ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｅ ｃ ａ ｓ ｔ ， ｌ ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ｅ ， ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｕ ｎ ｇ ａ ｕ ｇ ｅ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ．
ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ａ ｓ ｔ ｏ ｏ ｌ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｘ ｉ ｎ ＇ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ
Ｋｅ ｙ Ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｔ Ｏ Ｐ Ｋ Ａ Ｐ Ｉ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ； Ｘ ｉ ｎ ＇ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ； ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ； Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｃ ｕ ｎ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｄ
量 ； 为 饱 和 土 壤 含 水 量 ；Ｕ ｒ 为 残 余 土 壤 含 水 量 ；Ｌ 为 表 层 土 壤 的 厚 度 ；Ｕ ｓ ａ ｔ 为 当地 的 饱 和 水 的含 水 量 ； 为 单 元 网 格 大 小 ；Ｏ ／ 为 取决 于土壤 类 型的指 数 。
和 区 两 种 土 壤 层 。 下 渗 的 雨 水 先 补 给 上 层 土 壤 ，部 分 水 分 从 上 层 土 壤 中渗 透 到 下 层 非 饱 和 区 土 壤 层 ， 再 下 渗 到 下 层 饱 和 土 壤 层 ．在 饱 和 土 壤 层 中 作 水 平 方 向运 动 。 地 下 水 位 逐 渐 抬 升 ，抬 升 至 上 层 土 壤 时 ，
布式流域水文模型 Ｔ Ｏ Ｐ Ｋ Ａ Ｐ Ｉ 做 研究 ，并 与新 安 江模 型在 结 构 和 洪 水 特 征 值 等 方 面 进 行 比较 分 析 。 两种 模 型 应 用 于 呈 村 流 域 进 行 洪 水 模 拟计 算 的 结 果 表 明 ，两 种 模 型模 拟 精 度 差 异 不 大 ，结 果 均 比较 满 意 ，可 应 用 于 洪水 预 报 、土 地 利 用 和 环 境 影 响 评 价 和 无 资 料 地 区 水 文 模 拟计 算 等 。 关 键 词 ：Ｔ Ｏ Ｐ Ｋ Ａ Ｐ Ｉ 模 型 ；新 安 江模 型 ；洪 水 模 拟 ；呈 村 流 域
应 的 空 间 分 布 ．在 水 平 方 向 和 垂 直 方 向 分 别 用 正 交 网格 系 统 （ ＤＥＭ 的 方 格 网 ） 、各 网 格 所 相 应 的 水 平 土 柱 进 行 模 拟 。 其 建 立 在 运 动 学 方 法 和 流 域 地 形 学 相 结 合 的 理 论 基 础 上 。 流 域 地 形 学 用 数 字 高 程 模 型 （ ＤＥＭ） 来 描 述 ，ＤＥＭ 用 正 方 形 网 格 将 研 究 区 域 细 分 ，且 网格 大 小 随 研 究 区域 或 问题 的 尺 度 而 改 变 ，
摘 要 ：为 更 好 地 满 足 气 候 变 化 和人 类 活 动 影 响 下 的 水 文 研 究 ，流 域 水 文 模 型 已从 集 总 式 趋 势 扩 展 到 半 分 布 式 或 分 布 式 模 型 趋 势 。为 此 ，探 讨 基 于 物 理 基 础 的 分 布 式 水 文 模 型在 中 小 流 域 洪 水 模 拟 的 合 理 性 。选 用 基 于 物理 基 础 的 分
ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉｓ ｒ ｔ ｉ ｃ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ． Ｔ ｗ ｏ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｒ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｃ ｕ ｎ Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｄ ．
水 力 发 电
第３ ９卷第 １ １ 期
２ ０ １ ３年 １ １月
Ｔｏ ＰＫＡＰＩ较 研 究
李 致 家 ，王 秀庆 ， 吕雁 翔 ，陈利 者 ，李 兰 茹
（ 河 海 大 学 水 文 水 资 源 学 院 ，江 苏 南 京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｃ ｌ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ ｈ ｕ ｍａ ｎ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｌ ｕ ｍｐ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｍｉ － ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｏ ｒ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｅ ｄ ｍｏ ｄ ｅ １ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ —
Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｗｏ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ａ ｔ ｉ ｓ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ ｉ ｎ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｖ ｅ ｌ ｉ ｔ ｔ ｌ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ＴＯ Ｐ ＫＡＰ Ｉ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ
ＤＥＭ 中 相 邻 单 元 之 间 最 大 高 程 差 来 估 算 。 Ｔ ＯＰ ＫＡＰ Ｉ 模 型 中 ，土 壤 垂 直 向 分 为 上 下 两 层 （ 见 图 １ ） ， 上 层 非 饱 和 区 可 以 理 解 为 通 常 的 降 雨 径 流 模 型 中 的 降 雨 产 流 计 算 层 ．上 层 土 壤 的 水 力 传 导
度 比 下 层 土 壤 好 ： 下 层 包 括 下 层 非 饱 和 区 和 下 层 饱
土 壤 含 水 量 的 一 个 函 数 ，通 过 实 验 确 定 渗 水 量
一
（ ｖ ／ ｖ ） ，＇ １ ３ ｓ ａ ｔ ＝（ １ ＂ ３ ｓ ～， ） Ｌ Ｘ
（ ２）
式 中，
为 土壤 垂直 饱 和水 力传 导率 ； 为 土 壤 含 水
相 对 较 少 参 数 的 分 布 式 流 域 水 文 模 型 。 它 将 水 动 力
学 方 法 与 流 域 地 形 相 结 合 ． 假 设 土 壤 及 地 表 网 格 内 侧 向水 流运 动 可 用 运 动 波来 模 拟 ，通过 几 个 “ 结 构
上 相 似的 ”非线 性 水库 方程 来描 述流 域 降雨一 径 流 过 程 中 的 不 同 的 水 文 、水 力 学 过 程 ，模 型 的 参 数 可 以
中图分类号 ： Ｔ Ｖ１ ２ ２ ． ５ ；Ｐ ３ ３ ８ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５ ５ ９ — ９ ３ ４ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ｌ １ — ０ ０ ０ ６ － ０ ５
Ｔ ０Ｐ ＫＡＰ Ｉ ［ ］ 是 一 个 以 物 理 概 念 为 基 础 的 ，具 有
下 层非 饱 和土 壤层 临 时消 失 。
１ ． ３ 壤 中流
壤 中流 的 运 动 可 以 近 似 用 运 动 波 方 程 模 拟 ［ ８ １ 。 将 点 尺 度 上 的 运 动 波 方 程 沿 水 流 运 动 方 向 在 网 格 上 积 分 ， 得 到 非 线 性 水 库 方 程 ，并 采 用 数 值 法 和 解 析 法 来 求 解 ，根 据 水 量 平 衡 原 理 计 算 出 地 面 产 流 量 ｆ ３ 】
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｔ ＯＰ ＫＡＰ Ｉ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｘｉ ｎ ＂ ａ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ
Ｌ Ｉ Ｚ ｈ ｉ ｊ ｉ ａ ， ＷＡ Ｎ Ｇ Ｘ ｉ ｕ ｑ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ Ｕ Ｙ ａ ｎ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｌ ｉ ｚ ｈ ｅ ， Ｌ Ｉ Ｌ ａ ｎ ｒ ｕ （ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ， Ｈ ｏ ｈ ａ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ８ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
在 地 形 、土 壤 、植 被 或 土 地 利 用 等 资 料 的 基 础 上 获
得 。 目前 ．该 模 型 已在 水 文 领 域 获 得 了 比较 广 泛 的
每个 单 元 格 均是 体 现 模 型 物 理特 征 （ 质 量 平 衡 和 动
量 平 衡 ）的 一 个 计 算 节 点 ＿ ５ ］ 。 径 流 路 线 和 坡 度 根 据
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｄ ｉ ｓ ｔ ｉｂ ｒ ｕ ｔ ｅ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｏ ｎ ｌ ｆ ｏ ｏ ｄ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ａ ｎ ｄ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｓ ｈ ｅ ｄ ｓ ｉ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ Ｔ ＯＰ ＫＡＰ Ｉ ｉ ｓ ａ
４ １ １ ０ １ ０ １ ７ ） ； 国 家博 士 点基 金 资 助 项 目（ ２ ｏ ０ ９ ｏ ０ ９ ４ ｌ １ ０ ｏ Ｏ ５ ） 作 者 简 介 ：李 致 家 （ １ ９ ６ ２ 一） ，男 ， 山 西 运 城 人 ，教 授 ， 博 士