水文模拟（通用3篇）
水文模拟 篇1
水文模型是研究水资源的一个重要工具,是人们对复杂水文现象认识的一种数理抽象。近二十年随着计算机、GIS和遥感技术的快速发展,使具有物理基础的流域分布式水文模型得以实现。随着3S技术在水资源规划中的深入应用,高分辨率卫星遥感影像数据在资料缺乏地区的水资源规划和工程项目建设中的应用已经得到研究者和工程师的广泛使用,已成为流域水文模型建模和分析的主要工具[1,2,3]。
1 研究区域概况及数据获取
1.1 研究区域概况
本文所采用的研究区域是位于西藏昌都的左贡县城东北方向的若曲河流域。该地区位于E97°54′49.067″,N29°59′54.442″。电站位于左贡县城北10.23°偏东方向约38KM处,大坝坝址部位距河谷高程约3 870M(图1)。该地区位于横断山脉北部与念青唐古拉山东部的交汇处,山脉走向约为南东向,属于典型的高原山区地貌。研究区域最高海拔约5 479M,平均高程为4 725.42M,森林植被覆盖率约为50%,地表风化强烈,研究区域河流犬牙交错,共有大小河流81条,总里程1 463KM,年径流量达到32.8亿立方米,水资源十分丰富。
1.2 研究区域数据获取及预处理
本文通过下载ASTER GDEM数据[4](ASTER测绘数据覆盖范围广,从N83°到S83°的所有陆地区域几乎都能覆盖,覆盖面积达地球陆地表面的99%,是目前可以提供给应用人员最完整的全球数字高程数据),经过后处理用于地形和水文分析。该研究区域的数据级别为LEVEL1,根据首部的位置,以其为中心,下载2°×2°范围的Aster GDEM影像数据(N29°—30°,E97°—98°)[5]。该范围内包含的影像数据文件列于表1内。
将表中的4个分块影响进行拼接,生成整体影像(N29°—31°,E97°—98°)。然后采用该地区的流域矢量图对拼接好的影像进行掩膜处理,得出研究区域所对应的ASTER GDEM,如图2
2 HEC-HMS[6,7,8]模型的构建
以电站上游的集水区为研究区域,分别构建流域模型组件、气象模型组件和控制设定组件,完成若曲流域降雨径流的模拟。
2.1 流域模型组件
在HEC-HMS中可以通过模型编辑工具来构建流域模型组件。如图3
在图3中,构建的流域模型包含21个子集水区单元、10个渠道单元、8个汇流点及1个沉流单元,其中沉流点为流域出口断面。
2.2 气象模型组件
气象模型主要包括雨量计算和蒸(发)散量计算,雨量计算来自于降雨和融雪计算。由于该地区太阳直射较少,因此本文忽略了融雪和蒸(发)散的影响,在构建气象模型组件时采用Frequency Storm方法计算雨量。在所有子流域中使用该方法,所选用的参数是相同的。
2.3 控制设定
HEC-HMS的控制设定主要是对径流模拟的起始时刻、结束时刻及模拟径流的时间间距。在实际流域模拟的应用中,当改变模拟时间步长时,要对模型参数重新进行调整,以获取模型的最好效果,本文中的研究区域经过反复多次试验,最终确定将模型的模拟时间间距设定为1小时,模拟的效果能够达到最好状态。
3 降雨径流的模拟与分析
3.1 若曲河流域径流模拟[9]
中小流域的洪水估算主要是估算洪峰流量,用于设计涵洞、中小型桥梁、提防及其他排水工程、小型闸坝、溢洪道等。流域模拟结果子流域的洪峰量、流域出口处设计洪峰量和洪水过程线如图4、图5所示。
3.2 改变参数后结果分析
在现有条件下考虑若曲流域集水区将如何响应不透水面积的增加和河道休整的影响。保持气象模型和控制标准不变,在此条件下创建修正的流域模型ruo qu future,用以反映可预期的集水区变化。在汇流计算的过程中将子流域不透水区域的面积分别增加10%,子流域将河道曼宁系数由0.022 5改为0.017,模拟出口洪峰流量和洪水过程线如图6。
3.3 结果对比
集水区资源管理器的“Results”选项卡中同时打开两个模拟运行的结果进行对比。如图7和表2所示:
图中实线和虚线分别代表流域目前状态和将来条件改变情况下流域出口处的出流量。
4 总结
本文主要采用GIS水文模型的核心部件Archydro数据模型,用AsterGDEM数据生成基础地形数据,以 HEC-HMS软件为平台对数据进行处理和模拟,最后应用HEC-GeoHMS对流域地形进行分析和工程处理,提取水文参数,构建研究流域HEC-HMS模型,实现降雨径流模拟。通过试验表明,在可行性研究阶段,HEC-HMS模型能够较好的应用于降雨径流模拟。
参考文献
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水文模拟 篇2
以快速城市化的深圳宝安为研究区,用近20 a的TM卫星影像解译出该区土地利用变化,以1995年的降雨蒸发数据为基准,在修正的简单水平衡模型中模拟研究了流域土地利用变化的水文效应.结果表明,城市化造成的土地利用变化使得宝安区的总径流量呈上升趋势,土壤和地下水蓄水量逐年减少,年内分配不均匀程度则呈增大趋势.1990-2007年,区域年总径流量增加了8.05%,月均土壤和地下水蓄水量均减少了约30%,径流年内分配不均匀系数增大2.33%.这些在一定程度上反映了流域调蓄能力和水土保持功能的下降.另一方面,因土地利用变化的.区域差异,不同流域的水文效应不同.研究结果对流域尺度的水资源评价和管理有参考意义.
