1、1萨克拉门托流域水文模型萨克拉门托流域水文模型萨克拉门托流域水文模型是美国天气局水文办公室萨克拉门托预报中心R.J.C.Burnash、R.L.Ferral和R.A.McGuire于70年代初期在第IV号斯坦福模型基础上改进和发展的。1973年研制成功了日流量模拟程序，1975年又进一步提出了6h时段模拟程序，因它始用于萨克拉门托河而得名该模型功能较完善，能应用于大、中流域，又能适应湿润地区和干旱地区，它在美国的水文预报中得到了较广泛的应用，也是我国引进的模型中人们较为熟悉的模型之一。2萨克拉门托河萨克拉门托河萨克拉门托河位于美国加利福尼亚州中部，是该州最长的河流，它发源于卡斯克德山脉的沙斯特
2、山附近，最后注入太平洋旧金山湾北支舒森湾。河流全长615km，总流域面积约为7.02万平方公里，多年平均流量856立方米/秒，多年平均径流量270亿立方米。萨克拉门托河流域所在地区为萨克拉门托河谷与圣华金河谷，均是中央河谷的一部分，其北部为喀斯喀特山脉，东部为内华达山脉，西部为沿海山岭。中央河谷南北长约700km，东西宽约90km，面积约4.5万平方公里，是美国著名的农业地带。河谷北部年降水量约为1000mm，南部仅150mm，流域内年径流量3/4集中在北部。3萨克拉门托河萨克拉门托河4基本概念基本概念萨克拉门托模型是集总式连续运算的确定性流域水文模型，是以土壤含水量贮存、渗透、排水和蒸散发特
3、性为基础来模拟水温循环的综合的河川径流流域模型。萨克拉门托模型主要由降雨、融雪、蒸散发、入渗、河网总入流及其河网汇流六个部分组成，其中，土壤含水量计算模型是该系统的中心组件。5通用水文模型通用水文模型6模模型型结结构构图图7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层上层下层下层渗渗透透方方程程上层土壤极其贮水量上层土壤极其贮水量下层土壤极其贮水量下层土壤极其贮水量充满上层张力水，产生上层自由水充满上层张力水，产生上层自由水渗透到下层，形成下层张力水、浅渗透到下层，形成下层张力水、浅层以及深层自由水层以及深层自由水8模型参数模型参数萨克拉门托模型的参数，除蒸发和汇流部分
4、之外，土壤含萨克拉门托模型的参数，除蒸发和汇流部分之外，土壤含水量模型中还有水量模型中还有17个参数。个参数。9模型参数模型参数10水源划分及径流计算水源划分及径流计算壤中流壤中流浅层基流浅层基流深层基流深层基流直接径流直接径流地面径流地面径流11水源划分及径流计算水源划分及径流计算1、直接径流（DRO）又分永久性不透水面积上产生的直接径流（ROIMP）和暂时性不透水面积上产生的直接径流( SDRO ）。1）永久不透水面积上形成的直接径流模型设想雨水降落在湖面、沼泽或河网等以及其毗连的永久性不透水面积上时，都产生直接径流，所以 ROIMP=PX. PCTIMPX 降水量 PCTIM 永久性不透
5、水面积比重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 ,下土层张力水蓄量为ADIMC-UZTWC 。12水源划分及径流计算水源划分及径流计算13水源划分及径流计算水源划分及径流计算14渗透计算渗透计算下层水分饱和时水分从上层渗透到下层的渗透率为饱和渗透率（下层水分饱和时水分从上层渗透到下层的渗透率为饱和渗透率（PBASE）它是两种下层自由水贮存量与其相应的排水率乘积之和：）它是两种下层自由水贮存量与其相应的排水率乘积之和：1
6、5渗透计算渗透计算16渗透计算渗透计算17渗透计算渗透计算渗透公式中，渗透量是按一定的比例（渗透公式中，渗透量是按一定的比例（PFREE）分配给下层）分配给下层张力水和下层自由水的。而分配给下层自由水的渗透量，又按浅张力水和下层自由水的。而分配给下层自由水的渗透量，又按浅层自由水和深层自由水的含水比（层自由水和深层自由水的含水比（RATLS,RATLP）分配给浅层自）分配给浅层自由水和深层自由水。由水和深层自由水。18土壤水的水平交换土壤水的水平交换19蒸散发计算蒸散发计算(1)上土层张力水蒸散发量 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，当满足上土层张力水的缺水量后其余的雨量
7、成为有效降雨。UZTWCUZTWMUZTWCEPE1EPUZTWCEPUZTWCUZTWM 为上土层张力水容量（mm） ；UZTWC 为上土层张力水蓄量（mm） 。流域的蒸散发能力EP 。(2)上土层自由水蒸散发量UZFWCEEPE1201110EEPUZFWCEEPUZFWCEEPUZFWC为上层自由水蓄量 (mm)20蒸散发计算蒸散发计算(3)下土层张力水蒸散发量 LZTWMUZTWMLZTWCEEEPE)(213 UZTWM为上土层张力水容量(mm) ；LZTWM 为下土层张力水容量 (mm)。LZTWC为下层张力水蓄量。（4）水面蒸发量 SPEEESARVAEPSARVAEPE)(32
