基于新安江模型的田头水流域径流模拟

论文总字数：17776字

目 录

摘要 I

Abstract II

1 引言 1

2 水文模型概述 2

2.1 水文模型的发展历史 2

2.2 水文模型分类 2

3 新安江模型及其原理 3

3.1 蒸散发计算 3

3.2 产流量计算 3

3.3 分水源计算 3

3.4 汇流计算 4

3.5 模型参数 4

4 研究资料与方法 4

4.1 研究流域概况 4

4.2 研究方法与步骤 6

5 新安江模型的参数率定与参数验证 8

5.1 日模型参数率定 8

5.2 日模型参数验证 10

5.3 次洪模型参数率定 11

5.3 次洪模型参数验证 12

6 用新安江模型评估雷达降雨估算精度 13

7 结论与展望 18

参考文献 19

致谢 21

基于新安江模型的田头水流域径流模拟

刘思乐

，China

Abstract：Although the radar precipitation can obtain the real-time precipitation information with a certain precision and wide range of high spatial and temporal resolution, there is some error in radar rain due to the complexity of the technology itself and other reasons. This paper, through rainfall data of rainfall station comparing with radar rainfall, evaluate rainfall accuracy of radar. Based on the observed rainfall data from May 2012 to August 2012 and May 2014 to November 2014, this paper first validates the parameters of the model of Xin'anjiang model in the basin. And then use the statics of the storm which last from the June 21, 2012 21:00 to June 12, 2012 at 16:00 to carry out the parameters of the secondary model, selected two storms which last from May 21, 2014 0:00 to May 25, 2014 at 10:00 and June 21, 2014 2:00 to June 23, 2014 16:00 to verify. After the completion of the parameters, radar rainfall data of two storms that took on from May 19, 2013 2:00 to May 22 at 6 pm and from May 15, 2015 9:00 to May 18, 2015 12:00 input rate in the Xin'anjiang model, the flood process is simulated and compared with the corresponding rainfall station rainfall data. The experimental results show that the rainfall data of rainfall station is better than that of radar rainfall, and the process of rainfall flow simulated by rainfall station is more suitable than the measured flow process. Moreover, rainfall station rainfall data stability is better than radar rainfall data.

Key words：Xin'anjiang Model；parameter calibration；model validation；radar rainfall estimation accuracy

1 引言

无论是对于自然还是对于人类经济社会运转而言，水都是不可或缺的基本而且重要的保障，水循环则在其中承担了物质运动能量转换的重要使命。在人类不断探索水循环以及其物理基础的过程中，水文模型扮演了十分重要的角色，同时水文模型在水文预报、水资源调配与管理、水文分析、水文统计等实际问题中也起到了重要的作用^[1]。在当下，洪涝灾害、干旱、水污染等水资源问题日益严峻，人类社会活动对于水循环过程的作用和气候条件的变化以及计算机模拟技术的日渐成熟，为水文模型的研究、改良、发展和实际应用提供了完美的环境 ^[1]。

对于水文工作者而言，面对水资源不均、水污染严重、洪涝灾害频繁等一系列的实际问题时，急需建立完善且精度较高的水文模型。现代科学研究越来越趋于定量化，而计算机和计算手段的迅猛发展，为定量化研究提供了可能^[2]。定量化研究则是建立高精度水文模型的必备条件。目前，对于洪水预报，通常采用将雨量站观测降水资料作为模型输入的方法来进行洪水流量过程的模拟。然而，在实际操作中，由于降水分布空间差异，雨量站分布不均等问题，会使得径流过程的模拟与实测相比存在一定的误差。

近年来有很多学者对雷达降雨资料在水文模型、水文预报中的应用进行了大量相关研究工作。美国天气局在20世纪80年代将雨量站资料，卫星云图和雷达测雨资料相结合进行天气雷达估算降雨并用于水文预报。英国国家河流管理局通过研究得出雷达资料与雨量计资料结合对水文预报效果更好的结论，于是英国水文研究所建立了河流预报系统和水文雷达系统^[13]。欧盟也在1999年到2004年检验雷达测雨的结果误差对于水文模型的影响，这为水文预报精度的进一步提高提供了很多具有参考价值的思路^[13]。

我国从上世纪80年代开始着手对于雷达估测降雨方面的研究，并且获得了相当大的突破，如北京大学和南京大学联合进行将数字天气雷达应用于淮河水系重点防洪地区的降水量定量测量和预报研究；长江水利委员会在国家“八五”科技攻关项目“长江防洪系统研究”中，也开展了类似的研究；刘晓阳等将雷达资料和雨量计资料相结合并采用概念性模型，模拟了眉山水库入库流量；刘金涛等将雷达测雨技术，BP神经网络技术引入流域洪水预报中，并建立基于分布式水文模型的洪水预报模型^[13]。

随着近些年雷达遥感技术的发展，我们可以利用雷达对降雨量进行实时监测，并将雷达监测的降雨量作为输入对洪水过程进行模拟。雷达测雨在水文水资源的应用有很大的优越性，前景广阔，但精度仍然是研究关键^[13]。虽然目前这项技术还并未成熟，但相信随着我们进一步的研究和发展，该项技术会为将来的水文研究以及高精度水文模型的建立提供更多的支持。

在通过水文模型模拟洪水流量过程的时候，由输入资料精度以及模型本身结构包括在参数率定中的不确定性，不可避免地会导致模拟结果产生一定程度的误差。关于水文模型的不确定性，通过近些年的研究，水文工作者已经在模型参数和结构方面获得了很多研究成果^[16]。但由于模型输入导致的不确定性研究则很少^[3]。模型中的输入以及模拟的误差，很大程度来源于降雨资料精度的不确定性，并在模型运行的过程中被传递，因此对降雨资料精度以及降雨资料不确定性的精度的研究对于提高水文模型的模拟精度与减小误差有着重大的现实意义^[3]。

2 水文模型概述

2.1 水文模型的发展历史

水文模型是伴随着水文学的发展而应运而生，并在实践中不断创新发展。在上世纪30年代，应用水文学逐渐兴起并完善，现代水文模型也随之出现^[4]。到了50年代，人们开始将水文循环中不同阶段的理论相结合，并伴随着计算机技术逐渐被引入水文研究之中，才把整个水文循环作为一个整体进行系统研究，而不是像之前一样，从不同的环节分别研究。在50年代后期提出了“流域模型”的概念^[4]。从20世纪60年代初开始，之后的20年，水文模型的发展进入全盛期 ^[4]。在这段时间内出现了许多非常有代表性的水文模型。

在80年代之前，分布式水文模型的发展非常缓慢，原因是分布式水文模型对于原始资料有很高的要求，但是在当时的设备技术条件的制约下，以及并不发达的计算机技术，想要获得能够符合分布式水文模型要求的数据资料是十分困难的^[4]。在20世纪70年代末以后，由于计算机技术的发展以及各种新技术的引入，出现了许多新的分布式水文模型。其中包括SHE模型、IHDM模型、SWAM模型等^[4]。

从80年代末期直到现在，流域水文模型的研究和发展速度都非常缓慢，其中大部分的水文模型的进展都只是为了不同目的，不同服务对象而在原有模型的基础上做了适应性的改善 ^[4]。随着计算机科技的日新月异以及遥感、雷达等新兴科技在水文模型的研究中越来越多的被应用，获取模型所需资料和模型的运行相比于过去都变得更加快捷，因此水文模型对于水文过程的模拟和对于水文过程物理基础的描述更加精确^[4]。

2.2 水文模型分类

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17776字

相关图片展示：