郁江流域防洪决策支持系统开发与研究二期13520Word文件下载.docx
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Q南宁（三）
Q贵港
右江相应
左江相应
Q百色坝址
Q下颜
Q龙州
Q濑湍
（73,700）
（89,200）
（19,600）
（32,570）
（12,875）
（27,476）
1
1937-08-31
16,300
15,300
9,000
8,670
7,480
2
1942-07-25
14,900
15,700
2,940
5,040
3
1946-07-24
11,700
11,000
5,300
2,440
4
1955-09-30
11,100
10,600
1,790
1,600
9,360
5
1958-09-22
11,400
3,300
5,190
3,690
5,600
6
1968-08-21
13,300
12,800
5,160
5,920
6,980
10,400
7
1971-08-21
12,300
3,430
4,530
5,900
8,600
8
1985-0901
12,400
12,000
3,310
4,400
3,420
7,130
9
1986-07-28
12,100
11,900
2,370
3,240
9,060
10,300
10
1992-07-28
10,900
1,910
2,950
5,970
9,260
11
1994-07-22
13,900
1,840
3,760
7,050
注：
1.序号1为实测做大洪水，序号6为建国后最大洪水；
2.括号内数字为集雨面积，单位km2
在此形势之下，为有效利益防洪工程设施，本项目旨在利用当前先进的水利水雨情监测技术、数据传输技术、数据库存储技术、地理信息技术以及水力学水文学数学模型技术实现防洪非工程措施的建设。
建立一套以郁江干流为主的流域防洪信息决策支持系统，耦合降雨产流和河道水力学演算，并实现现有防洪工程如水库群等的联合优化调度。
2洪水数学模型
2.1研究范围
根据本项目研究的内容和所掌握的资料情况，本次模型计算区域包括南宁（三）水文站以下至西津水库，以及西津水库以下至贵港水利枢纽，如图2.1所示。
图2.1研究范围
2.2数学模型
2.2.1降雨径流模型
2.2.1.1NAM模型简介
NAM水文模型是一个集总式的确定性概念模型，用于模拟流域内的降雨产汇流过程。
它将土壤含水量分成积雪储水层（Snowstorage）、地表储水层（SurfaceStorage）、浅层或根区储水层（LowerZoneStorage）和地下水储水层（groundwaterStorage）四个部分，如图2.2所示，分别进行连续计算以模拟流域中各种相应的水文过程。
NAM模型作为MIKE11河流模拟系统的降雨径流模块（RR），既可独自运行，也可以和其它模块耦合计算一个或多个进入河网子流域的旁侧入流。
因此，在同一个模拟框架下，NAM模型可以应用于一个流域或由许多子流域组成的一个较大河流及由河流、渠道构成的复杂河系。
图2.2NAM模型结构
NAM模型的气象输入资料包括：
降雨、蒸发能力和温度（如用到融雪模型），输出主要有：
径流量和水位、以及其它的水文要素如土壤含水量和地下补给量。
径流从理论上又分为地表径流、壤中流和地下径流。
NAM模型的主要参数包括：
地表储水层最大含水量Umax，根区储水层最大含水量Lmax，坡面流汇流系数CQOF，壤中流汇流时间CKIF，坡面流汇流时间CK1，2，坡面流产流临界值TOF，壤中流产流临界值TIF，根区地下水补给临界值TG和基流汇流时间CKBF。
如果需要模拟融雪径流，模型参数还包括临界气温T0和融雪系数Csnow。
模型的初始条件包括开始时刻流域地表储水层和根区储水层的土壤相对含水量，以及坡面流、壤中流和基流的初始值。
模型的输入包括降雨、蒸发和气温（仅在考虑融雪时需用）。
作为集总式模型，NAM模型把每一个子流域做为一个模拟单元，单元内的参数和变量采用单元内的平均值。
因此气象资料的给定也是单元内的平均值，其中单元内面平均雨量以各雨量站雨量经面积权重系数加权计算。
模型参数具有物理概念，但是无法通过实测获得。
因此模型参数必须通过河道水文站历史实测流量资料进行率定。
NAM模型的时间步长灵活，可以是几分钟、几小时或者几天。
模拟结果除了可以得到地表径流，还可以得到坡面径流、壤中流和基流模拟结果等等。
NAM模型还具有模型参数自动率定的功能，可对其9个最重要的模型参数进行自动率定。
自动率定的优化目标有4个，水量平衡、径流过程、峰值和低水流量。
对一次包括所有9个参数的自动率定，一般说来，1000~2000次的模拟计算就可得到一个有效的结果，需要30~60秒钟。
NAM模型是一个得到公认的工程工具，已应用到世界上的许多流域，代表了不同的水文和气候环境。
2.2.1.2模型建立
