基于MIKE11RR的橫山水庫入庫流量模擬

1、-. z.Mike11 RR軟件在橫山水庫入庫流量數(shù)值模擬中的應(yīng)用省水文水資源勘測局分局盛龍壽摘要: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展了數(shù)值模擬，為水庫洪水預(yù)報和科學調(diào)度以及區(qū)域水資源計算分析提供了根本依據(jù)。橫山水庫位于省宜興市，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%，平均風速3.0m/s，年平均氣溫15.7左右，屬濕潤的亞熱帶季風氣候區(qū)

2、。流域有橫山、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列圖所示。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)和初始條件。根本的氣象數(shù)據(jù)有降雨時間

3、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 - RR 模型主要率定參數(shù)參數(shù)描述影響一般取值

4、圍Uma*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 mmLma*土壤層/根區(qū)最大含水量坡面流、入滲、蒸散發(fā)和基流。控制總水量平衡計算5050mm ，Lma*0.1*UMa*CQOF坡面流系數(shù)坡面流量和入滲量。控制峰值流量01CKIF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和河網(wǎng)來演算坡面流348 hrCKBF基流時間

5、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，因此必須進展率定。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Mike Zero 擇Time Series(.dfs

6、0)選擇Blank Time Series點擊OK,彈出時間序列文件屬性對話框，如下列圖所示。圖3 降雨量時間序列文件屬性對話框General information 根本信息Title：標題A*is information 時間軸信息A*is Type時間軸類型：選擇Equidistant Calendar A*is 等時間軸Start Time開場時間：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，每天算一次徑流量。 No.of Timesteps時間步數(shù)： 366，一天算一次，全年36

7、6天。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，如下列圖所示。在右側(cè)空白處輸入或從E*cel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：做好泄洪閘、東涵、西涵出庫瞬時流量數(shù)據(jù)加工表，流量單位以m3/s計；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

8、相應(yīng)的蓄水變化過程，和流量一致，單位以m3/s計。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。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 Parameters.rr11點擊OK,彈出參數(shù)文件界面，如下列圖所示。圖5 參數(shù)文件錄入界面Catchments集水區(qū)：按提示錄入流域名

9、稱、模擬數(shù)值名稱、集水面積等參數(shù)。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Timeseries時間序列參數(shù)：點擊界面右側(cè)的，分別導(dǎo)入準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)定界面模擬文件的建立模擬文件過程為：點擊Mike 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，如下列圖所示。圖8 模擬文件界面Models模型

10、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。Input導(dǎo)入設(shè)置好的降雨徑流參數(shù)文件，如下列圖所示：圖9 模型數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入界面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、初始條件錄入界面Results設(shè)定模擬成果文件存放路徑、名稱及步長等。Star模型各項參數(shù)全部設(shè)置好以后，可以開場運行模型，界面如下。當Run Parameters和RR Parameters顯示綠燈時，表示各項參數(shù)設(shè)置正確

11、，模型可以開場運行。圖11 模型開場運行界面三、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。裝載結(jié)果文件開場所有程序 DHI Software MIKE11 MIKE View 翻開 MIKE View 翻開結(jié)果文件，如下列圖所示。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)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外表流、Interfloe壤中流、Baseflow基流、ActRainfall(降雨量)、ActEvap(蒸發(fā)量)、Recharge降雨入

12、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，點擊鼠標右鍵選擇E*ternal 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模擬成果分析翻開模擬成果文件RRstar.T*t,如下列圖所示。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展了分析。由于橫山水庫流域具有較全的降雨、蒸發(fā)、水位、流量等水文