作 者：钱健 赵智杰 QIAN Jian ZHAO Zhi-jie 作者单位：北京大学,环境科学与工程学院,北京,100871 刊 名：水土保持研究 ISTIC PKU英文刊名：RESEARCH OF SOIL AND WATER CONSERVATION 年，卷(期)：2009 16(3) 分类号：P343.9 关键词：简单水平衡模型 流域 LUCC 水文效应 模拟★ 丹江流域水文特征浅析工学论文
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水文模拟 篇3
由于地下水资源的过度开采, 流域内已经出现了严重的水资源危机, 水资源形势不容乐观。东部平原地区的地下含水层由于无法得到补给, 已形成了大量地下水漏斗区, 并逐渐向区域化发展;流域内40%的总河长, 约4 000 km长的河流已变成季节性河流, 并且, 目前的湿地面积与上世纪50年代初相比已经减少了近90%[2,3,4]。地下水的过度开采、水土流失、生态退化和其他生态环境问题严重威胁着该地区的可持续发展。
针对海河流域的水资源现状, 目前已有大量研究工作对流域地下水资源进行模拟与估计, 并提出了各种地下水恢复与生态环境修复的措施建议[5,6,7,8]。然而, 这些工作大多局限于对海河流域现状的模拟或定性分析, 对海河流域未来在未来水资源管理政策影响下如何变化涉及较少。另外, 目前针对海河流域水资源修复的模拟研究大多使用水文模型进行模拟, 但水文模型大多无法考虑陆面能量过程方面, 不能对包括地面温度、热通量等要素的陆面过程进行全面的模拟。在陆面过程模型的应用方面, 由于大部分陆面模型缺少人类活动模块, 无法模拟水资源管理政策对流域水文、能量过程的影响。因此, 本文基于陆面模型CLM3.5, 结合之前提出的人类取用水方案, 针对海河流域进行长期的未来模拟, 探讨流域在维持高强度开采以及停止一切开采两种极端管理政策下的可能变化, 为水资源管理决策提供参考。
1 模型与试验设计
1) 模型介绍。通用陆面模型Community Land Model version 3.5 (CLM3.5) 是美国国家大气科学研究中心研发的第三代陆面模型[9]。CLM包括5层雪层和10层不等间距的土壤层。每个CLM网格内包含4种可能的陆表覆盖类型:冰川、湿地、湖和植被, 而植被类型又可以进一步划分为17种植被功能型 (PFTs) 。每种PFT分别对其水文、能量平衡关系进行求解。
为了探讨人类取水用水过程, 笔者基于CLM3.5提出了一个简单的取水用水模块用以表示这一过程[10]。该模块考虑了人类对河流地表水与地下水的开采过程, 用水过程主要分为生活用水、工业用水与农业灌溉3个方面。
2) 试验设计。此次试验采用添加用水模块的CLM3.5模型, 模拟的区域范围设为105°~127°E, 30°~46°N, 覆盖海河流域全境, 空间分辨率为0.25°×0.25°。气候强迫数据选用普林斯顿全球3 h1°×1°的气候数据[11], 进行了3个受实际气候变化情景驱动的未来模拟试验。由于受资料限制, 试验的时间长度设为100年 (2001—2100) , 初始条件同样采用P1试验在2000年的最后结果。这3个试验除气候强迫与上述200年理想试验不同外, 其他设置均无变化, 分别命名为Pmp_F, Rst_F和CTL_EF。试验所用的气候强迫数据为CMIP5计划中的RCP4.5未来实验结果, 选用的GCM为大气所LASG开发的FGOALS-g2版本。
2 结果分析
该研究给出了未来气候情景数据驱动下的模拟结果, 见图1。该模拟时间由2001年至2100年。对于Pmp_F试验, 由于气候强迫数据降水较多, 图1-a和1-b中的地下水储量和地下水位并未像固定强迫的Pmp试验迅速下降。Pmp_F试验中的总径流和平均土壤湿度均较控制试验CTL_EF低, 这与固定强迫的Pmp与CTL_E试验有所不同。这很可能由于较湿的气候强迫使得开采试验Pmp_F与控制实验CTL_EF中上层土壤湿度差异较小, 而由于开采试验中地下水位下降引起的土壤泄流量增加仍然存在, 因此开采试验的平均土壤湿度相对较低。Pmp_F试验中, 由于灌溉而增加的地表径流并不能弥补由于地下水位下降引起的次地表径流的减少。
对于恢复试验Rst_F而言, 各陆面变量的变化趋势与固定强迫的Rst基本一致。在完全停止开采活动使地下水自然恢复的过程中, 地下水位将缓慢回升, 增暖减湿的效应会在开始的十几年内出现并逐渐消失。与固定气候强迫的理想试验相比, 采用变化气候强迫的理想试验表明, 尽管不同气候强迫会在很大程度上影响陆面变量的变化幅度与速度, 但不论气候强迫如何, 陆面变量的变化趋势是基本一致的。
3 结论
文章利用陆面模型CLM3.5, 结合人类取用水模块, 针对海河地下水严重超采现状, 进行了不同水资源管理政策影响下的陆面模拟试验。试验结果表明, 如果水资源开采活动以2000年的需求持续进行而不加以限制, 地下水资源将随着开采活动的持续逐渐枯竭, 其用水活动引起的增湿降温的效应会随着局地地下水资源的枯竭而逐渐削弱;而如果开采活动立即停止使水资源自然恢复, 在前几十年内, 与历史时期的冷湿效应相反, 流域内将出现土壤变干、径流减少等现象[12]。这一效应会随着地下水资源的缓慢恢复而逐渐消失, 2 m气温等地表要素恢复速度最快, 而土壤湿度、地下水位等要素的恢复速度将随各自深度的增加而减缓。
参考文献
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