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CASC2D模型和新安江模型的应用比较,胡伟升,李致家,提取Goodwin Creek 流域上的数字高程资料、土地利用资料以及土壤资料,详细阐述具有物理基础的CASC2D分布式水文模型的计算原理,对流域�
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CASC2D模型和新安江模型的应用比较
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胡伟升,李致家
河海大学水文水资源学院,南京 (210098)
E-mail: 626430388@qq.com
摘 要:提取Goodwin Creek 流域上的数字高程资料、土地利用资料以及土壤资料,详细阐
述具有物理基础的CASC2D分布式水文模型的计算原理,对流域上的一场突发洪水应用
CASC2D模型进行模拟,结果良好。根据流域雨量站分布信息,进行泰森多边形划分,选用
新安江模型来对比模拟,结果令人满意。对两模型模拟的洪峰相对误差、峰现时间误差、确
定性系数等方面进行了比较,并对模型模拟结果的差异性进行了分析。
关键词:CASC2D 模型;新安江模型;模型比较;差异性
1. 前言
CASC2D是The CASCade 2 Dimensional model的简称。CASC2D是一个时空清晰,具有
物理基础的降雨径流模型,在分水岭内模拟霍顿地面径流;径流由霍顿地面径流和地下径流
产生的不用CASC2D来模拟
[1]
。
1981年10月17日,Goodwin Creek 流域发生了大降雨,降雨开始于下午9.19分,降雨历
时为4.5小时。CASC2D模型模拟了此次突发洪水过程,本文选用新安江模型与CASC2D模型
进行比较分析。
2 流域信息介绍
Goodwin Creek 流域位于密西西比的panola县,流域面积为20.72平方公里,是CASC2D
的一个实验性流域。流域雨量站分布图如下:
图 1 Goodwin Creek 流域雨量站分布图
流域数字高程资料,是根据美国地址调查局(USGS)提供的全球90×90m 的数据,土
地利用资料以及土壤资料可由Digital Soil Map of the World 获取
[2]
。如下图:
1
本课题得到国家自然科学基金资助项目(50479017),淮河流域气象中心开放研究基金资助项目的资助。
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(a) 流域的dem图 (b) 河道
(c)土地利用图 (d)土壤图
图2 Goodwin Creek 流域基本信息
3. CASC2D 在 Goodwin Creek 流域上的应用
3.1 模型计算原理介绍
CASC2D 是流域的时空易变性利用栅格地理信息系统数据格式来模拟,在这里对每一个
栅格单元都进行大量的平衡计算。单元出流等于降雨输入扣除少量的截留,下渗和地面河流
储蓄量。降雨资料来自雷达资料或单个多个雨量站的实测资料。植物截留由经验公式计算,
Green 和 Ampt 方法计算土壤中的下渗,如果降雨强度降低或者降雨停止,这种方法允许持
续下渗,假如下渗能力没有超出,上坡霍顿地面径流将汇集到下一个单元并下渗。水流计算
利用数字高程模型通过圣维南方程和曼宁阻力方程结合的扩散波计算方法,通过一维圣维南
运动方程来计算河网水流,并计算到流域出口处。
3.1.1 降雨
当流域中只有一个雨量站时,假定整个流域降雨强度为与此雨量站降雨强度值相一致;
当流域中有多个雨量站时,则用距离平方倒数法
[3]
估计流域上各栅格的雨强,公式如下:
∑
∑
=
=
=
NRG
m
m
NRG
m
m
t
m
t
d
d
krgjrgi
kji
1
2
1
2
1
),(
, )(
(1)
其中:
)( kji
t
, = 在时间 t 时栅格(j,k)处的雨强
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