三水源新安江模型在黄龙带水库洪水预报中的应用

黄龙带水库 洪水预报

工　程　技　术

２０１２　　ＮＯ．１９

Science and Technology Innovat科技创新导报

三水源新安江模型在黄龙带水库洪水预报中的应用

蓝忠华

（广东水利电力职业技术学院　　广东广州　　５１０６３５）

摘　要:新安江模型是河海大学赵人俊等人提出的,广泛应用于我国潮湿与半潮湿地区,本文分析黄龙带水库的水文特征,重点介绍了新安江三水源模型在黄龙带水库洪水预报中的应用。关键词:新安江模型 黄龙带水库 洪水预报中图分类号:TV697文献标识码:A文章编号:1674-098X(2012)07(a)-0125-02

黄龙带水库位于从化市东北部,坝址位于流溪河支流汾田水下游,坝址以上干流长度21km,是一座集防洪、灌溉、发电为一体的中型水库,最大库容9458万m3,集雨面积92.3km2。

流溪河流域,地处热带、亚热带季风气候区,水汽十分丰沛。受冷暖空气的交替影响,天气复杂多变,暴雨、洪涝灾害频繁出现,而且时间跨度长。每年从3月份起进入雷雨大风活跃期,4月份起进入前汛期,频频南下的冷空气与低纬暖湿空气相遇,常造成暴雨、大暴雨和雷雨大风,而后汛期的7—9月份则是热带气旋的活动盛期,直接导致大暴雨等灾害性天气的发生。由于黄龙带水库流域面积小,河短流急汇流时间非常短,一般仅几小时,每当发生局地性强暴雨,会造成严重的洪水灾害。

用于洪水预报的水文模型有很多种,新安江模型是河海大学赵人俊等在1973年提出的,采用蓄满产流的概念,以土壤含水量达到田间持水量后才产流,是分布式的概念性模型,30多年来在我国潮湿与半湿润地区有广泛应用,并发展改为三水源的以及其他多水源的模型。本文将阐述新安江三水源模型在黄龙带水库流域洪水预报中的运用。

１　基础数据处理

１．１流域性质

黄龙带水库流域面积不大,运用新安江模型进行计算时不进行流域分块,采用集总模型。运用GIS的水文模块对黄龙带水库进行流域提取,以黄龙带水库坝址作为流域出口。

流域内包含三个雨量站,分别是:联星雨量站、枫木塱雨量站、黄龙带水库雨量站。如图1所示。１．２雨量站数据处理

采用泰森多边型方法对黄龙带水库流域内雨量站数据进行权重分配。得到结果如表1所示。

１．３流域年基流以及次洪前期影响流量处理

以2006年为例,黄龙带水库2006年汛前最枯流量Qj为0.55立方米/秒,将其黄龙带水库流域2006年的河川基本流量。图2:黄龙带水库2006年6月21日零点至于2006年6月22日12点入库流量图。

２　模型参数率定

２．１模型参数

产流部分包括流域的平均蓄水容量WM,蓄水容量曲线的方次B,不透水面积占流域面积比值IMP。其中WM包括植物截留、填洼以及包气带的蓄水容量。WM在广东地区一般取95～100mm。B表示了流域蓄水容量分布的不均匀性,一般取01～0.4。IMP在天然流域一般取0.01～0.02。

蒸散发部分包括蒸发折算系数K,土壤上层蓄水容量WUM,下层蓄水容量WLM,深层蓄水容量WDM,深层蒸散发系数C。其中K是流域蒸散发能力与实测水面蒸发值之比。WUM包括植物截留量,一般取5～20mm。WLM可取60～90mm。WDM可由WM—WUM—WLM求出。C取决于深根植被占流域面积之比,同时与WUM+WLM有关,在广东地区取0.15～0.2左右。

水源划分部分包括自由水蓄水容量SM,自由水蓄水容量曲线指数EX,壤中流出流系数KSS,地下水出流系数KG。其中SM反映了水源比例的变化,一般流域取5～45mm。EX反映了自由水的蓄水容量在产流面积上的空间分布情况,一般取1～1.5。KSS取决于表层土的渗透性,KG取决于岩土的渗透性,一般认为两者应受KSS+KG=0.7约束。

