DB5301-T 76-2022 流域水文水質(zhì)模型構建技術指南

ICS07.60DB5301昆明市市場監(jiān)督管理局發(fā)布IDB5301/T76—2022 Ⅲ 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4模型構建和測試 4.1模型選擇 4.2數(shù)據(jù)收集 4.3數(shù)據(jù)核查與優(yōu)化 4.4數(shù)據(jù)日志 4.5模型構建 4.6模型測試 5參數(shù)率定和驗證 5.1時間要求 5.2一般步驟 5.3評價標準 6模型分析、應用及維護 6.1模型分析 6.2模型應用 6.3模型維護 7成果編制與驗收 7.1一般規(guī)定 7.2專題報告 7.3模型附件 7.4驗收內(nèi)容 附錄A（資料性）專題報告篇章安排 附錄B（資料性）模型附件內(nèi)容 DB5301/T76—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構和起草規(guī)則》給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由昆明市生態(tài)環(huán)境局提出。本文件由昆明市生態(tài)環(huán)境科學研究院歸口。本文件主要起草單位：昆明市生態(tài)環(huán)境科學研究院。本文件主要起草人：吳雪、何佳、支國強、周鴻斌、朱啟鳳、張英、楊艷、鄧偉明、范力、邵智、賈付權、施政庭、付麗萍、張帆。1DB5301/T76—2022流域水文水質(zhì)模型構建技術指南本文件對流域水文水質(zhì)模型構建和測試，參數(shù)率定和模型驗證，模型分析、應用及維護，成果編制以及模型驗收等做出了規(guī)定。本文件適用于流域水文水質(zhì)模型構建及應用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T21010土地利用現(xiàn)狀分類GB/T35221地面氣象觀測規(guī)范GB50179河流流量測驗規(guī)范CH/T1015.2-2007基礎地理信息數(shù)字產(chǎn)品1:100001:50000生產(chǎn)技術規(guī)程第2部分:數(shù)字高程模型(DEM)HJ/T91地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范HJ724環(huán)境基礎空間數(shù)據(jù)加工處理技術規(guī)范3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1經(jīng)驗模型基于觀測數(shù)據(jù)之間相關關系建立的、可用于預測模擬對象行為的模型，但這些相關關系不一定反映模擬對象的內(nèi)在機理。3.2機理模型基于對模擬對象物理、化學、生物等過程的認識建立的模型，可定量表征模擬對象行為與內(nèi)在機理之間的因果關系。3.3流域水文水質(zhì)模型模擬流域內(nèi)降雨徑流的形成和污染物隨降雨徑流遷移轉(zhuǎn)化過程，可定量表征流域內(nèi)徑流和水質(zhì)變化過程的機理模型。4模型構建和測試2DB5301/T76—2022I4.1模型選擇4.1.1根據(jù)模擬區(qū)域特征和實際情況選擇合適的模型工具：a)滇池流域模型工具需具備城市區(qū)域模擬和非城市區(qū)域模擬的能力，或采用兩種及以上的建模工具分別構建；b)滇池流域以外的普渡河、牛欄江、南盤江等流域需采用非城市區(qū)域模擬能力較強的模型工具。4.1.2選用的模型工具應滿足下列條件：a)流域水文水質(zhì)模擬輸入、輸出數(shù)據(jù)的編輯；b)流域水文過程模擬和污染負荷遷移模擬的計算模塊；c)流域水文水質(zhì)模型參數(shù)率定、驗證和評價功能。4.2數(shù)據(jù)收集4.2.1地形數(shù)據(jù)宜收集符合CH/T1015.2-2007要求的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，流域模型使用的數(shù)字高程模型空間分辨率不低于30m；若無法直接獲取時，可通過地理空間數(shù)據(jù)云獲取。