基于MIKE11RR的橫山水庫(kù)入庫(kù)流量模擬

1、-. z.Mike11 RR軟件在橫山水庫(kù)入庫(kù)流量數(shù)值模擬中的應(yīng)用省水文水資源勘測(cè)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(kù)容曲線(xiàn)等有關(guān)資料，利用Mike11 RR軟件對(duì)橫山水庫(kù)入庫(kù)流量進(jìn)展了數(shù)值模擬，為水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)和科學(xué)調(diào)度以及區(qū)域水資源計(jì)算分析提供了根本依據(jù)。橫山水庫(kù)位于省宜興市，是厔溪河水系的攔蓄工程。水庫(kù)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(shì)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(duì)濕度80.1%，平均風(fēng)速3.0m/s，年平均氣溫15.7左右，屬濕潤(rùn)的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)

2、。流域有橫山、深溪岕、橋亭、橫澗、大澗五個(gè)雨量站，設(shè)有橫山水庫(kù)壩上水位站及泄洪閘、東涵、西涵三個(gè)測(cè)流斷面。橫山水庫(kù)地理位置及雨量站點(diǎn)分布情況如下列圖所示。圖1 橫山水庫(kù)地理位置及雨量站分布情況示意圖一、MIKE 11 RR簡(jiǎn)介MIKE11降雨徑流模型RR模擬流域的降雨徑流過(guò)程，見(jiàn)圖2。這一降雨徑流模塊可以單獨(dú)使用，也可以用于計(jì)算一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)流區(qū)，產(chǎn)生的徑流作為旁側(cè)入流進(jìn)入到 MIKE11水動(dòng)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(gè)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(yàn)證、流域參數(shù)和初始條件。根本的氣象數(shù)據(jù)有降雨時(shí)間

3、序列、潛蒸發(fā)時(shí)間序列、如果要模擬積雪和融雪則還需要溫度和太陽(yáng)輻射時(shí)間序列。模型計(jì)算結(jié)果信息包括各匯水區(qū)的地表徑流時(shí)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(bǔ)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(gè)經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐驗(yàn)證的模型工具。圖2 MIKE 11 RR 模擬的水文過(guò)程二、模型率定在率定過(guò)程中，需要不斷調(diào)整各子流域的參數(shù)值，直到計(jì)算的徑流坡面流、壤中流和基流之和與流域出口實(shí)測(cè)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(chǔ)水層最大含水量坡面流、入滲、蒸散發(fā)和壤中流?？刂瓶偹科胶庥?jì)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?？刂瓶偹科胶庥?jì)算5050mm ，Lma*0.1*UMa*CQOF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(chǔ)水層排泄出的壤中流。控制峰值產(chǎn)生的時(shí)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(bǔ)給臨界值產(chǎn)生地下水補(bǔ)給所需的最低土壤含水量01CK12坡面流和壤中流時(shí)間常量沿流域坡度和河網(wǎng)來(lái)演算坡面流348 hrCKBF基流時(shí)間

5、常量演算地下水補(bǔ)給?？刂苹鬟^(guò)程線(xiàn)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(wú)法通過(guò)實(shí)測(cè)獲得，因此必須進(jìn)展率定。降雨量、蒸發(fā)量時(shí)間序列文件建立由于橫山水庫(kù)流域面積較小，模擬演算時(shí)不再劃分子流域，以整個(gè)流域作為模擬演算單元。選擇2012年橫山水庫(kù)、深溪岕、橋亭、橫澗、大澗五個(gè)站的逐日雨量的平均值作為降雨量時(shí)間序列文件的來(lái)源。選擇附近沙河水庫(kù)逐日蒸發(fā)量代表區(qū)域水面蒸發(fā)情況。新建時(shí)間序列文件過(guò)程為：點(diǎn)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(diǎn)擊OK,彈出時(shí)間序列文件屬性對(duì)話(huà)框，如下列圖所示。圖3 降雨量時(shí)間序列文件屬性對(duì)話(huà)框General information 根本信息Title：標(biāo)題A*is information 時(shí)間軸信息A*is Type時(shí)間軸類(lèi)型：選擇Equidistant Calendar A*is 等時(shí)間軸Start Time開(kāi)場(chǎng)時(shí)間：輸入2012/1/1 8:00:00，表示從2012年1月1日8時(shí)起算，每日8時(shí)雨量表示前日降雨量。 Time Step時(shí)間步長(zhǎng)：設(shè)為1 days天，每天算一次徑流量。 No.of Timesteps時(shí)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(lèi)型：必須選擇Step Accumulated逐步累積值。對(duì)話(huà)框?qū)傩栽O(shè)置好以后，出現(xiàn)時(shí)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(shí)間序列編輯器界面反推入庫(kù)流量時(shí)間序列文件的建立橫山水庫(kù)入庫(kù)流量無(wú)水文站控制，沒(méi)有實(shí)測(cè)的入庫(kù)流量過(guò)程，采用水庫(kù)壩上水位、泄洪閘、東涵、西涵出庫(kù)流量實(shí)測(cè)資料反推入庫(kù)流量過(guò)程。反推入庫(kù)流量過(guò)程主要步驟如下：做好泄洪閘、東涵、西涵出庫(kù)瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)加工表，流量單位以m3/s計(jì)；利用水位過(guò)程及庫(kù)容曲線(xiàn)，先算出水庫(kù)蓄水量單位以104m3計(jì)過(guò)程，再根據(jù)蓄水量過(guò)程折算成

