基于MIKE RR 的橫山水庫入庫流量模擬

1、Mike11 RR軟件在橫山水庫入庫流量數(shù)值模擬中的應(yīng)用（江蘇省水文水資源勘測局無錫分局 盛龍壽）摘要:根據(jù)流域集水面積、降雨、蒸發(fā)、水位、流量及庫容曲線等有關(guān)資料，利用Mike11 RR軟件對橫山水庫入庫流量進行了數(shù)值模擬，為水庫洪水預(yù)報和科學(xué)調(diào)度以及區(qū)域水資源計算分析提供了基本依據(jù)。橫山水庫位于江蘇省宜興市，是厔溪河水系的攔蓄工程。水庫集水面積154.8Km2，上游山高嶺峻，南部主要為太華山區(qū)，最高海拔500m以上，地勢由南向北減緩，平均高程300m以上。年平均降雨量1310mm，年平均蒸發(fā)量870mm，平均相對濕度80.1%，平均風(fēng)速3.0m/s，年平均氣溫15.7左右，屬濕潤的亞熱帶季

2、風(fēng)氣候區(qū)。流域內(nèi)有橫山、深溪岕、橋亭、橫澗、大澗五個雨量站，設(shè)有橫山水庫（壩上）水位站及泄洪閘、東涵、西涵三個測流斷面。橫山水庫地理位置及雨量站點分布情況如下圖所示。圖1 橫山水庫地理位置及雨量站分布情況示意圖一、MIKE 11 RR簡介MIKE11降雨徑流模型（RR）模擬流域內(nèi)的降雨徑流過程，見圖2。這一降雨徑流模塊可以單獨使用，也可以用于計算一個或多個產(chǎn)流區(qū)，產(chǎn)生的徑流作為旁側(cè)入流進入到 MIKE11水動力（HD）模型的河網(wǎng)中。采用這種方法，可以在同一模型框架內(nèi)處理單個或眾多匯流區(qū)和復(fù)雜河網(wǎng)的大型流域。 降雨徑流模型所需的輸入數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)（用于模型率定和驗證）、流域參數(shù)和初始

3、條件?；镜臍庀髷?shù)據(jù)有降雨時間序列、潛蒸發(fā)時間序列、如果要模擬積雪和融雪則還需要溫度和太陽輻射時間序列。模型計算結(jié)果信息包括各匯水區(qū)的地表徑流時間序列（可細(xì)化為坡面流、壤中流和基流）以及其它水文循環(huán)單元中的信息，如土壤含水量和地下水補給。 從 1960s 起，MIKE 11 RR 已廣泛應(yīng)用到世界各地不同氣象水文條件的流域，是一個經(jīng)過大量工程實踐驗證的模型工具。 圖2 MIKE 11 RR 模擬的水文過程二、模型率定在率定過程中，需要不斷調(diào)整各子流域的參數(shù)值，直到計算的徑流（坡面流、壤中流和基流之和）與流域出口實測的流量擬合較好為止。表1列出了MIKE11 RR模型中的重要率定參數(shù)。 表1 -

4、 RR 模型主要率定參數(shù)參數(shù)描述影響一般取值范圍Umax地表儲水層最大含水量坡面流、入滲、蒸散發(fā)和壤中流。控制總水量平衡計算1025 mmLmax土壤層/根區(qū)最大含水量坡面流、入滲、蒸散發(fā)和基流?？刂瓶偹科胶庥嬎?050mm ，Lmax0.1*UMaxCQOF坡面流系數(shù)坡面流量和入滲量?？刂品逯盗髁?1CKIF壤中流排水常數(shù)由地表儲水層排泄出的壤中流?？刂品逯诞a(chǎn)生的時間相位5001000 hrTOF坡面流臨界值產(chǎn)生坡面流所需的最低土壤含水量01TIF壤中流臨界值產(chǎn)生壤中流所需的最低土壤含水量01TG地下水補給臨界值產(chǎn)生地下水補給所需的最低土壤含水量01CK12坡面流和壤中流時間常量沿流域坡度

5、和河網(wǎng)來演算坡面流348 hrCKBF基流時間常量演算地下水補給?？刂苹鬟^程線形狀5005000 hrMIKE 11 RR是概念性、集總型模型，所有參數(shù)都有一定的物理概念，但由于參數(shù)值反映的是各子流域的平均條件，無法通過實測獲得，因此必須進行率定。1. 降雨量、蒸發(fā)量時間序列文件建立由于橫山水庫流域面積較小，模擬演算時不再劃分子流域，以整個流域作為模擬演算單元。選擇2012年橫山水庫、深溪岕、橋亭、橫澗、大澗五個站的逐日雨量的平均值作為降雨量時間序列文件的來源。選擇附近沙河水庫逐日蒸發(fā)量代表區(qū)域水面蒸發(fā)情況。新建時間序列文件過程為：點擊Mike 11 選擇File 選擇New File選擇M

6、ike Zero 擇Time Series(.dfs0)選擇Blank Time Series點擊OK,彈出時間序列文件屬性對話框，如下圖所示。圖3 降雨量時間序列文件屬性對話框1) General information 基本信息Title：標(biāo)題2) Axis information 時間軸信息Axis Type（時間軸類型）：選擇Equidistant Calendar Axis 等時間軸Start Time（開始時間）：輸入2012/1/1 8:00:00，表示從2012年1月1日8時起算，每日8時雨量表示前日降雨量。 Time Step（時間步長）： 設(shè)為1 days（天），每天算一次

