论文发表 | 论文范文 | 公文范文
最新公告:目前,本站已经取得了出版物经营许可证 、音像制品许可证,协助杂志社进行初步审稿、征稿工作。咨询:400-675-1600
您现在的位置: 新晨范文网 >> 工程杂志 >> 水利工程杂志 >> 江西水利科技杂志 >> 正文

新安江模型在白云山水库日径流模拟的运用

定制服务

定制原创材料,由写作老师24小时内创作完成,仅供客户你一人参考学习,无后顾之忧。

发表论文

根据客户的需要,将论文发表在指定类别的期刊,只收50%定金,确定发表通过后再付余款。

加入会员

申请成为本站会员,可以享受经理回访等更17项优惠服务,更可以固定你喜欢的写作老师。

《江西水利科技》2017年第4期

摘要:根据白云山水库所在富田水流域的水文特性,采用新安江(三水源)模型进行日径流过程模拟,通过率定模型参数,将年径流误差的最优值作为目标函数进行反复调试,得出相对最优结果.在日模型率定期9年和验证期7年中,径流深合格率均为100%,模拟结果表明新安江(三水源)模型可用于白云山水库,该模型预报效果较好、精度高、合理可行,可供借鉴.

关键词:新安江模型;日模型;参数率定;最优值;径流深

0引言

新安江模型是1973年由河海大学的赵人俊教授汇集当时在产汇流理论方面的研究成果,并结合大流域洪水预报的特点,从而设计出新安江流域水文模型。自新安江模型提出后,新安江模型在湿润半湿润地区得到了广泛的应用。本文采用新安江模型模拟白云山水库坝址以上流域的日径流过程,进行全年的径流预报,检验新安江模型在白云山水库全年日径流连续计算的精度。

1白云山水库概况

白云山水库位于江西省吉安市南部青原区和兴国县交界处的富田镇,距吉安市70km。工程座落在赣江二级支流富田水上,坝址集雨面积464.0km2,水库总库容10769×104m3,设计灌溉面积12173.33hm2,实际灌溉面积8666.67hm2,是一座以灌溉为主,结合发电、防洪和水产养殖等综合利用的大(2)型水库。白云山水库枢纽工程主要建筑物有主坝、副坝、引水系统和电站等。白云山水库所在水系富田水发源于兴国县良村乡西部的其林坳,自东南向西北流,经兴国县的竹管洞、吉安县的黄沙水文站、白云山水库、富田、云楼、文陂,于青原区的值夏镇马埠从左岸汇入孤江。全流域面积794.0km2,河道全长100km,平均比降为2.18‰。流域地形以丘陵盆地为主,森林植被较好。流域内水系发达,河道蜿蜒曲折,多呈曲线形的连续弯曲。富田水流域地处江西省中南部、赣江中游右岸,属亚热带季风气候区,气候温湿,四季分明,雨量丰沛,光照充足。受季风影响,每年4~6月极易形成长历时大范围的强降水,从而引发洪灾;7~9月受副高控制,天气晴热少雨,但有时受台风影响,亦有较短历时的强降雨发生;11月至次年3月受西伯利亚冷高压控制,气温低,雨量少[1]。

2新安江模型简介

新安江三水源模型主要由四部分组成:(1)蒸散发计算,蒸散发分为上层WUM、下层WLM和深层WDM;(2)产流计算,模型的产流就是蓄满产流模型;(3)水源划分,采用自由水蓄水库进行水源划分,水源分为地表、壤中、地下三种径流;(4)汇流计算,汇流分为坡面、河网汇流两个阶段。各个阶段所要用到的参数见表1。对划分好的每块单元流域分别进行蒸散发计算、产流计算、水源划分计算和汇流计算,得到单元流域出口的流量过程;对单元流域出口的流量过程进行出口以下的河道汇流计算,得到该单元流域在全流域出口的流量过程;将每块单元流域在全流域出口的流量过程线线性叠加,即为全流域出口总的流量过程[2]。

3模型在白云山水库的应用

白云山水库所在富田水流域四季分明,雨量丰沛,属于半湿润地区,产流机制符合蓄满产流规律,因此白云山水库的洪水预报模型采用新安江(三水源)模型。根据相关规范要求,水文预报方案应使用不少于10年的水文气象资料[3],因此,选用建库前的1965~1973年(用于模型参数的率定)和建库后的1977~1984年(其中1979年缺测,用于模型参数的检验)共16年资料来编制预报方案。受资料的限制,本次仅对日模型参数进行率定。

