乏水文資料地區(qū)的水文模型參數(shù)區(qū)域化研究

何關(guān)洪

摘 要：在進(jìn)行國(guó)外水資源規(guī)劃利用的項(xiàng)目中，某些國(guó)家或地區(qū)水文基礎(chǔ)資料難以獲得，而臨時(shí)建設(shè)水文站觀測(cè)的效率低、周期長(zhǎng)且成本高，難以滿足工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，因此有必要尋找解決此類問題的有效方法。文章以乏水文資料的緬甸東部丹倫江流域?yàn)槔Y(jié)合收集的水文氣象及遙感信息資料，采用基于Arc GIS平臺(tái)的分布式水文模型對(duì)收集的資料進(jìn)行整合處理，以多個(gè)水文站為控制研究區(qū)域水文模型參數(shù)的區(qū)域相似性，以區(qū)域化的參數(shù)模擬得到滿足水資源規(guī)劃及利用要求的徑流等水文成果，一定程度上解決了地區(qū)乏水文資料帶來的水文分析計(jì)算難題。

關(guān)鍵詞：分布式水文模型；乏資料；遙感信息；參數(shù)區(qū)域化

中圖分類號(hào)：P333.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0051-03

Abstract： In the projects of water resources planning and utilization abroad， it is difficult to obtain the hydrologic basic data in some countries or regions， but the observation efficiency of temporary hydrologic stations is low， the period is long and the cost is high， so it is difficult to meet the requirements of planning and design in the early stage of the project. Therefore， it is necessary to find an effective way to solve such problems. This paper takes the Thanlwin River basin in eastern Myanmar as an example， combines the hydrometeorological and remote sensing data collected， and uses the distributed hydrological model based on Arc GIS platform to integrate the collected data. The regional similarity of the parameters of the regional hydrological model is studied by using several hydrometric stations as control. The runoff and other hydrological results that meet the requirements of water resources planning and utilization are obtained by means of the regionalized parameter simulation. To a certain extent， the problem of hydrological analysis and calculation caused by the lack of hydrological data in the region has been solved.

Keywords： distributed hydrological model； lack of data； remote sensing information； parametric regionalization

引言

水文、氣象及地理空間數(shù)據(jù)等作為水資源開發(fā)及利用研究最重要的基礎(chǔ)資料難以獲得，影響工作開展，為解決此類難題，將資料收集的方向轉(zhuǎn)向公開的水文氣象及空間遙感數(shù)據(jù)，采用合理的水文模型方法綜合處理數(shù)據(jù)資源后，模擬計(jì)算得到滿足水資源開發(fā)及利用項(xiàng)目的前期選點(diǎn)、項(xiàng)目跟蹤、預(yù)可研究等階段要求的水文資料，節(jié)省了物力財(cái)力外，為項(xiàng)目機(jī)動(dòng)靈活、高效開展提供水文氣象基礎(chǔ)資料保障。

綜合公開數(shù)據(jù)進(jìn)行水資源分析的工具為分布式水文建模工具SWAT（Soil and Water Assemble Tools），為美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）農(nóng)業(yè)研究中心（ARS）研發(fā)的基于流域尺度的一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的分布式流域水文模型[1]，模型能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的模擬，在國(guó)內(nèi)被廣泛應(yīng)用于徑流模擬、土壤侵蝕、污染物運(yùn)移等領(lǐng)域[2]。Ndomba等探討了SWAT模型在水文資料缺乏的坦桑尼亞潘加尼河中的應(yīng)用效果，結(jié)果相對(duì)滿意。Arnold和Srinivasan在應(yīng)用20年的氣象數(shù)據(jù)模擬了美國(guó)本土78863個(gè)子流域內(nèi)的水文循環(huán)及水量的平衡關(guān)系，取得了不錯(cuò)的效果[1]。在印度，SWAT被用于量化氣候變化對(duì)印度水資源的影響，并進(jìn)行洪水和干旱模擬分析。

論文結(jié)合水文氣象等資料短缺嚴(yán)重但水資源豐富的緬甸丹倫江（上游中國(guó)境內(nèi)為怒江）流域水資源進(jìn)行研究。由于緬甸東部丹倫江流域的撣邦地區(qū)不穩(wěn)定的政治局勢(shì)及落后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，水文氣象觀測(cè)不足，資料的不足嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厮Y源開發(fā)及利用工作的開展。論文首先介紹公開的水文氣象及相關(guān)資料，然后采用分布式水文模型SWAT將水文、氣象、地形、土地利用、土壤等資源進(jìn)行整合，通過模型參數(shù)率定及參數(shù)區(qū)域化驗(yàn)證，探求該地區(qū)的水文相似性，最終為地區(qū)水資源開發(fā)及利用提供精度較高、系列較長(zhǎng)的徑流數(shù)據(jù)。

