第四章 萨克拉门托模型.doc

0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P力水缺水量后，其余的雨量成为有效降雨 AV(4-1)UZTWMCPAV0 UZTWCM式中 ～为上土层张力水容量 ； ～为上土层张力水蓄量UZTWM)(mZT)(m1、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)PCTIMRQI式中 ～为永久不透水面积上形成的直接径流 ； ～为永久不)(mPCTIM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，ADIMC上层张力水蓄量等于透水面积上的上土层张力水蓄量 ,下土层张力水蓄量UZTW为 UZTWCADIM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：PV(4-3)2)(LZTMUCADIRQ式中 ～为可变不透水面积上形成的直接径流 ； ～为下土层A )(mLZTWM张力水容量 。

)(m2、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 UZFWADSUR1此时有效降雨 ，地表径流 为：UZFWMCPAVADSUR(4-4)REDSU式中 ～为上层自由水蓄量 ； ～为透水面积占全流域的百分数，ZFWC)(mPREPRE)(1DITIM～为永久不透水面积占全流域面积的百分数变化的不透水面积占全I流域的百分数 .AP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AIMP雨及透水部分的面积成正比4-5))1)(( VDRQUZFWCVDSUR地表径流 , ～为上土层张力水容量 ； ～为上土AT)(mUZTWC层张力水蓄量 有效降雨 , ～为可变不透水面积上形成的直接)(mPAV径流 .)(3、壤中流上层自由水的侧向出流产生壤中流，假定出流量与蓄量成线性关系，即：日出流量 PAREUZKFWC时段出流量 (4-6)At24)1(式中 ～为壤中流日出流系数； ～为计算时段 ～为上层自由水蓄UZKtUZFWC量 ； ～为透水面积占全流域的百分数)(mPARE4、快速地下水快速地下水假定出流量与蓄量成线性关系，即：日出流量 PARELZSKFC时段出流量 (4-7)At24)1(式中 ～为快速地下水蓄量 ； ～为快速地下水日出流系数。

LZSmLZSK～为透水面积占全流域的百分数PARE25、慢速地下水慢速地下水假定出流量与蓄量成线性关系，即：日出流量 PARELZKFC时段出流量 (4-8)At24)1(式中 ～为慢速地下水蓄量 ； ～为慢速地下水日出流系数LZPmLZPK～为透水面积占全流域的百分数ARE二、蒸散发计算流域的蒸散发能力 由逐日的蒸发皿观测值经改正后求得E1、上土层张力水蒸散发量 1降落在透水面积上的时段雨量 ,首先补充上土层张力水蓄量，当满足上土层P张力水的缺水量后其余的雨量成为有效降雨 AV(4-9)UZTWCMEP1 EPUZTWC～为上土层张力水容量 ； ～为上土层张力水蓄量 )(m)(m流域的蒸散发能力 2)上土层自由水蒸散发量 2E有没有可能小于 0？ UZFWCEP120 110EPUZFWCE(4-10) ～为上层自由水蓄量 ；)(m(3)下土层张力水蒸散发量 3E(4-11)LZTMUCEP)(213～为上土层张力水容量 ； ～为下土层张力水容量 。

UZTWM)(mW)(mLZTWC 为下层张力水蓄量3（4）水面蒸发量 4E令 PCTIMSARV(4-12)SPE)(3214 PCTIMSARV～为河网、湖泊及水生植物的面积占全流域面积的百分数； ～为S I永久不透水面积占全流域面积的百分数5)可变不透水面积上的蒸散发量 5E(4-13)LZTWMUCADIEPE)(115式中 ～为河网、湖泊及水生植物的面积占全流域面积的百分数；其SRV余符号意义同前 ～为上土层张力水容量 ； ～为下土层张ZT)(mLZTWM力水容量 总的张力水蓄量 由上下两层的张力水蓄量组成，流域的)(mAIC蒸散发能力 EP三、渗透量的计算萨克模型设置了上下土层之间的水分运动结构土壤水分从上土层渗透到下土层是根据下土层渗透量来计算的当上下土层的蓄水量完全饱和时，时段渗透量与下土层自由水的产流量相等，其稳定下渗量为：(4-14)LZSKFMLZPKFPBASE快速地下水容量 ，快速地下水日出流系数 .慢速地下水容量SS，慢速地下水日出流系数 .LZM1、上土层饱和而下土层干旱时渗透率与下土层的缺水程度有关当上土层饱和，而下土层最干旱时，渗透率最大。

萨克模型认为渗透率 的变化与下土层相对缺水量 及指数PERCDEFR有关，即：REXP(4-15))1(REXPDFZBASC与最大渗透率有关的参数 ，PBASE 为渗透量，渗透函数中的指数4式中 LZTWMFSLZPCCDEFR1慢速地下水容量 ，快速地下水容量 ，下层张力水容量 MFSLZTWM～为慢速地下水蓄量 . ～为快速地下水蓄量.LZTWC 为下层张LZPC)(m力水蓄量快速地下水日出流系数 .慢速地下水日出流系数 KPK（4－15）式中指数 决定了渗透曲线向下凹的程度 越大，则渗透曲REXREX线说向下凹，渗透曲线见图 4～2图 4～2 渗透曲线示意图2、上土层供水不充分时若上土层自由水并非充分供水，渗透率与上土层自由水的供水量有关，实际下渗率为：(4-16)UZFWMCDERZPCBASEPRCXP)1(～为上土层张力水容量 ； ～为上土层张力水蓄量 UZTWM(mT)(m下土层相对缺水量 PBASE 为渗透量与最大渗透率有关的参数 FR ZPERC3、渗透水量的再分配渗透到下土层的水量还要进行两次分配第一次分配是在张力水和自由水之间进行；第二次分配是在快速地下水和慢速地下水之间进行，即将分配给自由水的水量再分配给快速地下水和慢速地下水。

