Green-Ampt产流期入渗方程与LCM、SCS降雨产流模型的物理机制

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• 作者：李军刘昌明
• 会议时间：2014-10-01
• 关键词：洪水径流 ; 估算模型 ; 降雨初损量 ; 物理原理
• 作者单位：中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室,北京 100101
• 母体文献：第一届中国大地测量和地球物理学学术大会论文集
• 会议名称：第一届中国大地测量和地球物理学学术大会
• 会议地点：北京
• 主办单位：中国测绘学会
• 语种：chi
• 分类号：TV2;TV1

摘要

洪水估算中模型选择往往带有很强主观性的主要原因是许多产流模型源于经验、概念和假设,没有明确的物理基础,并且对参数极端敏感.本文在Green-Ampt模型中引入降雨初损量作为一个基本参数,建立了基于Green-Ampt模型的产流期降雨损失方程(GAF模型),解决了湿润峰固定吸力水头的计算困难,满足了地表有积水限制条件.GAF模型解析解具有的幂指数近似特性和倒数线性近似特性,使得两个不同起源的降雨产流LCM和SCS-CN模型可以统一于GAF模型产流期入渗方程.并从理论上证明了LCM模型是产流期内累计损失量计算的高精度方法;提出了修正SCS-CN模型隐含的和过渡简化的产流期内累计损失量倒数线性关系,可使最大平均误差从36%降为3.6%.利用12个地点的75场人工降雨实验对GAF模型进行了验证,并基于这些实验数据对GAF模型、LCM模型、SCS模型进行了模拟对比,结果表明GAF模型与LCM模型的模拟效率基本相当,SCS模型最差.新的GAF模型仅包含土壤饱和导水率和降雨初损量两个参数,使用数值查表法进行高精度Lambert W函数计算使得降雨初损量参数可以从次洪径流过程历史数据中反算,GAF模型使得Green-Amp更加实用.