東寧水文站洪峰出現(xiàn)時間的率定研究

劉 琦

(黑龍江省水文局,哈爾濱 150001)

東寧水文站洪峰出現(xiàn)時間的率定研究

劉 琦

(黑龍江省水文局,哈爾濱 150001)

北方地區(qū)水量變化顯著時間集中在夏汛期，文章以綏芬河?xùn)|寧水文站為研究基站，運(yùn)用新安江三水源模型，模擬了夏汛期洪峰流量和洪峰出現(xiàn)時間的情況，模型率定中真實(shí)值和預(yù)測值比較接近，從而確定模型中敏感參數(shù)的取值。

洪峰；新安江模型；率定；敏感參數(shù)

1 東寧水文站斷面情況

綏芬河位于黑龍江省東部，是橫跨中俄兩國的國際河流，在我國境內(nèi)的流域面積為10069km2，河流長258km，屬山區(qū)河流。東寧水文站[1]位于黑龍江省牡丹江市東寧市東寧鎮(zhèn)，地理位置E131°05′50″、N44°03′44″，集水面積8374km2，為綏芬河干流下游控制站，距河源238.7km，距出境19.3km，是國際報汛站和中央報汛站，該站建于1950年。

東寧站屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，西北有太平嶺形成天然屏障，東南距日本海較近，經(jīng)常受海上氣候的調(diào)節(jié)，使大陸性氣候特點(diǎn)減弱，形成一個獨(dú)特的小氣候區(qū)。多年平均降水量為514.1mm，降水量年際變化較大，歷年最大降水量為838.1mm(2000年)，歷年最小降水量為298.3mm(1982年)，本站降水主要集中在汛期6-9月份，多年平均6-9月份降水量為358.5mm，約占年降水量的69.7%。

2 新安江模型確定洪峰出現(xiàn)時間

2.1 資料選取

文章選取東寧站1961-2014年雨量站、水文站和蒸發(fā)資料，資料包括：歷史洪(雨)資料，實(shí)時資料。

雨量資料選用東寧水文站以上區(qū)間共有奔樓頭、道河、東寧3個雨量站。水文站的選用：根據(jù)影響東寧水文站流量的實(shí)際情況，本次選取對東寧水文站影響較大的道河水文站和奔樓頭水位站作為東寧水文站流量預(yù)報的輸入因子。

2.2 新安江模型介紹

三水源新安江模型[2，3]，是一個通過長期實(shí)踐和對水文規(guī)律認(rèn)識基礎(chǔ)上建立起來的一個概念性水文模型。按照三層蒸散發(fā)模式計(jì)算流域蒸散發(fā)，按蓄滿產(chǎn)流概念計(jì)算降雨產(chǎn)生的總徑流量，采用流域蓄水曲線考慮下墊面不均勻?qū)Ξa(chǎn)流面積變化的影響。為了考慮降水和流域下墊面分布不均勻的影響，新安江模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為分散性的，分為:蒸散發(fā)計(jì)算，產(chǎn)流計(jì)算，分水源計(jì)算和匯流計(jì)算4個層次結(jié)構(gòu)。模型流程圖見圖1。

新安江模型的參數(shù)大都具有明確的物理意義，參數(shù)值原則上可根據(jù)其物理意義直接定量的。由于參數(shù)多，信息量少，就會產(chǎn)生參數(shù)相關(guān)性、不穩(wěn)定性和不唯一性問題。文章利用長序列資料，率定確定不穩(wěn)定參數(shù)的具體數(shù)值，進(jìn)而檢驗(yàn)率定情況的優(yōu)劣。

2.3 研究區(qū)預(yù)測分析

2.3.1 方案構(gòu)建

1)方案結(jié)構(gòu)。東寧集水面積8374km2，道河站集水面積3420km2，奔樓頭站集水面積4359km2，區(qū)間控制面積595km2。方案設(shè)置3個輸入項(xiàng)，河道站和奔樓頭站采用馬斯京根河道分段連續(xù)演算模型(MSK)，區(qū)間輸入采用蓄滿產(chǎn)流模型(SMS_3)和滯后演算模型(LAG_3)；雨量站控制權(quán)重采用泰森多邊形法。計(jì)算時段1h，水位流量為輸出項(xiàng)，預(yù)見期為24個時段，預(yù)熱期為30d。詳見圖2。

圖1三水源新安江模型流程圖

圖2方案結(jié)構(gòu)圖

2)圈畫流域邊界。模型上進(jìn)行東寧站流域圈畫工作，圖3封閉區(qū)域即為東寧站流域范圍。

圖3 東寧站流域邊界圖

2.3.2 參數(shù)率定結(jié)果

1)目標(biāo)函數(shù)統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 率定目標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2)參數(shù)率定結(jié)果。率定時間段選取均為夏汛段，北方地區(qū)夏汛期是水量變化最明顯時段，應(yīng)用在文章中更有針對性的體現(xiàn)模型對洪峰時間預(yù)見期的表征。

圖4 2008-06-1至2008-09-30率定結(jié)果圖

圖5 2009-06-1至2009-09-30率定結(jié)果圖

圖6 2010-05-20至2010-09-30率定結(jié)果圖

圖7 2013-06-1至2013-09-30率定結(jié)果圖

圖4-圖7，可以看出東寧站2008-2013年夏汛期的率定流量值和實(shí)際流量值擬合度比較吻合?？梢宰C明，模型中的參數(shù)選取比較適合東寧站的實(shí)際情況。敏感參數(shù)選取結(jié)果見表2。

表2 敏感參數(shù)取值表

3)場次洪水統(tǒng)計(jì)

表3 率定洪水統(tǒng)計(jì)表

2.3.3 方案評定

本方案以率定結(jié)果進(jìn)行評定。由上述參數(shù)率定結(jié)果可知，洪水過程擬合效果較好，水量基本平衡，各參數(shù)符合該地區(qū)的洪水特性，5場場次洪水誤差小于20%在允許范圍內(nèi)，根據(jù)確定性系數(shù)0.883評定該預(yù)報方案為乙級。根據(jù)率定的參數(shù)我們選取2014年2場次洪水進(jìn)行了模型檢驗(yàn)，檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)函數(shù)值為-0.254，檢驗(yàn)結(jié)果見圖8及表4。

圖8 2014-06-1至2014-09-30率定結(jié)果圖

表4 檢驗(yàn)場次率定洪水統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié) 論

文章以綏芬河?xùn)|寧水文站為研究基站，運(yùn)用新安江三水源模型，模擬了夏汛期洪峰流量和洪峰出現(xiàn)時間的情況，模型率定中真實(shí)值和預(yù)測值比較接近，從而確定模型中敏感參數(shù)的取值。在這些都確定的情況下，進(jìn)行檢驗(yàn)率定情況，得到圖8和表4的數(shù)據(jù)分析。

[1]趙人俊.流域水文模型-新安江模型與陜北模型[M].北京：水利電力出版社，1984.

[2]梁暉.河道洪水演進(jìn)馬斯京根模型參數(shù)及最優(yōu)參數(shù)估計(jì)方法研究[D].南寧：廣西大學(xué),2015.

1007-7596(2017)08-0061-03

2017-07-22

劉琦(1989-)，女，遼寧遼陽人，工程師，從事水文測報預(yù)報工作。

TV122.5

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