汇流部分包括壤中流的消退系数KKSS,地下径流的消退系数KKG,流域上地面径流的单位线UH,以及河段汇流的参

图１　黄龙带水库流域图

表１　黄龙带水库流域雨量站权重指数

雨量站名称　权重　

联星　０．５１　枫木塱　０．３２　

黄龙带水库入库流量

黄龙带水库　０．１７　

流量（立方米／秒）

３０２５２０１５１０５

２８０４０６１４１０１．１２１．１６１．１８１．２０１．２２２．００２．０２２．０４２．０６２．０８２．１０２．１２１．０２１．２１．２１．０２１．１．２２２２２２５５５５５５５５５５５５２５２５２５２５２５２５２５２

６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００６００２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０２０

０．

２１

００

时间

图２　黄龙带水库２００６年６月２１日零点至于２００６年６月２２日１２点入库流量图

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流量过程,S(t)为模拟的流量过程,n为洪水历时。多场洪水则采用目标函数Z=min(∑Zi),m为洪水总场次。

im

数等。其中KKSS一般取0.3～0.8。KKG一

般取0.95～0.998。坡面汇流本文采用Nash1957年提出的瞬时单位线法进行计算。黄龙带水库流域在运用新安江模型时不需要河道汇流计算。２．２参数率定结果

选取黄龙带水库流域1978年以来的30场洪水来率定三水源新安江模型参数。对不同场次的洪水进行径流分割,实测流量过程

记为QR(t),分割出河川基流Qj,上一次洪水退水曲线QL(t),则该次洪水过程的降雨量所导致的流量过程Q(t)=QR(t)-Qj-QL(t)。并根据洪水开始前一个月的降雨资料,分析得出不同洪水场次的流域初始蓄水量。

在率定过程中对i场洪水采用目标函数:

Zi=Min{∑Abs[Q(t) S(t)]/∑AbsQ(t)},

t=1

t=1

n

n

率定结果如表2所示。

３　模型验证

选取2005～2006年黄龙带水库流域的4场洪水进行验证,验证结果如表3所示:

对应的洪水场次模拟结果如图3、4所示:

可以看出对2005年～2006年四场洪水的模拟结果与实测结果非常接近。四场洪水的误差平均值为20%,峰值误差平均值为2.6%,峰现时差平均值为0小时,确定性系数平均值为84.3%,相关系数平均值为93.6%。其中对于洪峰的大小和出现时间的模拟是非常准确的。

在对20050622号洪水的模拟中(如图4所示),可以看到中间的模拟点“2005062310”的模拟流量与实测流量相差很大。如果与图3的20050620号洪水对比,可以发现两次洪水过程中间部分的降雨量分布是相似的,都是近似于倒三角型的对称分布,但两次洪水的实测流量过程的形状却相差很大。结合洪水退水的特性,20050622号洪水点“2005062310”的实测流量值可能存在误测问题。

其中Q(t)为该场洪水过程降雨量所导致的

图３　２００５０６２０号洪水模拟结果

４　结语

黄龙带水库流域,流域内单位时间的净雨汇流到流域出口需要的时间短,所以在流域出口的洪水曲线的形状趋向于尖瘦。在模拟中发现流域河川基流、上一次洪水退水曲线以及流域初始蓄水量对模拟的结果影响较大。

参考文献

[1]赵人俊,王佩兰.新安江模型参数的分

析[J].水文,1988.8(6):2-9

[2]赵人俊.流域水文模拟—新安江模型与

陕北模型[M].北京:水利电力出版社,1984.

[3]刘新仁.流域水文模型的研究途径.全

国水文学术讨论会论文集,2004,24(2):55-58

图４　２００５０６２２号洪水模拟结果

表２　黄龙带水库流域三水源新安江模型参数率定结果

表３　洪水模拟的指标统计

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