基于漳江流域的精細(xì)化降雨徑流水文模型及其應(yīng)用研究

李長江

（貴州省水利科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550000）

降雨徑流量水文模型的產(chǎn)生和發(fā)展，經(jīng)歷了一定的歷史演變過程，從最初僅限于數(shù)學(xué)和物理學(xué)科的方程解析的模型建立方式發(fā)展到水文概化聯(lián)合數(shù)學(xué)物理方程解析的方式。模型的建立是通過對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集整理，再利用數(shù)學(xué)或物理公式計(jì)算得出數(shù)據(jù)，作為模型構(gòu)建的基礎(chǔ)依據(jù)。這種基于模型的徑流量等水文信息轉(zhuǎn)化和總結(jié)，更具有科學(xué)性和規(guī)范性，在洪水預(yù)報(bào)中可發(fā)揮重要的作用。

1 漳江流域概況及氣象基本信息

1.1 流域概況

漳江地區(qū)隸屬于珠江流域，從水系的角度來分，其匯入的是柳江水系，在水系的上游源頭處，又分支出水昔河和水便河兩股分支。漳江流域整體的積水面積達(dá)到了1498.5 km2，干流部分全長達(dá)到了100.6 km，水域落差總長度為1103 m。整體河流呈東北西南走向，為扇形。漳江流域處于貴州高原逐步向廣西丘陵過渡的斜坡區(qū)域上，隸屬于低丘陵緩坡地貌，途經(jīng)月亮山，地勢由北向南逐步降低。此流域途經(jīng)的區(qū)域地理環(huán)境復(fù)雜，土壤類型紅壤、黃壤以及紅色石灰土為主。

1.2 氣象信息概況

洪水的爆發(fā)與當(dāng)?shù)氐臍夂蝾愋图敖邓卣饔兄苯拥年P(guān)系，因此，在構(gòu)建水文模型之前，需要對本地區(qū)的氣候特征和降水特點(diǎn)進(jìn)行分析和總結(jié)。漳江流域的氣候類型為中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，四季特點(diǎn)是冬暖夏熱、雨水豐沛。降水量的年際變化不明顯，但年內(nèi)各個(gè)時(shí)期的分布不均勻。汛期自每年的4月開始持續(xù)至10月，是全年降水量最集中的時(shí)間段，總體降水量可占到全年降水量的88%。流域內(nèi)主要的防洪工作由三荔水庫承擔(dān)，但主要的氣象資料來自荔波縣氣象站。漳江流域10年內(nèi)的降雨量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見表1，荔波氣象站地面氣象要素統(tǒng)計(jì)見表2。

2 精細(xì)化降雨徑流水文模型

2.1 模型結(jié)構(gòu)分析

精細(xì)化模型（Grdi-XAJ-SATIN）是在一種網(wǎng)格型的新安江模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來的模型，其優(yōu)化的部分是，引入水流的蓄滿和超滲，通過空間組合而成的分布式水文模型。其數(shù)據(jù)機(jī)選的單元以網(wǎng)格為依據(jù)，將每個(gè)單一的DEM網(wǎng)格作為一個(gè)獨(dú)立的單元參與計(jì)算，在計(jì)算出各個(gè)網(wǎng)格的相關(guān)數(shù)據(jù)后，再對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行識別[1]。需要計(jì)算的相關(guān)數(shù)據(jù)包括植被冠層截留量、河道降水量以及蒸發(fā)量。另外，位于不同區(qū)域的網(wǎng)格需要采用不同的計(jì)算方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，即對于處在蓄滿產(chǎn)流區(qū)的網(wǎng)格，采用玉滿產(chǎn)流的計(jì)算模式進(jìn)行計(jì)算，而超滲產(chǎn)流區(qū)的計(jì)算模式也同理對應(yīng)。在分別計(jì)算出產(chǎn)流數(shù)據(jù)后，在結(jié)合流域內(nèi)的匯流區(qū)域的具體情況進(jìn)行進(jìn)一步演算，在這個(gè)模型的計(jì)算中，同時(shí)兼顧考慮到了網(wǎng)格之間的水流交換和河道排水網(wǎng)絡(luò)的影響因素。