8、相應(yīng)的蓄水變化過(guò)程，和流量一致，單位以m3/s計(jì)。利用水文資料整編軟件將泄洪閘、東涵、西涵出庫(kù)流量過(guò)程和蓄水量變化過(guò)程合并推流，計(jì)算出水庫(kù)入庫(kù)流量過(guò)程。反推計(jì)算出的水庫(kù)入庫(kù)年徑流深為601.2mm，資料整編計(jì)算出的水庫(kù)出庫(kù)年徑流深為712.8mm，成果合理。流量時(shí)間序列文件的建立時(shí)Ts Type數(shù)據(jù)類(lèi)型必須選擇Instantaneous瞬時(shí)值。參數(shù)文件的建立參數(shù)文件過(guò)程為：點(diǎn)擊Mike 11 選擇File 選擇New File 選擇Mike 11 選擇RR Parameters.rr11點(diǎn)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(chēng)、模擬數(shù)值名稱(chēng)、集水面積等參數(shù)。NAM(流域參數(shù))：按圖示設(shè)定Autocalibration自動(dòng)率定參數(shù)，其余參數(shù)不必設(shè)定，由程序自動(dòng)率定。圖6 自動(dòng)率定參數(shù)設(shè)定界面Timeseries時(shí)間序列參數(shù)：點(diǎn)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(kù)流量，Data Type(數(shù)據(jù)類(lèi)型)必須選擇Distribution in time。圖7 時(shí)間序列參數(shù)設(shè)定界面模擬文件的建立模擬文件過(guò)程為：點(diǎn)擊Mike 11 選擇File 選擇New File 選擇Mike 11 選擇Simulation.sim11點(diǎn)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(shí)間步長(zhǎng)、時(shí)間段和初始條件界面如下，第一次模擬時(shí)初始條件Initial Conditions空白，程序自動(dòng)率定各項(xiàng)參數(shù)。圖10 模型時(shí)間步長(zhǎng)、時(shí)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(chēng)及步長(zhǎng)等。Star模型各項(xiàng)參數(shù)全部設(shè)置好以后，可以開(kāi)場(chǎng)運(yùn)行模型，界面如下。當(dāng)Run Parameters和RR Parameters顯示綠燈時(shí)，表示各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置正確

11、，模型可以開(kāi)場(chǎng)運(yùn)行。圖11 模型開(kāi)場(chǎng)運(yùn)行界面三、模擬成果模型結(jié)果文件為*.res11格式，通過(guò)Mike View來(lái)演示和提取計(jì)算結(jié)果。裝載結(jié)果文件開(kāi)場(chǎng)所有程序 DHI Software MIKE11 MIKE View 翻開(kāi) MIKE View 翻開(kāi)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(lèi)型對(duì)話(huà)框，選擇需要顯示的數(shù)據(jù)類(lèi)型。橫山水庫(kù)入庫(kù)流量模型可以顯示的主要數(shù)據(jù)有：Run off入庫(kù)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(bǔ)給量等。圖12 裝載數(shù)據(jù)類(lèi)型對(duì)話(huà)框界面裝載入庫(kù)流量過(guò)程線(xiàn)后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇E*ternal TS另外選擇模擬結(jié)果文件里沒(méi)有的實(shí)測(cè)流量過(guò)程，即橫山水庫(kù)反推入庫(kù)逐日平均流量過(guò)程，結(jié)果如下。藍(lán)線(xiàn)為反推入庫(kù)流量紅線(xiàn)為模擬入庫(kù)流量圖13 模擬流量與實(shí)測(cè)流量對(duì)照?qǐng)D模擬成果分析翻開(kāi)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(shí)測(cè)流量，本模型為2012年逐日反推入庫(kù)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(shí)測(cè)流量對(duì)照?qǐng)D圖13可以看出，年度兩次大的洪峰過(guò)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(kù)入庫(kù)流量過(guò)程中的方法和步驟，對(duì)模擬成果的合理性進(jìn)展了分析。由于橫山水庫(kù)流域具有較全的降雨、蒸發(fā)、水位、流量等水文