论文部分内容阅读
GIS是一个用来显示、存储、分析、生成空间非空间(属性)数据的工具,它与流域水文模拟技术有很强的互补性,是一个极好的获得和管理空间分布数据的工具,为流域模拟提供切实可行的方法。GIS特有的数据处理功能极大地方便了分布式流域水文模型的构建,很强的图形显示功能有利于研究流域特征的空间分布及其对产汇流的影响,并有助于了解降雨、土壤含水量以及产流面积在空间和时间上的变化情况,从而加深对产汇流等水文过程的认识,促进流域水文模型的完善和发展。
本研究提出一种基于GIS的流域洪水时变分布式模拟方法,该方法在Melesse提出的静态分布式模拟方法的基础上改进而成。主要包括流域动态产流和动态汇流两个部分,产流部分主要采用修正的SCS—CN动态方法,汇流则采用分布式汇流计算方法。方法中所需的大部分资料可由遥感和GIS获得,该方法在浙江省奉化江上游的皎口水库流域进行了应用,取得了满意的结果。
Melesse的静态分布式模拟方法主要用SCS—CN方法计算流域总产流量,除以降雨历时得平均降雨强度,然后用分布式汇流计算出流域出口的流量过程。用该方法模拟的流域的六场洪水的平均模型效率系数为0.75,水量拟合指数为1.08,洪峰流量相对误差为—0.21。静态分布式模拟方法模拟降雨结构简单(主要指单峰)和降雨强度适中的洪水效果比较好,而模拟强度非常高或非常低的洪水场次,其效果都比较差。
在静态分布式模拟方法的基础上,本文提出时变汇流概念,克服了传统分布式汇流模型中忽略净雨在时间上的变化过程的做法,充分考虑了降雨在时间尺度上的变化对模拟结果的影响,发展了一种时变分布式模拟方法。时变分布式模拟方法模拟的六场洪水的模型效率系数均超过0.85,均值达0.94,峰现时间绝对误差为1.5小时,洪峰流量相对误差为0.03。时变分布式模拟方法在静态分布式模拟方法的基础上模型效率提高了19%,峰现时间绝对误差减少了2.5小时,洪峰流量相对误差大大降低。
此外,时变分布式模拟方法不受降雨强度大小和降雨时间长短的限制,尤其是对双峰型或多峰型洪水,该方法能很好地模拟出各峰的形状,主次洪峰分明,时变分布式模拟方法在静态分布式模拟时间方法的基础上很好地改善了曲线的形状,提高了模型效率。在模拟曲线形状方面,本方法有其独到之处。
本文提出的分布式模拟方法,其参数具有明确的物理意义和地理规律,可以根据本身的特性由GIS方法或者气象及自然地理等方面的资料获得,只需要简单的地形数据、土地覆被和降雨数据作为输入就可以产生出口断面流量过程线,而模型的大多数参数均可以通过GIS和遥感手段获取,只有少数敏感参数需要率定而得。使得该方法不完全或者说很少依赖于实测资料。因此能解决无资料地区的产汇流模拟和洪水预报问题,便于推广和应用。