7、徑流量。 No.of Timesteps（時間步數(shù)）： 366，一天算一次，全年366天。3) Item information 數(shù)據(jù)信息Ts Type（數(shù)據(jù)類型）：必須選擇Step Accumulated（逐步累積值）。對話框?qū)傩栽O(shè)置好以后，出現(xiàn)時間序列文件編輯器，如下圖所示。在右側(cè)空白處輸入或從Excel中復(fù)制粘貼逐日雨量數(shù)據(jù)。圖4 時間序列編輯器界面2. 反推入庫流量時間序列文件的建立橫山水庫入庫流量無水文站控制，沒有實測的入庫流量過程，采用水庫壩上水位、泄洪閘、東涵、西涵出庫流量實測資料反推入庫流量過程。反推入庫流量過程主要步驟如下：1) 做好泄洪閘、東涵、西涵出庫瞬時流量數(shù)據(jù)加工表，

8、流量單位以m3/s計；2) 利用水位過程及庫容曲線，先算出水庫蓄水量（單位以104m3計）過程， 再根據(jù)蓄水量過程折算成相應(yīng)的蓄水變化過程，和流量一致，單位以m3/s計。3) 利用水文資料整編軟件將泄洪閘、東涵、西涵出庫流量過程和蓄水量變化過程合并推流，計算出水庫入庫流量過程。反推計算出的水庫入庫年徑流深為601.2mm，資料整編計算出的水庫出庫年徑流深為712.8mm，成果合理。流量時間序列文件的建立時Ts Type（數(shù)據(jù)類型）必須選擇Instantaneous（瞬時值）。3. 參數(shù)文件的建立參數(shù)文件過程為：點擊Mike 11 選擇File 選擇New File 選擇Mike 11 選擇RR

9、 Parameters（.rr11）點擊OK,彈出參數(shù)文件界面，如下圖所示。圖5 參數(shù)文件錄入界面1) Catchments（集水區(qū)）：按提示錄入流域名稱、模擬數(shù)值名稱、集水面積等參數(shù)。2) NAM(流域參數(shù))：按圖示設(shè)定Autocalibration（自動率定）參數(shù)，其余參數(shù)不必設(shè)定，由程序自動率定。圖6 自動率定參數(shù)設(shè)定界面3) Timeseries（時間序列參數(shù)）：點擊界面右側(cè)的 ，分別導(dǎo)入準(zhǔn)備好的流域逐日平均降雨量、蒸發(fā)量和反推入庫流量，Data Type(數(shù)據(jù)類型)必須選擇Distribution in time。圖7 時間序列參數(shù)設(shè)定界面4. 模擬文件的建立模擬文件過程為：點擊Mi

10、ke 11 選擇File 選擇New File 選擇Mike 11 選擇Simulation（.sim11）點擊OK,彈出模擬文件界面，如下圖所示。圖8 模擬文件界面1) Models（模型）勾選Rainfall-Runo（降雨徑流）模型，選擇Unsteady（非穩(wěn)態(tài)）模式。在非穩(wěn)態(tài)模式，參數(shù)文件設(shè)置的初始參數(shù)有效。2) Input導(dǎo)入設(shè)置好的降雨徑流參數(shù)文件，如下圖所示：圖9 模型數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入界面3) Simulation設(shè)定模擬時間步長、時間段和初始條件界面如下，第一次模擬時初始條件（Initial Conditions）空白，程序自動率定各項參數(shù)。圖10 模型時間步長、時間段、初始條件錄

11、入界面4) Results設(shè)定模擬成果文件存放路徑、名稱及步長等。5) Star模型各項參數(shù)全部設(shè)置好以后，可以開始運行模型，界面如下。當(dāng)Run Parameters和RR Parameters顯示綠燈時，表示各項參數(shù)設(shè)置正確，模型可以開始運行。圖11 模型開始運行界面三、模擬成果模型結(jié)果文件為*.res11格式，通過Mike View來演示和提取計算結(jié)果。1、 裝載結(jié)果文件開始 所有程序 DHI Software MIKE11 MIKE View 打開 MIKE View 打開結(jié)果文件，如下圖所示。圖12 裝載模型結(jié)果文件界面在主菜單上方工具條內(nèi)按按鈕，出現(xiàn)數(shù)據(jù)類型對話框，選擇需要顯示的數(shù)據(jù)

12、類型。橫山水庫入庫流量模型可以顯示的主要數(shù)據(jù)有：Run off（入庫流量）、Overlandflow（表面流）、Interfloe（壤中流）、Baseflow（基流）、ActRainfall(降雨量)、ActEvap(蒸發(fā)量)、Recharge（降雨入滲補給量）等。 圖12 裝載數(shù)據(jù)類型對話框界面裝載入庫流量過程線后，點擊鼠標(biāo)右鍵選擇External TS另外選擇模擬結(jié)果文件里沒有的實測流量過程，即橫山水庫反推入庫逐日平均流量過程，結(jié)果如下。藍線為反推入庫流量紅線為模擬入庫流量 圖13 模擬流量與實測流量對照圖2、 模擬成果分析 打開模擬成果文件RRstar.Txt,如下圖所示。 圖14 模擬成果表成果表示，Q-obs（實測流量），本模型為2012年逐日反推入庫流量，折合為徑流深為601.2mm，模擬年徑流深為606.3mm，誤差為-0.9%，總徑流量擬合良好。從模擬流量與實測流量對照圖（圖13）可以看出，年度內(nèi)兩次大的洪峰過程擬合情況良好，小流量存在一定的誤差。四、結(jié)論本文詳細(xì)地介紹了利用Mike 11 RR軟件模擬橫山水庫入庫流量過程中的方法和步驟，對模擬成果的合理性進行了分析。由于橫山水庫流域具有較全的降雨、蒸發(fā)、水