓄量 ,下土層張力水蓄量為ADIMC-UZTWC 。第11頁/共34頁水源劃分及徑流計算水源劃分及徑流計算第12頁/共34頁水源劃分及徑流計算水源劃分及徑流計算第13頁/共34頁滲透計算滲透計算下層水分飽和時水分從上層滲透到下層的滲透率為飽和滲透率下層水分飽和時水分從上層滲

6、透到下層的滲透率為飽和滲透率（PBASE）它是兩種下層自由水貯存量與其相應的排水率乘積之和）它是兩種下層自由水貯存量與其相應的排水率乘積之和：第14頁/共34頁滲透計算滲透計算第15頁/共34頁滲透計算滲透計算第16頁/共34頁滲透計算滲透計算滲透公式中，滲透量是按一定的比例（滲透公式中，滲透量是按一定的比例（PFREE）分配給下層張力水和下層自由水的。而分配給下層自由水的滲透量，又按淺層自由水和深層自由水的含水比（）分配給下層張力水和下層自由水的。而分配給下層自由水的滲透量，又按淺層自由水和深層自由水的含水比（RATLS,RATLP）分配給淺層自由水和深層自由水。）分配給淺層自由水和深層自由

7、水。第17頁/共34頁土壤水的水平交換土壤水的水平交換第18頁/共34頁蒸散發(fā)計算蒸散發(fā)計算(1)上土層張力水蒸散發(fā)量 降落在透水面積上的時段雨量 ,首先補充上土層張力水蓄量，當滿足上土層張力水的缺水量后其余的雨量成為有效降雨。UZTWCUZTWMUZTWCEPE1EPUZTWCEPUZTWCUZTWM 為上土層張力水容量（mm） ；UZTWC 為上土層張力水蓄量（mm） 。流域的蒸散發(fā)能力EP 。(2)上土層自由水蒸散發(fā)量UZFWCEEPE1201110EEPUZFWCEEPUZFWCEEPUZFWC為上層自由水蓄量 (mm)第19頁/共34頁蒸散發(fā)計算蒸散發(fā)計算(3)下土層張力水蒸散發(fā)量

8、LZTWMUZTWMLZTWCEEEPE)(213 UZTWM為上土層張力水容量(mm) ；LZTWM 為下土層張力水容量 (mm)。LZTWC為下層張力水蓄量。（4）水面蒸發(fā)量 SPEEESARVAEPSARVAEPE)(3214PCTIMSARVAPCTIMSARVAPCTIMSARVASP SARVA為河網(wǎng)、湖泊及水生植物的面積占全流域面積的百分數(shù)； PCTIM為永久不透水面積占全流域面積的百分數(shù)。第20頁/共34頁蒸散發(fā)計算蒸散發(fā)計算 (5)可變不透水面積上的蒸散發(fā)量 LZTWMUZTWMUZTWCADIMCEEPEE)(115UZTWM為上土層張力水容量 (mm)； LZTWM為下土

9、層張力水容量(mm) ?？偟膹埩λ盍緼DIMC由上下兩層的張力水蓄量組成，流域的蒸散發(fā)能力EP 。第21頁/共34頁模型計算框圖模型計算框圖開始開始輸入?yún)?shù)、各種初值、降水量、蒸發(fā)能力輸入?yún)?shù)、各種初值、降水量、蒸發(fā)能力各時段降水、蒸發(fā)取值各時段降水、蒸發(fā)取值計算計算ROIMP，各種蒸發(fā)量、調整各層土壤含水量，各種蒸發(fā)量、調整各層土壤含水量劃分步長，得劃分步長，得6h時段內步長時段內步長NINC,步長內有效降雨量步長內有效降雨量PINC將日出流系數(shù)換為步長出流系數(shù)將日出流系數(shù)換為步長出流系數(shù)按每步長計算滲透量及按每步長計算滲透量及 產流量產流量計算計算1.SDRO 2.地下徑流地下徑流 3.

