基于MIKE SHE模型率定在地下水分析研究中的应用

姚 建，杨大卓

(辽宁省水文水资源勘测局营口分局，辽宁 营口 115003)

基于MIKE SHE模型率定在地下水分析研究中的应用

姚 建，杨大卓

(辽宁省水文水资源勘测局营口分局，辽宁 营口 115003)

以基某地区地下水总量控制所构建的 MIKESHE模型为例，利用兰东站地下水监测井2001－2010年实测地下水位过程线，矫正模型中设定的渗透系数;利用地下水位过程线振幅比较，对给水度参数修正。这些参数的率定工作都增加了模型的真实度。

MIKE SHE水文模型;参数率定;渗透系数;给水度

MIKE SHE是一个功能强大、以物理过程为基础、充分集成的模型，用以水文系统的三维模拟。MIKE SHE利用空间分布的、连续的气象数据模拟湿润和较干旱地区的综合水文学、水力学和运移的问题，已广泛应用于与地表水、地下水以及它们之间的动态交互作用有关的水资源和环境问题，包括:流域规划、灌溉和排水、水资源管理、农业生产的影响(农用化学品和肥料)、土地利用变化的影响、气候变化的影响及生态评价等。MIKE SHE也可连接到MOUSE污水管网模型，用来模拟城市雨水、生活污水管网和地下水以及它们的相互作用。MIKE SHE还适用于各种空间尺度描述，小到估算庄稼需水量的单个土壤剖面，大到包含若干子流域的较大区域。MIKE SHE已在许多研究和咨询项目中体现出巨大价值，涵盖了大量的气候和水文环境。

但由于MIKE SHE模型是一个分布式的物理模型，所以要建立起一个较为理想且可运用于实际工作的模型是非常不容易的事情，这其中包含两个方面的重要因素:前期基础资料的收集和后期模型的率定。下面仅就模型率定方面浅谈一下。影响MIKE SHE模型率定的参数很多，其中渗透系数和给水度是两个比较重要的参数。

1 渗透系数对率定的影响

渗透系数为水力坡度等于1时的渗透速度。影响渗透系数K值大小的主要因素是岩性及其结构特征。下图1是为某地区地下水总量控制所搭建的MIKE SHE模型在率定过程中给出的地下水监测井兰东站2001～2010年实测地下水位过程线与模拟出来的地下水位过程线对比图，其中点线是实测值过程线，实心线是模拟值过程线。图2是与此对应的渗透系数等值线图。

从水位对比图1中可以分析出:模拟出来的结果与实测结果在线型方面比较相似，只是模拟线整体落在实测线下面一些，模拟出来的水位值比实测值小。在这种情况下，认为兰东站附近的渗透系数可能有些偏大(见图2)，地下水下泄过快，从而造成模拟水位比实测水位低。于是在合理范围内稍微减小了一下兰东站附近的渗透系数，如图3所示，兰东站附近的两条渗透系数等值线由原来的110、90改为100、85。修改之后的水位对比图见图4。从图4我们可以看出，经渗透系数调整后的模拟结果与实测结果匹配得已经较好了。

图1 渗透系数调整前兰东站实测与模拟水位过程线对比图

2 给水度对率定的影响

给水度是指饱和岩土在重力作用下自由排出的重力水的体积与该饱和岩土体积的比值。数值上等于容水度与持水度之差。粗颗粒松散土壤的给水度接近容水度，细颗粒粘土的给水度很小。岩土的孔隙率越大，给水度越大，反之则小。换句话说，给水度就像是岩土里面的一个水库，粗颗粒松散土壤的这个水库大，而细颗粒土壤的这个水库小。当有等量的地下水增减时，大水库的水位变化当然就比小水库的水位变化来得缓和。

图2 调整之前渗透系数图

图3 调整之后的渗透系数图

图4 渗透系数调整后兰东站实测与模拟水位过程线对比图

下图5是在上述模型调参率定阶段遇到的另一种问题。从图上我们可以看出:虽然模拟出的水位过程线与实测的水位过程线拟合的好像还不错，但仔细分析我们就会发现，模拟出来的地下水位过程线振幅比实测的要大，也就是说比实测要来的剧烈。分析，水位变化剧烈，就是说相同的地下水量增减所引起的水位变化的幅度大。这时候有了给水度的问题。给水度就像是岩土中的一个水库，当有等量的地下水增减时，大水库的水位变化比小水库的水位变化来得缓和。现在模拟出来的水位变化幅度较实测的大，也就是说“水库”(给水度)有点小。于是适当的加大了这个“水库”(给水度)。图6是修改之前的给水度等值线图，图7是修改之后的给水度等值线图。兰东站附近的两条给水度等值线由原来的 0.20、0.18 修改为 0.30、0.28。修改之后，模拟水位与实测水位等值线对比图见图8

从图8与图5的对比结果看，此时水位的变幅已基本与实测的相符，对给水度的改动达到了预期效果。

3 结语

通过以上分析，可以看出渗透系数和给水度在MIKE SHE模型参数率定阶段发挥着很大作用。当模拟出的水位结果总体比实测结果偏大或偏小，此时可以适当调整渗透系数来解决这个问题;当模拟结果的振幅与实测结果有差异时，可以适当调整给水度。这些调整必须以实测成果为准。

图5 给水度调整前兰东站实测与模拟水位过程线对比图

图6 调整之前的给水度图

图7 调整之后的给水度图

图8 给水度调整后兰东站实测与模拟水位过程线对比图

实际上，影响MIKE SHE模型率定的参数绝不止渗透系数和给水度，如模型里坡面流模块中的曼宁系数，非饱和带中的饱和持水量、田间持水量、凋萎持水量;饱和带中的初始水位、基岩埋深等等这些都会对模型率定产生相应的影响。这些都是在运用MIKE SHE模型的过程中需要了解的。

Application Based on MIKE SHE Model Calibration for Analysis of Groundwater Studies

YAO Jian，YANG Da－zhuo
(Yingkou Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Yingkou 115003，Liaoning)

The MIKESHE model is regarded as an example which based on a total amount of groundwater control in some place.To utilize the actual groundwater level process line of the groundwater monitored well of Landong station from 2001 to 2010，the set permeability coefficient of the model is calibrated. Through comparing amplitude of the groundwater level process line，it corrects the specific yield parameter. Those parameters calibration all can promote the actual effect.

MIKE SHE hydrological model;parameter calibration;permeability coefficient and specific yield

TV211.1+2

A

1004－1184(2012)05－0018－02

2012－05－02

姚建(1981－)，男，江苏南通人，工程师，主要从事水文测验、水资源评价及地下水等工作。