3.1资料的分析

采用本项研究需要利用富田水流域的逐日降雨、逐日流量和逐日蒸发量资料,本次将利用3个水文站的流量资料、7个站的雨量资料,并借用邻近流域测站的蒸发资料。(1)流量资料富田站位于白云山水库坝址下游约8km,集水面积477.0km2,1958年设站,1975年撤消,具有1965~1973年完整的逐日流量资料。黄沙站和东固站均为白云山水库入库站,集雨面积分别为202.0km2和93.1km2,分别具有1972~1992年,1976~1992年径流系列。根据黄沙+东固站径流系列采用水文比拟法(面积比的一次方)可将其换算得到富田站逐日流量。模型参数的率定期和检验期选用富田站1965~1973年和1977~1984年的逐日平均流量资料。(2)雨量资料富田水文站以上流域具有富田、安坛、白竹前、六渡、枫边、南龙和东固等7个雨量站。模型参数的率定期和检验期选用了上述7个雨量站的1965~1973年和1977~1984年的逐日降水量资料。对各站缺测的部分资料采用就近移用或相关移用。(3)蒸发资料模型参数的率定和检验需要相应时间段的逐日蒸发量资料。赣江中下游测站无逐日蒸发量资料,故需借用同纬度、气候条件相似的邻近流域娄家村站相应时间段的蒸发量资料,娄家村站缺测部分的日蒸发资料需移用邻站(抚州站或廖家湾站)资料。

3.2流域面雨量计算

根据以上雨量站点的分布情况,采用泰森多边形法确定每个雨量站所占的权重。泰森多边形法首先采用直线连接相邻雨量站,由此构成若干个三角形,再作每个三角形各边的垂直平分线,流域被垂直平分线分成n个多边形,流域边界处的多边形以流域边界为界,这样每个多边形内有一个雨量站,由此确定各个雨量站所占的权重。

3.3模型参数率定及确定

新安江模型参数的确定采用人工调试的手段来完成,这是一个优选目标成果的过程。在模型中输入降雨和蒸发资料,模拟日径流过程,将日径流误差的最优值作为目标函数,从而优选出蒸散发与产流参数[5]。

3.3.1各参数初值拟定

(1)蒸散发参数:K、WUM、WLM、CK为蒸散发能力折算系数,为流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。此参数对水量计算较为重要,控制着总水量平衡,是影响产流量最为重要和敏感的参数[2]。一般K<1.00。WUM为上层蓄水容量,它包括植物截留量。在植被与土壤发育很好的流域,约为20mm;在植被与土壤发育较差的流域,其值要小些。WLM为下层蓄水容量,其值一般为60~90mm。在蒸散发计算中起主要作用的是WUM和WLM。C为深层蒸散发系数,它与深根植物占流域面积的比数有关,该值越大,深层蒸散发越困难。在江南湿润地区C值一般为0.10~0.20。

(2)产流量参数:WM、B、IMWM为流域蓄水容量,是流域干湿程度的指标。WM在模型中相对不敏感,在南方湿润地区WM值为120~150mm,半湿润地区WM值为150~200mm。B为蓄水容量分布指数。它反映单元流域上张力水蓄水分布的不均匀性,流域越大,B值也越大。在山丘区,很小面积的B为0.10左右,中等面积的B为0.20~0.30。IM为不透水面积占全流域面积之比,IM为0.01~0.02。

(3)水源划分参数:SM、EX、KI、KGSM为自由水蓄水容量,其对地面径流起着决定性作用。当用日为时段长时,一般流域的SM值为10~50mm。EX为表层自由水蓄水容量曲线指数,它表示自由水容量分布的不均匀性。EX值在1.0~1.5之间。KI为自由水蓄水库对壤中流的出流系数,KG为自由水蓄水库对地下水的出流系数,这两个值是并联的,相互影响,KI与KG之和为0.7。

(4)汇流参数:CI、CGCI为壤中流的消退系数。如无深层壤中流时,CI趋于零。当深层壤中流很丰富时,CI趋于0.9。CG为地下水的消退系数。如以日为时段长,此值一般为0.980~0.998。