构建研究区域左、右江流域的降雨径流模型，需要首先建立流域数字高程模型（DEM），确定流域范围和划分子流域。
然后结合水文气象数据获取情况和各子流域的产汇流特性建立流域降雨径流NAM模型，并利用河道水文站历史实测流量资料对模型进行参数率定和验证。
（1）子流域划分
从美国地质调查局（USGS）下载分辨率为30m×
30m数字地形图，经GIS空间数据处理，形成流域数字高程模型（DEM）。
由流域数字高程模型根据流域分水岭确定郁江流域范围。
左江龙州站以上流域位于越南境内，其气象水文资料均难以获得，此区域以龙州水文站控制，作为水动力学模型的入流边界，不再模拟其降雨径流过程。
因此本项目中邕江大桥至西津水库段流域模拟范围如图2.3所示，流域总面积为8,571.14km2；
西津水库坝下至贵港段流域模拟范围如图2.4所示，流域总面积4,038.24km2。
子流域划分应采用以下原则：
∙子流域边界与预报控制站所在的河流相交；
∙子流域划分应该细到以满足水文和水动力学模型计算峰现时间要求；
∙子流域至少应该包括两个雨量站；
∙考虑河网水动力学模型建立、流域内已建水库等。
根据以上原则，由流域数字高程模型结合流域内雨量、水文站点分布状况（从广西自治区防洪办获得）进行了子流域的划分。
因采用率定方法不同，子流域分类为出口有控制站源头子流域，出口无控制站源头子流域（出口有水文站但无流量资料的归为此类）和区间子流域。
图2.3邕江大桥至西津水库流域模拟范围
图2.4西津水库坝下至贵港流域模拟范围
邕江大桥至西津水库段流域研究区域共被划分成6个子流域，其中源头子流域2个，区间子流域4个。
西津坝下至贵港段流域研究区域共划分为4个子流域，其实源头流域3个，区间子流域1个。
大多数子流域以流域出口或下游水文控制站站名命名，无水文站的子流域则以流域内的主干河流名命名。
子流域的名称、代码和面积等相关信息列于表2.1。
表2.1子流域信息一览表
子流域名称
模型代码
面积（km2）
邕江大桥-八尺江
YJ_BC
1792
八尺江
BC
2234
八尺江-三江口
BC_SJK
893
三江口-库区
SJK_KQ
875
西津库区
XJKQ
1500
三江口
SJK
861
下水李
XSL
286
武思江
WSJ
1122
下江口
XJK
757
西津贵港区间
XJGGQJ
1847
如果子流域为源头子流域，且流域出口水文站历史实测流量资料已获取，则其降雨径流模型参数可以通过直接率定获得；
区间子流域的参数需结合河网水动力模型进行联合率定；
无资料子流域只能依据产汇流特性的地区性和下垫面的规律性参参考相似流域来确定模型参数。
（2）数据资料
降雨径流模型的水文气象资料主要来源于广西自治区水利科学研究院和广西水利信息网。
研究区域内的水文气象站分布图参见图2.5。
图2.5郁江流域气象水文站点分布图
本项目中资料获取情况如下：
∙降雨
获得流域内107个测站日降雨资料，其中22个测站的资料为2004~2008年连续日降雨时间序列，其余80个测站的数据为2004~2006年连续日降雨时间序列。
∙蒸发
获得流域内20个测站逐日潜蒸发能力资料，其中14个测站的资料为2004~2006年逐日潜蒸发能力时间序列，其余6个测站收集到1980~1984年的逐日潜蒸发能力。
∙流量
获得流域内研究范围内39个水文测站数据和信息，其中13个水文测站位于源头子流域出口处，17个站位于概化河网中，其余9个水文测站没有用来作为控制站率定子流域降雨径流参数，因为这些测站或者流量资料缺失或者其上游集水面积很小。
17个位于概化河网中的水文测站对流域河网防洪控制作用显著，收集到了2004~2008年连续日流量时间序列。
而13个源头子流域控制站中只有6个收集到2004~2006年日流量资料。
∙水库
流域内的大型水库的入库出库流量及调度规则从广西水文信息网获得。
模型率定受到资料问题的影响，11个源头子流域由于没有出口流量资料而不能进行模型率定，其参数只能参考相似地区。
另外如果子流域内无降雨资料或者可获得降雨资料太稀少，计算的子流域面平均雨量会产生较大误差，继而影响模型率定精度。
蒸发资料中有6个蒸发测站无2004~2006年蒸发资料，此蒸发资料利用同站历史蒸发资料的多年平均值进行插补。
所有蒸发测站的2007~2008年日潜蒸发能力资料由同站历史蒸发资料的多年平均值补充。
日潜蒸发能力年际变化不大，在实时预报中收集不到蒸发资料，所以采用多年平均日潜蒸发能力进行模拟。
收集到的日潜蒸发能力资料采集自E601蒸发皿，比较接近流域的实际蒸发能力，因而没有进行进一步折算。
（3）模型率定
∙一般方法
邕江大桥至西津水库段及西津坝下至贵港段流域降雨径流NAM模型参数率定方法为：
据历史水文气象资料，对出口有控制站的源头子流域进行直接率定；
出口无控
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