10、滲透量滲透量 4.壤中流壤中流 5.地面徑流地面徑流累加得徑流時段量累加得徑流時段量輸出結果輸出結果第22頁/共34頁模型優(yōu)缺點及應用情況模型優(yōu)缺點及應用情況優(yōu)點優(yōu)點：模型的參數(shù)、所用的變量和模擬的過程具有一定物理意義，：模型的參數(shù)、所用的變量和模擬的過程具有一定物理意義，易于理解易于理解和和便于根據(jù)實測的降水、流量及流域特征資料估算其初值。便于根據(jù)實測的降水、流量及流域特征資料估算其初值。缺點缺點：參數(shù)眾多，調試困難：參數(shù)眾多，調試困難該模型在美國應用較多，在我國應用不多。該模型在美國應用較多，在我國應用不多。該模型經(jīng)過改進可用于寒冷濕潤地區(qū)的徑流模擬該模型經(jīng)過改進可用于寒冷濕潤地區(qū)的徑流模

11、擬第23頁/共34頁第24頁/共34頁模型結構圖模型結構圖第25頁/共34頁土壤含水量模型土壤含水量模型降雨降雨不透水面不透水面透水面透水面上層上層下層下層滲滲透透方方程程上層土壤極其貯水量上層土壤極其貯水量下層土壤極其貯水量下層土壤極其貯水量充滿上層張力水，產生上層自由水充滿上層張力水，產生上層自由水滲透到下層，形成下層張力水、淺層以及深層自由水滲透到下層，形成下層張力水、淺層以及深層自由水第26頁/共34頁徑徑流流直接徑流直接徑流壤中流壤中流地面徑流地面徑流基流基流永久不透水面永久不透水面可變不透水面可變不透水面1.不透水面積與下層張力水相對蓄水量平方成正比2.產生的直接徑流透水面積透水面

12、積暫時不透水面透水部分暫時不透水面透水部分第27頁/共34頁下層水分飽和時水分從上層滲透到下層的滲透率為飽和滲透率（下層水分飽和時水分從上層滲透到下層的滲透率為飽和滲透率（PBASE）它是兩種下）它是兩種下層自由水貯存量與其相應的排水率乘積之和：層自由水貯存量與其相應的排水率乘積之和：滲透計算滲透計算2.考慮下層土壤含水量缺水率考慮下層土壤含水量缺水率(DEFR)影響影響3.考慮有效供水量影響考慮有效供水量影響:水量不充足時為上層自由水含水量水量不充足時為上層自由水含水量第28頁/共34頁滲透計算滲透計算第29頁/共34頁滲透計算滲透計算第30頁/共34頁蒸散發(fā)計算蒸散發(fā)計算土壤各部分蒸散發(fā)是

13、隨蒸散發(fā)能力及張力水貯存的分布而不同，上層土壤各部分蒸散發(fā)是隨蒸散發(fā)能力及張力水貯存的分布而不同，上層蒸發(fā)的水分，其速率依張力水貯存量而定，下層速率取決于剩余蒸散發(fā)能蒸發(fā)的水分，其速率依張力水貯存量而定，下層速率取決于剩余蒸散發(fā)能力乘以下層張力水含水量與張力水總容量之比。若含水量不足則全部蒸發(fā)力乘以下層張力水含水量與張力水總容量之比。若含水量不足則全部蒸發(fā)。蒸蒸散散發(fā)發(fā)上層張力水蒸散發(fā)量上層自由水蒸散發(fā)量下層張力水蒸散發(fā)量河湖面積上蒸發(fā)量和水生植物面積蒸散發(fā)量可變不透水面積上的蒸散發(fā)量第31頁/共34頁土壤水平交換土壤水平交換蒸發(fā)后，如果自由水含量高于張力水，則由自由水補充張力水蒸發(fā)后，如果自由水含量高于張力水，則由自由水補充張力水第32頁/共34頁模型計算框圖模型計算框圖開始開始輸入?yún)?shù)、各種初值、降水量、蒸發(fā)能力輸入?yún)?shù)、各種初值、降水量、蒸發(fā)能力各時段降水、蒸發(fā)取值各時段降水、蒸發(fā)取值計算計算ROIMP，各種蒸發(fā)量、調