8、14PCTIMSARVAPCTIMSARVAPCTIMSARVASP SARVA为河网、湖泊及水生植物的面积占全流域面积的百分数； PCTIM为永久不透水面积占全流域面积的百分数。21蒸散发计算蒸散发计算 (5)可变不透水面积上的蒸散发量 LZTWMUZTWMUZTWCADIMCEEPEE)(115UZTWM为上土层张力水容量 (mm)； LZTWM为下土层张力水容量(mm) 。总的张力水蓄量ADIMC由上下两层的张力水蓄量组成，流域的蒸散发能力EP 。22模型计算框图模型计算框图开开始始输入参数、各输入参数、各种初值、降水种初值、降水量、蒸发能力量、蒸发能力各时段降水各时段降水、蒸发取值、蒸
9、发取值计算计算ROIMP，各，各种蒸发量、调整种蒸发量、调整各层土壤含水量各层土壤含水量划分步长，得划分步长，得6h时段内步长时段内步长NINC,步长内有效降雨步长内有效降雨量量PINC将日出流系将日出流系数换为步长数换为步长出流系数出流系数按每步长计按每步长计算渗透量及算渗透量及 产流量产流量计算计算1.SDRO 2.地下径流地下径流 3.渗透量渗透量 4.壤中流壤中流 5.地面径流地面径流累加得径流时段量累加得径流时段量输出结果输出结果23模型优缺点及应用情况模型优缺点及应用情况优点优点：模型的参数、所用的变量和模拟的过程具有一定物理意义：模型的参数、所用的变量和模拟的过程具有一定物理意义
10、，易于理解易于理解和和便于根据实测的降水、流量及流域特征资料估算其初值便于根据实测的降水、流量及流域特征资料估算其初值。缺点缺点：参数众多，调试困难：参数众多，调试困难该模型在美国应用较多，在我国应用不多。该模型在美国应用较多，在我国应用不多。该模型经过改进可用于寒冷湿润地区的径流模拟该模型经过改进可用于寒冷湿润地区的径流模拟2425模模型型结结构构图图26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层上层下层下层渗渗透透方方程程上层土壤极其贮水量上层土壤极其贮水量下层土壤极其贮水量下层土壤极其贮水量充满上层张力水，产生上层自由水充满上层张力水，产生上层自由水渗透到下层，
11、形成下层张力水、浅渗透到下层，形成下层张力水、浅层以及深层自由水层以及深层自由水27径径流流直接径流直接径流壤中流壤中流地面径流地面径流基流基流永久不透永久不透水面水面可变不透可变不透水面水面1.不透水面积与下层张力水相对蓄水量平方成正比2.产生的直接径流透水面积透水面积暂时不透水面透水部分暂时不透水面透水部分28下层水分饱和时水分从上层渗透到下层的渗透率为饱和渗透率（下层水分饱和时水分从上层渗透到下层的渗透率为饱和渗透率（PBASE）它是两种下层）它是两种下层自由水贮存量与其相应的排水率乘积之和：自由水贮存量与其相应的排水率乘积之和：渗透计算渗透计算2.考虑下层土壤含水量缺水率考虑下层土壤含
12、水量缺水率(DEFR)影响影响3.考虑有效供水量影响考虑有效供水量影响:水量不充足时为上层自由水含水量水量不充足时为上层自由水含水量29渗透计算渗透计算30渗透计算渗透计算31蒸散发计算蒸散发计算土壤各部分蒸散发是随蒸散发能力及张力水贮存的分布而不同，上层蒸土壤各部分蒸散发是随蒸散发能力及张力水贮存的分布而不同，上层蒸发的水分，其速率依张力水贮存量而定，下层速率取决于剩余蒸散发能力乘发的水分，其速率依张力水贮存量而定，下层速率取决于剩余蒸散发能力乘以下层张力水含水量与张力水总容量之比。若含水量不足则全部蒸发。以下层张力水含水量与张力水总容量之比。若含水量不足则全部蒸发。蒸蒸散散发发上层张力水蒸
13、散发量上层自由水蒸散发量下层张力水蒸散发量河湖面积上蒸发量和水生植物面积蒸散发量可变不透水面积上的蒸散发量32土壤水平交换土壤水平交换蒸发后，如果自由水含量高于张力水，则由自由水补充张力水蒸发后，如果自由水含量高于张力水，则由自由水补充张力水33模型计算框图模型计算框图开开始始输入参数、各输入参数、各种初值、降水种初值、降水量、蒸发能力量、蒸发能力各时段降水各时段降水、蒸发取值、蒸发取值计算计算ROIMP，各，各种蒸发量、调整种蒸发量、调整各层土壤含水量各层土壤含水量划分步长，得划分步长，得6h时段内步长时段内步长NINC,步长内有效降雨步长内有效降雨量量PINC将日出流系将日出流系数换为步长数换为步长出流系数出流系数按每步长计按每步长计算渗透量及算渗透量及 产流量产流量计算计算1.SDRO 2.地下径流地下径流 3.渗透量渗透量 4.壤中流壤中流 5.地面径流地面径流累加得径流时段量累加得径流时段量输出结果输出结果
