Page 59 - 水利学报2021年第52卷第4期

表 1 三水源新安江模型参数及其取值范围和敏感度

参数 物理意义 取值范围 oXAJ 敏感度 mXAJ 敏感度 ［38-39］
名称 最小 最大 Zhang ［37］ 赵 ［36］ 日 月 年
面平均雨量折算系数 无
C p ⚪ ⚪ ⚪
应数据而定
蒸散发能力折算系数
K|C ep ⚪ ⚪ ⚪ ⚪ ⚪
WM 张力水蓄水容量/mm 100 170 × × × × ×
WUM 上层张力水容量/mm 5 20 × × × × ▲
WLM 下层张力水容量/mm 60 90 × × × × ▲
B 张力水蓄水容量曲线方次 0.1 0.4 × × × × ▲
IMP 不透水面积比例 0.01 0.02 × × × × ×
C 深层蒸散发系数 0.08 0.18 × × × × ×
EX 表层土自由水蓄水容量曲线方次 1.0 1.5 × × × ▲ ×
SM 表层土自由水蓄水容量/mm 5 50 ⚪ ⚪ ▲ ▲ ×
KI 表层自由水壤中流日出流系数 × ⚪ × ▲ ×
KI+KG=0.7
KG 表层自由水地下水日出流系数 × ⚪ ▲ ▲ ▲
CS 地表水日消退系数 应河道网而定 ⚪ ⚪ ▲ ▲ ×
CI 壤中流日消退系数 0.0 0.9 × × ▲ × ×
CG 地下水日消退系数 0.98 0.998 × ⚪ × ▲ ▲
注：oXAJ：原版新安江模型；mXAJ：网页版新安江模型；⚪：敏感；▲：固定 C p和 C ep后敏感；×：不敏感

和敏感度 ［36-37］ 。由于本文会引用笔者所建的网页版新安江模型 ［38］ ，其敏感度 ［39］ 也列在表中。
笔者的网页版新安江模型与原版三水源新安江模型的不同之处仅在于：引进雨量折算系数；省
略子流域间汇流；省略壤中流和地下水的河网汇流。引进雨量折算系数是考虑多雨地区雨量误差有
可能导致蒸散发能力折算系数出现不合理数值 ［40］ 。省略子流域间汇流和省略壤中流和地下水的河网
汇流是因为笔者的网页版新安江模型主要目的是教学和研究，对象流域较小，一般不需要分子流
域。而且河网汇流的时间尺度一般远小于壤中流和地下水的时间尺度，可以忽略。另一方面，连结
各子流域的河网汇流无论在信息提取和模型化都已经非常成熟，有很多水力学或水文学汇流模型可
供选择。划分子流域在大流域的建模中带来的不确定性相对较小。从教学和研究的观点看，理解中
小流域内的水文规律相对比较重要。
两个模型有 14 或 15 个模型参数。虽然这些参数都有明确的物理意义，参数率定即使对专业的水
文工作者来说也非易事。在 1999 年举行的全国水文预报技术竞赛中，新安江模型的 14 个队在同一个
流域用同一资料得到的参数和模拟结果还是存在较大的差异 ［41］ 。专业人员尚且如此，更何况跨专业
模型用户。怎么降低参数率定的不确定性是一个亟待解决的重要课题。
理解参数空间的结构对参数率定，无论是手动还是自动率定，都是非常重要的。所谓结构是指
参数的取值范围，参数的敏感度及参数间关联性。赵人俊等 ［1，42］ 通过大量的模型率定归纳出表 1 所示
的参数范围，并发现 4 个层次间的参数独立性较好 ［43］ 。在参数敏感度方面，发现敏感参数只有 7 个，
分别为： K（蒸散发能力折算系数）、 SM（表层土自由水蓄水容量）、 KI（表层自由水壤中流日出流
系数）、 KG（表层自由水地下水日出流系数）、 CG（地下水日消退系数）、 L（河网蓄水滞后时间，表
中未列出）和 CS （地表水日消退系数）。
敏感度分析可以帮助理解参数空间的结构。由于水文现象的非线性性很强，应该尽可能使用反
映参数空间整体情况的全局敏感度分析方法。Zhang 等 ［37］ 用普适似然度（GLUE）方法对新安江模型参
数敏感度进行分析，指出对模型输出最为敏感的 3 个参数为 K、SM 和 CS。K 控制水量极为敏感，SM
［39］
和 CS 影响流量过程线非常敏感。Lu 和 Li 以实测及计算日流量计算年月日过程线的 Nash 效率系数为
目标函数，在年月日这 3 个不同的时间尺度上对新安江模型参数用 Morris 法进行了全局敏感度分析。
结果表明，在不同的时间尺度不同的参数组合显示其敏感度。在所有时间尺度上，C 和 C 具有压倒
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