1）张力水与自由水之间的分配渗透到下土层的水量中，按分配常数 进行分配分配给下土层自由水PFRE5的渗透量为：(4-17)PFRECPER渗透率 （从上土层向下土层渗透的水量中分配给自由水的比例系数是一个变量，主要取决于地下水丰富程度一般取 5.0~2PER）分配给下层张力水的渗透量为：(4-18))1(PFRECPERW若分配给张力水的水量和原存的张力水蓄量之和大于它的容量，即，则超过部分的水量全部分配给自由水LZTWM)1(LZTWC 为下层张力水蓄量下层张力水容量 渗透到下土层的水量LZT中的分配常数 PFRE2）快速地下水与慢速地下水之间的分配分配给下土层自由水的渗透量，再分配给快速地下水与慢速地下水分配给慢速地下水的水量为：(4-19))(PFRECPER6 Ζ ζ zeta zat 截塔系数；方位角；阻抗；相对粘度；原子序数渗透率 渗透到下土层的水量中的分配常数 PERCPFRE式中  LZSMCLZFPLZSMF11)(2～为慢速地下水蓄量 . ～为快速地下水蓄量.LZTWC 为PC)(m下层张力水蓄量。

慢速地下水容量 ，快速地下水容量 F分配给快速地下水的水量为：6(4-20)PERCFPERCS渗透率 渗透到下土层的水量中的分配常数 PERCP 分配给慢PFRE速地下水的水量（3）反馈量当渗透量超过下土层的缺水量时，将发生反馈，反馈量增加上土层的自由水蓄量反馈量为：(4-21)LPSWZTCLFSZPCERCHK)(式中 MLFPSW～为慢速地下水蓄量 . ～为快速地下水蓄量.LZTWC 为下层张LZ)(m力水蓄量慢速地下水容量 ，快速地下水容量 LZTWM 为下层张力ZLZFS水容量四、土壤水分水平交换计算萨克模型在上下两个土层中设置了自由水和张力水两种土壤水分的水平交换结构1、上层土壤水的水平交换在扣除了蒸散发量 和 之后，若当上层张力水消耗使1E2时，自由水将补充张力水通过两种土壤水分的水平交换，使UZTWMCF两个蓄量之比相等而总蓄量不变此时(4-22)UZFWMTC(4-23)ZFC～为上土层张力水蓄量 ～为上层自由水蓄量 ，UTW)(m)(m～为上土层张力水容量 ；UZFWM 为上层自由水容量ZM2、下层土壤水的水平交换在扣除了蒸散发量 之后，若下层张力水消耗使得3E时,自由水将补充张力水。

补LZTWMSAVEDLZFPCCLZTWC7充的顺序是：先由快速自由水补充张力水，若快速自由水蓄量不足，不足部分由慢速自由水提供通过两种土壤水分的水平交换（或调整量） ，使上面不等式两边相等其调整量为：(4-24)LZTWMCLZTWMSAVEDLZFPMCDEL  )(式中 ～为不参与蒸散发的自由水蓄量)(RSAV～为慢速地下水蓄量 . ～为快速地下水蓄量.LZTWC 为下ZFC(mFS层张力水蓄量慢速地下水容量 ，快速地下水容量 下层自LZPLZFS由水中不蒸发的比例 SEV五、流域汇流计算萨克模型将流域汇流计算分为坡面汇流和河网汇流两部分1、坡面汇流计算出的直接径流和地面径流直接进入河网，而壤中流、快速地下水和慢速地下水按线性水库调蓄后进入河网2、河网总入流各种水源的总和扣除时段内的水面蒸发 ,即得河网总入流4E3、河网汇流河网汇流一般采用无因次单位线当河道断面或水力特性变化较大时，模型研制者建议采用“分层的马斯京根法”做进一步的调蓄计算，但对如何分层和确定演算参数未做阐述根据经验，汇流部分使用者可根据流域实际情况自行配置第二节 模 型 参 数 估 计萨克模型参数比较多，如果都靠计算机进行优选，其工作量极大，而且效果不一定好，结果也不一定合理。

因为萨克模型的大多数参数都有明确的物理意义，可以根据其物理意义和实测、实验资料进行初估1、不透水面积占全流域的百分数 PCTIM如图 4-3 所示，根据夏季久旱后的一场小雨在出口断面形成的流量过程，扣除8基流之后，可认为是由不透水面积上的降雨所形成的，其径流系数 即为EPRPCTIM图 4-3 推求示意图PCTIM2、变化的不透水面积占全流域的百分数 AD根据冬季大水之后的一场小雨在出口断面产生的流量过程，计算径流系数，则EPRADIMCTI3、河网、湖泊及水生植物的面积占全流域的百分数 SRVA可在大比例尺的地形图上量取或用地理信息系统 中的有关软件计SV )(GI算出4、上层张力水容量 UZTWM可看作最大初损可选夏季久旱之后的降雨（这段时期地下水上升小）UZT，计算其次洪损失量，并取多次计算中的最大值作为 UZTWM5、上层自由水容量 F因为上层自由水要向下土层渗透并产生壤中流，故此参数不能从实测资料中直接估算，一般可取 ， 调整地面径流和壤中流的比例m30~15UZWM6、上层自由水日出流系数 K如图 4-4 所示， 可从壤中流退水天数 进行粗估认为壤中流经 天以NN后基本退完，用下式表示：,或 (4-25)1.0)1(NUZKNZ1.09图 4-4 推求示意图UZK。