基于流溪河模型的中小流域洪水预报研究

谭玉坤

(佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002)



基于流溪河模型的中小流域洪水预报研究

谭玉坤

(佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002)

流溪河模型是一种全分布式的物理水文模型,具体包括流域划分、蒸散发计算、产流计算、汇流计算、参数推求、模拟计算6个独立的模块。借助流溪河模型的计算结果，编制中小流域洪水预报方案,首先进行关于流域的水文数据收集、分析和整理工作；再进行流域的单元划分及应用遥感技术实施流域内的河道分级分段，同时对于河道的断面尺寸进行估算；在预设模型的参数初值及进行科学调整后，通过实测洪水和运用迭代法进行参数值的精确，最终得到模拟效果较优的模型。文章结合实际对基于流溪河模型的中小流域洪水预报模型进行了探讨。

水文模型；流溪河模型；中小流域；洪水预报

0 前 言

我国面积广阔，中小河流分布较广，因此由于中小河流暴涨引发洪水也并不鲜见。且水量集中的中小河流洪水的发生破坏性特征极强，在一些地区常常会顺带引发山地滑坡、泥石流等严重的灾害，对百姓的生命财产造成的损害极大，不利于我国经济的发展。但我囯一直以来，对于境内中小河流的水文研究和相关实地测量资料相当缺乏。如果应用集总式模型进行中小流域的洪水预报的编制，在进行模型的参数设定时，就会由于资料的不充分而受到相当大的阻碍。因此，结合当前我囯中小流域洪水预报的相关条件和实际情况，我国学者中山大学陈洋波教授及科研团队经过10余年的努力研究开发出来，由于该模型是结合流溪河流域洪水预报而提出的，因此被学者命名为流溪河模型。建立流溪河模型的资料收集工作相对简单，利用覆盖全球范围的水文数据即可，而且获得这些数据是无需付费的。洪水预报预警是进行洪水防治的重要基础，通过流溪河模型进行中小流域的洪水预报，对完善我国的中小河流洪水监测系统具有十分重要的作用。

1 基于流溪河模型的中小流域洪水预报模型探讨

1.1 模型结构概述

流溪河模型有6个独立的模块，分别为流域划分、蒸散发计算、产流计算、汇流计算、参数推求及模拟计算，由于中小流域洪水预报模型是在流溪河模型的基础上设立，因此两者就存在类似的结构。但是，中小流域洪水预报模型与流溪河模型不同之处，在于该中小流域洪水预报模型中不对蒸散发和地下径流相关因素进行考虑，究其原因是中小流域的洪水发生的过程时间跨度相对较小，因此这两个因素对洪水过程造成的影响基本在模型中可以不作考虑。此外，中小流域洪水预报模型单元的类型划分也有其特点，其可分为河道单元、边坡单元和水库单元3个单元。模型的单元划分以流域的水平和垂直的方向角度实施的，再在流域划分的单元上来计算流量，每个单元的径流量计算都是以从本单元始，逐单元进行汇流，直到流域的出口单元结束，形成整体的汇流网络。流域划分模块要保证适当的分辨率和注重整体性，同时在进行流域的单元划分时，可以将各个单元均可视为具有有物理意义的单元流域，收集单元内的流域物理数据，比如土壤类型和降雨量等。降雨量可以借助雷达进行估测，或对周期内的降雨量进行实测再通过空间插值得到相应的数据；进行产流计算需要考虑单元流域的降雨量数据，在此基础上确定各单元的产流量。对于河道和水库两个单元而言，其径流量的计算皆以地表径流量为准，但进行边坡单元的径流量计算，要考虑地表径流、土壤中流以及地下径流3个部分；汇流计算模块要对每个单元流域的水文过程中的径流综合，进行汇流计算。汇流根据单元划分的特点又可分为水库汇流、边坡汇流、河道汇流以及壤中流汇流，这些不同类型的汇流分别各有其计算方法。

1.2 单元划分及河道特征参数估算方法介绍

流域的单元划分要结合实际的水位情况和流向法进行。比如划分出水库单元，先考虑的因素是水库相应的防洪高水位，来进行水库单元的确定，将在防洪高水位高程之下的单元设置为水库单元；河道单元的划分方法是，结合各单元的累积流值的阀值进行划分，如果该单元的累积流大于阀值那么该单元为河道单元，而相对应的，如果该单元的累积流小于阀值，那么该单元就被分为边坡单元。在确定河道单元的基础上，对河道实施分级；再在河道实施分级的基础上，将河道进行分段，对河流分段时，要结合流域范围内的遥感影像和河流划分的网络结构进行考虑。在河流上游进行河道的实地测量，由于各种因素的影响，该方案的可行性不高，因此，如何确定河道尺寸成为一个难题。将河道进行分级分段工作完成后，结合遥感影像，若假设河道断面是矩形，借助专业软件在影像图上就会得到相应的一个断面尺寸估算值，即得到河道底宽；而对于河道底坡的计算，可以结合同一河段的两端结点的河道单元边坡的平均高程得到估算值。通常得到的单元划分、结点设置及河流分级分段结果图，如图1所示。由于模型的数据收集无需该方法无需进行实地的河道断面测量，通过国际互联网即可免费获得这些数据，而像美国的免费遥感影像技术已经达到全球覆盖。

1.3 流溪河模型参数设定及模型应用

基于流溪河模型的中小流域洪水预报模型参数设定，可以分不可调参数和可调参数两大类。不可调参数通常包括河流的流向和边坡单元的坡度值，以流域的物理特性数据和D8流向法进行确定。我国在中小流域的监测一直不完善，因此难以获得长周期的洪水过程实测相关数据资料，但近些年的洪水过程资料是可以获得的。因此模型可调参数可以通过流域物理特性数据进行一个初值的确定，以参数优选方式得到最佳的参数设置。目前，流域洪水预报模型中集总式模型应用较多，常见的如新安江模型、萨克拉门托模型等。如果应用集总式参数优选模型，往往就需要收集近数十年中发生的数十场洪水的情况进行参数选定，得到模型会考虑到不同类型的洪水模拟效果，但应用到所有场次的洪水模拟或预报实际效果欠佳，这是模型结构的客观差异性决定的。流溪河模型属分布式物理水文模型，应用中弥补了集总式参数优选模型的很多缺陷，分布式模型参数相比集总式模型的优点在于只需要进行一次的洪水实测，就可以进行参数优选，并且该模型适应的洪水场次相对较为全面。

图1 单元划分、结点设置及河流分级分段结果图

2 结 语

流溪河模型在流域洪水预报应用中取得了一定的成绩，该模型为分布式物理水文模型，相对于目前应用较广的集总式模型需要历史长期的水文过程实测数据来选定模型参数具有显著的应用优势，而我国在中小河流的河水预测方面，正是存在缺少较为长期的水文资料这样的缺陷，因此分布式物理水文模型以其较高的应用价值，成为流域水文模型发展的新趋势。

[1]廖征红,陈洋波,徐会军,等.田头水流域暴雨洪水预报的流溪河模型研究[J].人民长江,2012(20):12-16.

[2]杨绍沂,姚锡良,黄国如.基于MIKE11的流溪河河段洪水预报研究[J].广东水利水电,2011(S1):16-19.

1007-7596(2017)02-0078-02

2017-02-16

谭玉坤(1982-)，女，黑龙江佳木斯人，工程师，从事水文情报预报工作。

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