4.2.2土地利用數(shù)據(jù)宜收集最新的土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)，流域模型使用的土地利用數(shù)據(jù)精度不低于1:250000；若無法直接獲取時，可采用高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)解譯獲取，土地利用分類需結(jié)合GB/T21010和模型數(shù)據(jù)要求開4.2.3土壤數(shù)據(jù)宜收集中國土壤數(shù)據(jù)庫中涉及建模區(qū)域的土壤類型及其相關參數(shù)，現(xiàn)階段土壤數(shù)據(jù)空間精度以實際獲取的數(shù)據(jù)精度為準；若無法直接獲取時，需開展相關野外抽樣調(diào)查獲取。4.2.4氣象數(shù)據(jù)應收集符合GB/T35221要求的數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)時間精度宜不低于日尺度；流域內(nèi)降雨空間分布存在較大差異且有多個氣象站點時，宜將所有氣象站點觀測數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)收集范圍。4.2.5水文、水質(zhì)數(shù)據(jù)宜收集流域內(nèi)已有監(jiān)測站點歷史數(shù)據(jù)，河流流量數(shù)據(jù)應符合GB50179的要求，水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)應符合HJ/T91的要求；流量數(shù)據(jù)時間精度不宜低于日尺度，水質(zhì)數(shù)據(jù)時間精度不宜低于月尺度。4.2.6污染源數(shù)據(jù)宜收集流域內(nèi)已有的污染源普查數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)或歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)；若無法直接獲取時，可查閱相關資料或開展現(xiàn)場調(diào)查獲取。4.2.7其他數(shù)據(jù)建模區(qū)域內(nèi)存在對自然徑流有顯著影響的水利水電工程時，還需收集工程相關基礎數(shù)據(jù)。4.3數(shù)據(jù)核查與優(yōu)化4.3.1對原始數(shù)據(jù)進行核查，對數(shù)據(jù)缺失和可疑情況，通過走訪相關部門增補和修正數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)代表性和一致性。DB5301/T76—20224.3.2空間數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的平面坐標和高程基準，平面坐標系統(tǒng)采用WGS84或CGCS2000，高程基準采用1985國家高程基準?？臻g數(shù)據(jù)處理參考HJ724的要求。4.4數(shù)據(jù)日志建立數(shù)據(jù)日志，載明數(shù)據(jù)來源，以及修改、增補、刪減的信息，便于進行數(shù)據(jù)追溯。4.5模型構建4.5.1模型構建包含以下內(nèi)容：a)子流域劃分；b)模型響應單元確定；c)數(shù)據(jù)錄入；d)模型編輯；e)模型測試；f)參數(shù)選擇；g)模型參數(shù)率定與驗證。4.5.2模型構建基本程序見圖1。圖1模型構建基本程序34DB5301/T76—2022I4.6模型測試根據(jù)模型應用目的，選擇合適的測試時間段進行模型測試，模型測試時間段至少包含1個完整的水文年。5參數(shù)率定和驗證5.1時間要求模型參數(shù)率定和驗證應采用獨立的實測數(shù)據(jù)，用于模型參數(shù)率定數(shù)據(jù)時間至少為3年，用于模型驗證的數(shù)據(jù)時間至少為1年。5.2一般步驟參數(shù)率定和模型驗證按下列步驟進行：a)對獲得的實測數(shù)據(jù)資料適用性進行評估，選取可用作模型率定的實測數(shù)據(jù)；b)采用一套或多套獨立的實測數(shù)據(jù)集進行參數(shù)率定，比較模型計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)，合理調(diào)整模型中參數(shù)，使模型結(jié)果與實測數(shù)據(jù)滿足參數(shù)率定標準；c)采用另外一套或多套獨立的實測數(shù)據(jù)集進行模型驗證，評估實測數(shù)據(jù)與模型計算結(jié)果的擬合程度是否滿足模型驗證標準；d)出具報告說明評估結(jié)果及所有的模型修改。5.3評價標準5.3.1利用實測數(shù)據(jù)進行參數(shù)率定和模型驗證時，模擬結(jié)果應能反映實際水文水質(zhì)狀況，一般選取納什系數(shù)（NSE）作為模型率定的評價指標。