基于分布式水文模型的山洪預(yù)警方法研究.pdf

1、隨著全國(guó)山洪災(zāi)害防治工作的穩(wěn)步推進(jìn)和山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)項(xiàng)目已初步完成，分布式水文模型可以充分運(yùn)用山洪災(zāi)害調(diào)查與分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和成果，針對(duì)山洪災(zāi)害防治中暴露出的突出問(wèn)題和薄弱環(huán)節(jié)，開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)研究，從而滿足山洪災(zāi)害防治的更高需求。
　　本文結(jié)合半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)的水文特性，基于微單元入滲模型對(duì)TOPMODEL模型進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)為滿足分布式預(yù)警的需要，分別基于子流域匯流單元和分布式TIN（Triangulated Irregul

2、ar Network）構(gòu)建分布式匯流框架，通過(guò)結(jié)合分布式水文模型的特性，引入歐洲徑流指數(shù)ERIC（European Runoff Index based on simulated Climatology）預(yù)警指標(biāo)，在TIN分布式匯流框架的基礎(chǔ)上提出TRIC（TIN based Runoff Index of Climatology simulator）分布式預(yù)警模型，從而實(shí)現(xiàn)中小流域的分布式預(yù)警，并在山西省洪安澗河流域進(jìn)行推廣應(yīng)用。

3、r>　　首先以TOPMODEL為原型，結(jié)合半濕潤(rùn)半干旱地區(qū)的水文、地質(zhì)、氣候特征，引入雙超模型使用的微單元入滲模型對(duì)TOPMODEL進(jìn)行改進(jìn)。以洪峰流量誤差、峰現(xiàn)時(shí)間誤差和確定系數(shù)為目標(biāo)采用SCE-UA算法進(jìn)行參數(shù)率定，通過(guò)將參數(shù)率定結(jié)果與基于GREEN-AMPT入滲模型的TOPMODEL模型和TOPMODEL原型的參數(shù)率定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，其中基于微單元入滲模型的TOPMODEL的模擬效果最好，洪峰流量合格率、峰現(xiàn)時(shí)間合格率、整體確定性系

4、數(shù)分別60％，60%，0.26，說(shuō)明TOPMODEL經(jīng)改進(jìn)后可在山西省使用。為分析改進(jìn)后對(duì)模型各參數(shù)的敏感性影響，采用局部參數(shù)敏感度分析方法對(duì)改進(jìn)后的非飽和區(qū)最大蓄水深度SZM等9個(gè)模型參數(shù)進(jìn)行敏感性分析發(fā)現(xiàn)，非飽和區(qū)最大蓄水深度SZM、飽和土壤有效下滲率T0、根區(qū)最大缺水量Srmax、坡面匯流速率Chv的敏感度最高，可為分布式模型構(gòu)建過(guò)程中的參數(shù)確定提供依據(jù)。
　　然后在子流域尺度應(yīng)用耦合微單元入滲模型的TOPMODEL模型。子

5、流域匯流單元?jiǎng)澐质腔诟叻直媛蔇EM選取合適的閾值進(jìn)行的，每個(gè)子流域匯流單元應(yīng)用耦合微單元入滲模型的TOPMODEL模型得到子流域出口的徑流過(guò)程。借助根據(jù)河網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系建立的網(wǎng)狀匯流架構(gòu)，為了滿足不同河流的河道演算要求，提高模型的適應(yīng)能力，分別選用馬斯京根法河道洪水演算模型、SWAI型河道流量模型、擴(kuò)散波模型來(lái)建立河網(wǎng)匯流模型，對(duì)子流域逐單元計(jì)算直到出口斷面，從而得到全流域的出口斷面的水流過(guò)程。各匯流單元的部分模型參數(shù)取值根據(jù)參數(shù)敏感度分

6、析結(jié)果確定，通過(guò)對(duì)各模型組合進(jìn)行參數(shù)率定發(fā)現(xiàn)，SWAI模型組合的模擬效果最好，洪峰流量合格率、峰現(xiàn)時(shí)間合格率、整體確定性系數(shù)分別90%，90%，0.7，可作為本次河道演算采用的模型。
　　接著為減少數(shù)據(jù)冗余提高計(jì)算效率采用TIN網(wǎng)格進(jìn)行分布式模型構(gòu)建。以TIN網(wǎng)格各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的泰森多邊形作為匯流單元，構(gòu)建基于網(wǎng)格尺度的分布式匯流框架；各網(wǎng)格單元的產(chǎn)流通過(guò)耦合模型計(jì)算，網(wǎng)格間的匯流計(jì)算通過(guò)引入過(guò)境水流的概念進(jìn)行描述；TIN單元的模型參

7、數(shù)取值方式分為三種，從全流域取值，從子流域取值，從網(wǎng)格單元屬性取值。通過(guò)將21場(chǎng)洪水帶入基于TIN匯流框架的耦合模型進(jìn)行驗(yàn)證得到整體確定性系數(shù)為0.5，洪峰流量合格率為76.19%，峰現(xiàn)時(shí)間合格率為80.95%，模擬結(jié)果整體較為理想，滿足山洪預(yù)警的要求。
　　最后通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外常用的分布式預(yù)警方法，提出TRIC分布式預(yù)警方法。在基于TIN匯流框架的耦合模型的基礎(chǔ)上引入ERIC預(yù)警指標(biāo)，并提出TRIC預(yù)警模型和預(yù)警指標(biāo)；選用1970