3.3.2模型参数率定

根据率定规则,调试时将相对误差最小为目标函数。

3.4日径流模拟成果与分析

3.4.1日径流模拟成果

依据1965~1973年和1977~1984年的逐日流量、降雨量和蒸发量资料,采用新安江三水源模型模拟日径流过程,优选模型参数,并采用表3中的模型参数对新安江三水源模型在白云山水库中的应用进行检验。

3.4.2日径流模拟成果分析

(1)从表4和表5可知,率定期为建库之前的年份,检验期为建库之后的年份,将率定期的参数应用于检验期,率定期和检验期的成果误差均在20%以下,满足规范[3]要求,从而证明本次成果基本合理。

(2)从表4和表5成果可以看出,日模型率定期年径流深的最大绝对误差为132mm,相对误差有2年超过10%,占总年数20%;检验期年径流深的最大绝对误差为166mm,相对误差有4年超过10%,占总年数50%。在率定期的9年成果中,实测径流和计算径流两者的大值交替出现;在检验期的7年成果中,基本上是计算径流较实测径流值大。

(3)从表5中的检验成果看,依据1965~1973年资料优选的模型参数,采用新安江三水源模型进行白云山水库日径流过程的预报,存在一定的误差。经分析,主要原因如下:①白云山水库预报方案受资料限制,部分雨量站资料不全,采取了移用资料的方法,造成资料不统一;②白云山水库流域的雨量站的密度不够;③建库后在一定程度上会造成产汇流条件改变,水库建成后水面面积增加,在模型中未考虑水面产流和陆面产流的区别。

3.5参数调试的初浅体会

在日模型参数率定的过程中,K值即蒸散发能力折算系数是最为敏感的参数,在调试过程中需要不断地对其进行调试,本次率定在值为0.5、0.6、0.7以及0.8中反复试算,同时发现,相近的值的成果仍相差较大;WM即流域蓄水容量在120、125、130之间不断转换,但是对径流结果的影响不是特别明显;自由水蓄水容量SM参数变化范围也较大,同时需要和KG、KI进行联合调节。还有一点值得注意的是,在调试过程中需要仔细比对每一次调试成果的变化,在本次调试中就出现个别年份成果差异较大,通过对成果及数据的分析,降雨量和径流量的计算成果并不匹配,可能是由于部分年份的资料是移用他站所致,此时需要对数据及成果进行反复的分析和比较,切勿盲目调试。

4结论

(1)根据白云山水库流域特性,通过新安江模型对白云山水库径流进行模拟,从率定成果上来看,率定期和检验期的成果都能满足规范[3]要求,合格率达到100%,说明该水库流域可使用新安江模型。

(2)本次的率定期和检验期分别为建库前和建库后,建库前的参数与建库后一致,率定期和检验期的成果误差均小于20%,但大于10%的比例较高,需要进一步对误差进行分析,查找原因。模拟精度受众多因素影响及限制,如流域的水文站点分布、资料序列长度及完整性、流域的下垫面等方面的影响。

(3)本次受资料的限制,仅对径流进行预报,下一步欲搜集并完善更多的资料开展次洪模型的预报,进一步优化模型参数,验证优化成果,最终将成果应用于白云山水库。

参考文献:

[1]江西省吉安市白云山水库除险加固工程初步设计报告[R].南昌:江西省水利规划设计院,2011.

[2]包为民.水文预报[M].北京:中国水利水电出版社,2009.

[3]水利部水文局.水文情报预报规范(GB/T22482-2008)[S].北京:中国标准出版社,2009.

[4]詹道江,叶守泽.工程水文学[M].北京:中国水利水电出版社,2000.

[5]刘金涛,冯杰.基于DEM的分布式汇流模型及其在洪水预报中的应用[J].水电能源科学,2005,23(5):11~13.

作者:虞慧1,2;李友辉3;孔琼菊1;洪文浩1,2;喻蔚然1,2;谭幸4 单位:1.江西省水利科学研究院,2.江西省水工程安全工程技术中心,3.江西省水利规划设计研究院,4.河海大学水利水电学院

江西水利科技杂志责任编辑:张雨    阅读:人次