式中：n：為觀測數(shù)據(jù)的總數(shù)；i：為觀測數(shù)據(jù)的次序；Qo,i：為第i次觀測值；Qs,i：為第i次模擬值；：為觀測值的平均值。5.3.2模型率定和驗證需符合納什系數(shù)（NSE）指標要求：——NSE取值范圍為負無窮至1，接近于1表示模擬效果越好，模型可信度高；——NSE系數(shù)接近于0表示模型模擬結(jié)果接近于觀測值的平均值水平，總體結(jié)果可信，但模擬過程存在較大誤差；——NSE值遠遠小于0，則模型結(jié)果是不可信的，宜將NSE≥0.5作為模型率定和驗證效果的最低要求。6模型分析、應用及維護6.1模型分析5DB5301/T76—20226.1.1用于分析和應用的模型，應通過模型參數(shù)率定和驗證。6.1.2模型分析內(nèi)容包括對河道、子流域的分析，具體內(nèi)容根據(jù)模型應用目的確定。6.1.3模型分析結(jié)果可采用專題圖、時間序列圖、縱斷面圖、散點圖、統(tǒng)計表格、統(tǒng)計報告等方式表達。6.2模型應用6.2.1模型應用包括但不限于以下3個方面：a)流域內(nèi)徑流及污染物變化過程模擬和水文水質(zhì)狀況評估；b)對流域內(nèi)不同位置產(chǎn)生的污染物對受納水體污染負荷的貢獻進行定量化，指導流域污染物總量控制，提高流域污染治理效率；c)對流域污染物通量和總量進行動態(tài)模擬、水污染預測預報和水質(zhì)目標管理。6.2.2當模型應用于流域污染物通量和總量動態(tài)模擬、水污染預測預報和水質(zhì)目標管理時，可與智慧環(huán)境管理系統(tǒng)相結(jié)合。6.3模型維護6.3.1建立流域水文水質(zhì)模型的動態(tài)更新機制，更新周期一般不少于1個完整的水文年。6.3.2模型數(shù)據(jù)更新后，應及時進行數(shù)據(jù)備份。7成果編制與驗收7.1一般規(guī)定7.1.1成果編制應包括專題報告和模型附件。7.1.2模型成果須通過專家論證，并提供明確的驗收意見和驗收報告。7.2專題報告專題報告包括項目概況、資料收集、模型構建和測試、參數(shù)率定和模型驗證、模型分析和應用等內(nèi)容。專題報告篇章安排，參見附錄A。7.3模型附件模型附件包括模型說明文件和模型工程文件，可根據(jù)需要附加模型數(shù)據(jù)記錄、實測數(shù)據(jù)記錄和模型過程數(shù)據(jù)。模型附件內(nèi)容，參見附錄B。7.4驗收內(nèi)容7.4.1模型驗收審查的主要內(nèi)容包括：——基礎數(shù)據(jù)的完整性、準確性；——邊界條件的合理性、科學性；——參數(shù)的合理性、科學性；——結(jié)果表達的準確性。7.4.2模型基礎數(shù)據(jù)審查內(nèi)容包括但不限于：地形數(shù)據(jù)的合理性，土地利用數(shù)據(jù)的合理性，土壤數(shù)據(jù)的合理性，氣象數(shù)據(jù)的合理性，流域劃分合理性等。7.4.3模型參數(shù)審查主要對模型結(jié)構和參數(shù)的選擇合理性進行審查。7.4.4模擬結(jié)果表達應直觀、準確，并滿足項目要求。6DB5301/T76—2022I（資料性）專題報告篇章安排A.1項目概況A.1.1項目背景和模型目標。A.1.2模型類型和模型適用條件。A.1.3流域概況、匯水區(qū)劃分、地形地貌、流域污染現(xiàn)狀等情況描述。A.1.4技術路線圖。A.2資料收集A.2.1數(shù)據(jù)收集，包括數(shù)據(jù)清單、各項數(shù)據(jù)來源和收集日期、數(shù)據(jù)庫字段說明及數(shù)據(jù)對照表。A.2.2數(shù)據(jù)核查與優(yōu)化。A.3模型構建和測試A.3.1模型結(jié)構確定。A.3.2數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)標簽設置、缺失數(shù)據(jù)推斷。A.3.3模型簡化說明。A.3.4模型參數(shù)設置。A.3.5模型穩(wěn)定性測試。A.3.6參數(shù)率定和模型驗證。A.3.7模型率定和驗證標準說明。A.3.8結(jié)果比較及模型調(diào)整說明。A.4模型分析和應用A.4.1模型分析。A.4.2模型應用。A.4.3模型維護。7DB5301/T76—2022模型附件內(nèi)容B.1模型說明文件模型說明文件包括數(shù)據(jù)成果說明及清單索引，水文、水質(zhì)模型及參數(shù)取值說明，