流域水文模型教材第四章.doc

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1、第四章萨克拉门托模型萨克拉门托流域水文模型，简称萨克模型，是美国国家天气局萨克拉门托预报中心的、和于年代初期在第斯坦福模型基础上改进和开发的一个集总参数的概念性降雨径流模型，因它始用于美国加里福尼亚州的萨克拉门托河而得名。年编制完成了日流量模拟程序，年又进一步编制完成的模拟程序。研究者希望模型能适用于所有地区，包括干旱地区和湿润地区。萨克模型已在美国的水文预报中广为应用，也是国内引进的水文模型中人们较为熟悉的模型之一。第一节模型的基本概念与结构一、基本概念萨克模型是一个集总参数的概念性降雨径流模型。它以

2、土壤水分的贮存、渗透、运移和蒸散发特性为基础，用一系列具有一定物理概念的数学表达式来描述径流形成的各个过程；模型中的状态变量代表水文循环中一个相对独立的特性；模型参数具有明确的物理意义，可以根据流域特征、降雨量和流量资料推求。二、模型结构萨克模型基本结构见图4－1。1、流域划分萨克模型将全流域按下垫面对降雨产流的作用不同分为不透水面积和透水面积。而不透水面积又分为永久不透水面积和可变的不透水面积,透水面积为。2、土层划分在透水面积上，萨克模型按土壤垂向分布的不均匀性将土层分为上土层和下土层；上土层自由水

3、向下土层的渗透用霍尔坦下渗方程描述。3、土壤水划分萨克模型按土壤水水力特性的不同，将每层土壤中的蓄水量分为张力水和自由水两部分。张力水是指紧密吸附于土壤颗粒表面的分子水及毛管水，其最大值等于62田间持水量。它消耗于蒸散发，在重力作用下不能自由运动。自由水可以补充张力水，而张力水不能补充自由水。当张力水与自由水的蓄量均达到饱和时，透水面积与不透水面积性质相同。不透水面积、可变不透水面积上考虑张力水蓄量，但无自由水蓄量，张力水蓄量分上下两层。图4-1萨克拉门托模型(NWSRFS)框图4、水源划分萨克模型将水

4、源划分为直接径流、地面径流、壤中流、快速地下水和慢速地下水。（1）直接径流62直接径流包括永久不透水面积上产生的直接径流和可变的不透水面积上产生的直接径流。降落在湖面、沼泽、河网等永久不透水面积上的降雨，不管其雨强大小，都产生直接径流。萨克模型认为产生直接径流的流域面积不一定是常数，因为随着降雨的延续，与河网毗连的部分面积上的土壤逐渐湿润且上层张力水达饱和后，就增加了一部分不透水面积，增加的这部分不透水面积也将产生直接径流。（2）地面径流当上土层张力水和自由水完全饱和，而降雨强度又大于上土层向下土层的渗

5、透率与壤中流最大出流率之和，则多余的降雨形成地面径流。地面径流包括透水面积上的和可变的不透水面积上的。（3）壤中流当上土层中有自由水时，自由水旁侧出流形成壤中流。（4）快速地下水快速地下水又称为附加地下水。上土层中的自由水一部分旁侧出流形成壤中流，另一部分渗透到下土层形成张力水、浅层自由水和深层自由水。快速地下水由下土层的浅层自由水蓄量消退产生。（4）慢速地下水慢速地下水又称为基本地下水，它由下土层的深层自由水蓄量消退产生。5、流域蒸散发萨克模型的蒸散发由五部分组成，它们组成流域的总蒸散发量。（1）透水

6、面积上的上土层张力水蒸散发量；（2）透水面积上的上土层自由水蒸散发量；（3）透水面积上的下土层张力水蒸散发量；（4）河道中的水面蒸发；（4）不透水面积上的蒸散发量。6、流域汇流萨克模型中直接径流和地面径流直接进入河网；壤中流、快速地下水和慢速地下水按线性水库调蓄后进入河网；各种水源的总和扣除时段内的水面蒸发,即得河网总入流。河网总入流经河网调蓄后形成出口断面流量过程。62第一节模型计算一、产流量计算降落在透水面积上的时段雨，首先补充上层张力水蓄量，当满足上土层张力水缺水量后，其余的雨量成为有效降雨。(4

7、-1)式中～为上土层张力水容量；～为上土层张力水蓄量。1、直接径流直接径流由永久不透水面积上形成的直接径流和可变不透水面积上形成得直接径流两部分组成。（1）永久不透水面积上形成的直接径流(4-2)式中～为永久不透水面积上形成的直接径流；～为永久不透水面积占全流域面积的百分数。（2）可变不透水面积上形成得直接径流因为在可变不透水面积上也分为上下两个土层，各层的张力水容量与透水面积上的一样，但不设自由水。总的张力水蓄量由上下两层的张力水蓄量组成，上层张力水蓄量等于透水面积上的上土层张力水蓄量,下土层张力水蓄

8、量为。当透水面积产生有效降雨时，则可变不透水面积上形成的直接径流为：(4-3)式中～为可变不透水面积上形成的直接径流；～为下土层张力水容量。2、地面径流当上层自由水已达到其容量值后，超过部分成为地表径流。此时有效降雨，地表径流为：62(4-4)式中～为上层自由水蓄量；～为透水面积占全流域的百分数，。当透水面积上产生地表径流时，透水部分亦产生地表径流，它与超渗雨及透水部分的面积成正比。(4-5)3、壤中流上层自由水的侧向出流产生壤中流，假定出