表1 漳江流域近10年降雨量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表2 荔波氣象站地面氣象要素統(tǒng)計(jì)表

2.2 模型應(yīng)用指標(biāo)與原理

蓄滿產(chǎn)流與超滲產(chǎn)流的分布主要取決于應(yīng)用區(qū)域的降水特征、土地濕度特點(diǎn)以及下墊面的特點(diǎn)[2]。其中，降水量和土地由于其產(chǎn)成因素的不確定性，以及單次的降雨和洪水的爆發(fā)情況都有所不同而成為動(dòng)態(tài)性的特征，下墊面的特征則屬于靜態(tài)特征。在這些特征中，有可按照不同的分類角度分成植被、地形、地質(zhì)等特征。在眾多的特征中，普遍認(rèn)為以地形特征的影響最為顯著。地形的坡腳角度、坡的走向、平面曲率、匯水面積等都會(huì)對降水量造成影響，如降水量下滲不暢，則容易產(chǎn)生超滲徑流[3]。在地形較為平緩的區(qū)域，由于降水的快速下滲而產(chǎn)生蓄滿徑流。

3 精細(xì)化降雨徑流水文模型的應(yīng)用

3.1 技術(shù)要點(diǎn)分析

結(jié)合地區(qū)降水及氣候地形特征應(yīng)用模型，可以看出，降水、地形及氣候特點(diǎn)是影響模型應(yīng)用的主要因素。因此，在應(yīng)用水文模型時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意將以上幾項(xiàng)指標(biāo)的具體數(shù)據(jù)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)后再對應(yīng)地錄入到水文模型的各個(gè)網(wǎng)格區(qū)域中進(jìn)行計(jì)算[4]。為了保證數(shù)據(jù)收集和錄入的精確性，模型應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)安排專業(yè)的氣象統(tǒng)計(jì)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計(jì)。另外，由于此水文模型是依托于信息技術(shù)系統(tǒng)來分析和運(yùn)行的，故在應(yīng)用模型時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意聘請專業(yè)的操作分析人員對數(shù)據(jù)錄入和分析工作進(jìn)行監(jiān)督和操作。

3.2 應(yīng)用分析

由于精細(xì)化降雨徑流水文模型的網(wǎng)格數(shù)據(jù)具體到了蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流兩方面的具體數(shù)據(jù)，且計(jì)算時(shí)以單個(gè)的網(wǎng)格為單元，因此，數(shù)據(jù)計(jì)算的精確程度得到了有效的保證。另外，網(wǎng)格使得水文模型，從動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩個(gè)方面進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性得到了保證。在模型的參數(shù)指標(biāo)中，關(guān)于降水徑流量的統(tǒng)一又專業(yè)的指標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)對降雨徑流量的精確分析，提高洪水災(zāi)害的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)能力，對洪水預(yù)報(bào)工作具有非常重要的實(shí)際意義。

4 結(jié)束語

網(wǎng)格式的精細(xì)化降雨徑流量水文模型是一種更精確的洪水預(yù)報(bào)模型。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，其模型構(gòu)建需要將降水、氣象、地理環(huán)境等各方面的詳細(xì)資料通過網(wǎng)格式的精細(xì)化數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和統(tǒng)計(jì)，概括為一種結(jié)合數(shù)學(xué)與水文的模型，達(dá)到洪水預(yù)報(bào)精確性提升的目的。在進(jìn)行模型建立的同時(shí)，需注重相關(guān)的資料統(tǒng)計(jì)和模型分析人員的技術(shù)能力，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃那闆r，可以實(shí)現(xiàn)對降雨徑流量的精確分析，提高洪水災(zāi)害的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)能力。精細(xì)化降雨徑流水文模型的建立和應(yīng)用對降雨徑流等水文預(yù)報(bào)意義重大。