基于MIKE11-RR-的横山水库入库流量模拟

1Mike11RR软件在横山水库入库流量数值模拟中的应用（江苏省水文水资源勘测局无锡分局盛龙寿）摘要:根据流域集水面积、降雨、蒸发、水位、流量及库容曲线等有关资料，利用Mike11RR软件对横山水库入库流量进行了数值模拟，为水库洪水预报和科学调度以及区域水资源计算分析提供了基本依据。横山水库位于江苏省宜兴市，是厔溪河水系的拦蓄工程。水库集水面积154.8Km2，上游山高岭峻，南部主要为太华山区，最高海拔500m以上，地势由南向北减缓，平均高程300m以上。年平均降雨量1310mm，年平均蒸发量870mm，平均相对湿度80.1%，平均风速3.0m/s，年平均气温15.7℃左右，属湿润的亚热带季风气候区。流域内有横山、深溪岕、桥亭、横涧、大涧五个雨量站，设有横山水库（坝上）水位站及泄洪闸、东涵、西涵三个测流断面。横山水库地理位置及雨量站点分布情况如下图所示。图1横山水库地理位置及雨量站分布情况示意图一、MIKE11RR简介MIKE11降雨径流模型（RR）模拟流域内的降雨径流过程，见图2。这一降雨径流模块可以单独使用，也可以用于计算一个或多个产流区，产生的径流作为2旁侧入流进入到MIKE11水动力（HD）模型的河网中。采用这种方法，可以在同一模型框架内处理单个或众多汇流区和复杂河网的大型流域。降雨径流模型所需的输入数据包括气象数据和流量数据（用于模型率定和验证）、流域参数和初始条件。基本的气象数据有降雨时间序列、潜蒸发时间序列、如果要模拟积雪和融雪则还需要温度和太阳辐射时间序列。模型计算结果信息包括各汇水区的地表径流时间序列（可细化为坡面流、壤中流和基流）以及其它水文循环单元中的信息，如土壤含水量和地下水补给。从1960’s起，MIKE11RR已广泛应用到世界各地不同气象水文条件的流域，是一个经过大量工程实践验证的模型工具。图2MIKE11RR模拟的水文过程二、模型率定在率定过程中，需要不断调整各子流域的参数值，直到计算的径流（坡面流、壤中流和基流之和）与流域出口实测的流量拟合较好为止。表1列出了MIKE11RR模型中的重要率定参数。表1-RR模型主要率定参数参数描述影响一般取值范围Umax地表储水层最大含水量坡面流、入渗、蒸散发和壤中流。控制总水量平衡计算10－25mmLmax土壤层/根区最大含水量坡面流、入渗、蒸散发和基流。控制总水量平衡计算50－50mm，Lmax≈0.1*UMax3CQOF坡面流系数坡面流量和入渗量。控制峰值流量0－1CKIF壤中流排水常数由地表储水层排泄出的壤中流。控制峰值产生的时间相位500－1000hrTOF坡面流临界值产生坡面流所需的最低土壤含水量0－1TIF壤中流临界值产生壤中流所需的最低土壤含水量0－1TG地下水补给临界值产生地下水补给所需的最低土壤含水量0－1CK12坡面流和壤中流时间常量沿流域坡度和河网来演算坡面流3－48hrCKBF基流时间常量演算地下水补给。控制基流过程线形状500－5000hrMIKE11RR是概念性、集总型模型，所有参数都有一定的物理概念，但由于参数值反映的是各子流域的平均条件，无法通过实测获得，因此必须进行率定。1.降雨量、蒸发量时间序列文件建立由于横山水库流域面积较小，模拟演算时不再划分子流域，以整个流域作为模拟演算单元。选择2012年横山水库、深溪岕、桥亭、横涧、大涧五个站的逐日雨量的平均值作为降雨量时间序列文件的来源。选择附近沙河水库逐日蒸发量代表区域水面蒸发情况。新建时间序列文件过程为：点击Mike11选择File选择NewFile选择MikeZero择TimeSeries(.dfs0)选择BlankTimeSeries点击OK,弹出时间序列文件属性对话框，如下图所示。4图3降雨量时间序列文件属性对话框1)Generalinformation基本信息Title：标题2)Axisinformation时间轴信息AxisType（时间轴类型）：选择EquidistantCalendarAxis等时间轴StartTime（开始时间）：输入2012/1/18:00:00，表示从2012年1月1日8时起算，每日8时雨量表示前日降雨量。TimeStep（时间步长）：设为1days（天），每天算一次径流量。No.ofTimesteps（时间步数）：366，一天算一次，全年366天。3)Iteminformation数据信息TsType（数据类型）：必须选择StepAccumulated（逐步累积值）。对话框属性设置好以后，出现时间序列文件编辑器，如下图所示。在右侧空白处输入或从Excel中复制粘贴逐日雨量数据。5图4时间序列编辑器界面2.