1 流域基礎(chǔ)資料

丹倫江為中國(guó)、緬甸與泰國(guó)的國(guó)際河流，中國(guó)境內(nèi)稱怒江，緬甸稱丹倫江，流域面積32.5萬(wàn)km2，緬甸境內(nèi)17.2萬(wàn)km2。在進(jìn)行緬甸境內(nèi)丹倫江各級(jí)支流規(guī)劃研究時(shí)，流域及周邊水文氣象站點(diǎn)稀少，加上收集到的緬甸國(guó)內(nèi)降雨等值線圖精度也不高，難以滿足水文分析計(jì)算的要求。為此有必要采用水文模型方法，通過流域東、南、西和北4個(gè)方位的水文站對(duì)流域水文模型參數(shù)的區(qū)域化進(jìn)行研究，在得到區(qū)域水文模型參數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算流域各級(jí)河流的徑流系列。

本次采用的水文資料來源于全球徑流中心（GRDC）、美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）及中國(guó)境內(nèi)姑老河水文站；采用的氣象資料主要來自于聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）和世界氣象組織（WMO）；降雨主要來自于日本“Asian Precipitation-Highly-Resolved Observational Data Integration Towards Evaluation”降水?dāng)?shù)據(jù)集；地形數(shù)據(jù)采用ASTER GDEM的全球遙感數(shù)據(jù)；土地利用分類數(shù)據(jù)為ESA GlobCover全球植被覆蓋類型數(shù)據(jù)集；土壤為聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織發(fā)布的HWSD全球土壤分類數(shù)據(jù)集。各資料概況如表1所示。

2 分布式水文模型SWAT在丹倫江流域的區(qū)域化特征

以從GRDC收集到的丹倫江鄰近流域湄公河支流克河上的Ban Tha Ton水文站1978年～1994年實(shí)測(cè)月徑流系列率定影響水文過程的地形、土地利用、土壤及地下水等主要水文模型參數(shù)，得到較好的模擬結(jié)果。模型參數(shù)見表2、模型模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)對(duì)比如圖2。

將以Ban Tha Ton水文站率定的模型參數(shù)進(jìn)行空間穩(wěn)定性分析，以驗(yàn)證模型參數(shù)的空間分布區(qū)域性特征及時(shí)間分布上的穩(wěn)定性，以實(shí)際收集到的地理位置不同、徑流系列長(zhǎng)短不一的SWN10水文站、Yeywa水文站和姑老河水文站及實(shí)測(cè)徑流系列檢驗(yàn)水文模型參數(shù)的時(shí)空穩(wěn)定性。通過對(duì)比各站實(shí)測(cè)徑流與模型計(jì)算的各站徑流可知，雖然位于不同流域的水文站點(diǎn)地理位置相差較遠(yuǎn)，且資料系列長(zhǎng)短不一，但不同水文站的徑流計(jì)算成果與實(shí)測(cè)成果均具有良好的相關(guān)性（表3、圖3及圖4）。

將丹倫江上游中國(guó)境內(nèi)怒江干流道街壩水文站點(diǎn)徑流資料與緬甸境內(nèi)丹倫江流域模擬成果相加，得丹倫江全流域多年平均流量為5398m3/s，與瑞典Christer Nilsson[3] 5250m3/s的多年平均流量相差2.8%。

綜上所述，在收集相關(guān)公開資源的基礎(chǔ)上，采用較為合理的水文模型方法，通過分析論證，能獲得丹倫江及周邊地區(qū)各流域精度較高、系列較長(zhǎng)的徑流資料，以此解決了該地區(qū)水文資料的短缺問題，為該地區(qū)水資源開發(fā)及利用提供了重要的水文數(shù)據(jù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過公開的水文、氣象、地形及植被等資料的收集，通過水文模型參數(shù)區(qū)域化研究，通過區(qū)域化明顯的水文模型參數(shù)的移用，可得到緬甸境內(nèi)丹倫江（不含上游怒江）流域內(nèi)各級(jí)河流的水文系列，為規(guī)劃提供較為可靠的水文資料。

（2）水文成果除了在區(qū)域上得到拓展外，通過對(duì)比不同地點(diǎn)年限不一的水文站實(shí)測(cè)徑流與計(jì)算成果可知，計(jì)算的徑流成果較穩(wěn)定，與現(xiàn)狀較短的實(shí)測(cè)系列相比，參數(shù)區(qū)域化的水文模型方法將水文系列在時(shí)間上得到了延展，最終得到丹倫江流域各級(jí)河流1952年～2007年共56年的徑流系列。

（3）在進(jìn)行水電水利工程項(xiàng)目的前期規(guī)劃、項(xiàng)目跟蹤、項(xiàng)目建議書等階段，建議以此作為一種水文分析手段，與傳統(tǒng)水文比擬法等水文成果進(jìn)行相互驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]Arnold J G，Srinivasan R，Muttiah R S，etal. Large area hydrologic modeling and assessment Part I： Modeldevelopment[J]. American Water Resource Association， 1998，34（1）：73-89.

[2]郭曉軍，崔鵬，朱興華.典型泥石流流域蔣家溝的降水-徑流模擬[J].水土保持通報(bào)，2011，31（1）：176-178.

[3]Christer Nilsson，Catherine A. Reidy，Mats Dynesius，etal. Fragmentation and Flow Regulation of the World's Large River Systems [M]. Landscape Ecology Group， Department of Ecology and Environmental Science， Umea° University， SE-901.87Umea°， Sweden. Global Priorities Group， Nature Conservancy， 424

5 North Fairfax Drive， Arlington， VA 22203， USA.2005：17-18.