反推入库流量时间序列文件的建立横山水库入库流量无水文站控制，没有实测的入库流量过程，采用水库坝上水位、泄洪闸、东涵、西涵出库流量实测资料反推入库流量过程。反推入库流量过程主要步骤如下：1)做好泄洪闸、东涵、西涵出库瞬时流量数据加工表，流量单位以m3/s计；2)利用水位过程及库容曲线，先算出水库蓄水量（单位以104m3计）过程，再根据蓄水量过程折算成相应的蓄水变化过程，和流量一致，单位以m3/s计。3)利用水文资料整编软件将泄洪闸、东涵、西涵出库流量过程和蓄水量变化过程合并推流，计算出水库入库流量过程。反推计算出的水库入库年径流深为601.2mm，资料整编计算出的水库出库年径流深为712.8mm，成果合理。流量时间序列文件的建立时TsType（数据类型）必须选择Instantaneous（瞬时值）。3.参数文件的建立参数文件过程为：点击Mike11选择File选择NewFile选择Mike11选择RRParameters（.rr11）点击OK,弹出参数文件界面，如下图所示。6图5参数文件录入界面1)Catchments（集水区）：按提示录入流域名称、模拟数值名称、集水面积等参数。2)NAM(流域参数)：按图示设定Autocalibration（自动率定）参数，其余参数不必设定，由程序自动率定。图6自动率定参数设定界面3)Timeseries（时间序列参数）：点击界面右侧的，分别导入准备好的流域逐日平均降雨量、蒸发量和反推入库流量，DataType(数据类型)必须7选择Distributionintime。图7时间序列参数设定界面4.模拟文件的建立模拟文件过程为：点击Mike11选择File选择NewFile选择Mike11选择Simulation（.sim11）点击OK,弹出模拟文件界面，如下图所示。图8模拟文件界面1)Models（模型）勾选Rainfall-Runo（降雨径流）模型，选择Unsteady（非稳态）模式。在8非稳态模式，参数文件设置的初始参数有效。2)Input导入设置好的降雨径流参数文件，如下图所示：图9模型数据文件导入界面3)Simulation设定模拟时间步长、时间段和初始条件界面如下，第一次模拟时初始条件（InitialConditions）空白，程序自动率定各项参数。图10模型时间步长、时间段、初始条件录入界面4)Results设定模拟成果文件存放路径、名称及步长等。5)Star9模型各项参数全部设置好以后，可以开始运行模型，界面如下。当RunParameters和RRParameters显示绿灯时，表示各项参数设置正确，模型可以开始运行。图11模型开始运行界面三、模拟成果模型结果文件为*.res11格式，通过MikeView来演示和提取计算结果。1、装载结果文件开始所有程序DHISoftwareMIKE11MIKEView打开MIKEView打开结果文件，如下图所示。图12装载模型结果文件界面在主菜单上方工具条内按按钮，出现数据类型对话框，选择需要显示的数据类型。横山水库入库流量模型可以显示的主要数据有：Runoff（入库流量）、Overlandflow（表面流）、Interfloe（壤中流）、Baseflow10（基流）、ActRainfall(降雨量)、ActEvap(蒸发量)、Recharge（降雨入渗补给量）等。图12装载数据类型对话框界面装载入库流量过程线后，点击鼠标右键选择ExternalTS…另外选择模拟结果文件里没有的实测流量过程，即横山水库反推入库逐日平均流量过程，结果如下。图13模拟流量与实测流量对照图2、模拟成果分析打开模拟成果文件RRstar.Txt,如下图所示。蓝线为反推入库流量红线为模拟入库流量11图14模拟成果表成果表示，Q-obs（实测流量），本模型为2012年逐日反推入库流量，折合为径流深为601.2mm，模拟年径流深为606.3mm，误差为-0.9%，总径流量拟合良好。从模拟流量与实测流量对照图（图13）可以看出，年度内两次大的洪峰过程拟合情况良好，小流量存在一定的误差。四、结论本文详细地介绍了利用Mike11RR软件模拟横山水库入库流量过程中的方法和步骤，对模拟成果的合理性进行了分析。由于横山水库流域具有较全的降雨、蒸发、水位、流量等水文资料，模拟精度较高。自动率定的参数可以作为该流域地表水、浅层地下水资源量计算以及水库洪水预报的可靠依据，并可作为附近同类型下垫面条件但无水文资料地区进行有关分析估算参考。MIKE11RR已广泛应用到世界各地不同气象水文条件的流域，是一个经过大量工程实践验证的模型工具，通过横山水库入库流量模型的建立，进一步证明了Mike11RR软件的专业性、可靠性和实用性，具有很高的推广价值。