新安江模型在長春嶺水文站降雨徑流模擬中的應(yīng)用

黃江輝，沈 杰，陳 鉞

（1.浙江天禹信息科技有限公司，浙江 杭州 310030；2.浙江元坤工程咨詢有限公司，浙江 舟山 316000；3.舟山市水文站，浙江 舟山 316000）

1 問題的提出

舟山市地處海島，源短流急，蓄水工程不足，水資源時空分布不均，人均水資源量僅為浙江省均值的1/3，淡水資源供需矛盾突出[1]。準(zhǔn)確預(yù)報區(qū)域徑流過程對舟山市水資源管理、調(diào)度、開發(fā)利用及抗旱減災(zāi)等具有重要意義。

新安江模型廣泛應(yīng)用于我國南方濕潤和半濕潤地區(qū)，在徑流模擬方面，國內(nèi)學(xué)者對新安江模型開展了大量研究工作，楊凱[2]等在馬尪溪流域進(jìn)行徑流模擬，結(jié)果較為理想；郝慶慶[3]等在貴州市巖溶地區(qū)進(jìn)行徑流模擬，并對新安江模型自由水蓄水庫的地下水部分進(jìn)行改進(jìn)；邵成國[4]等運(yùn)用融雪結(jié)構(gòu)的新安江模型對烏魯木齊河進(jìn)行徑流模擬研究。上述研究結(jié)果表明新安江模型適應(yīng)性良好。長春嶺水文站是浙江省保留下來的6個小河站之一，也是舟山市唯一的流量站，運(yùn)用新安江模型對長春嶺水文站進(jìn)行徑流模擬分析，為舟山市小流域采用新安江模型預(yù)測徑流提供依據(jù)，從而為舟山市水資源利用和調(diào)度管理提供依據(jù)。

2 基礎(chǔ)資料與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況與資料選擇

長春嶺水文站始建于1980年，是全省保留下來的6個小河站之一，1994—1996年和2011年分別停測。流域內(nèi)地屬北亞熱帶南緣海洋性季風(fēng)氣候，四季分明，常年氣候溫和。年平均氣溫16.3 ℃，無霜期260 d，多年平均降雨量1 108.9 mm，多年平均相對濕度78.5%，8—9月常有熱帶風(fēng)暴和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴過境。

長春嶺水文站以上流域面積3.8 km2，流域內(nèi)主要有長春嶺、長春嶺頂、峙嶺下等站點，本次收集1997—2011年的降雨量、蒸發(fā)量、流量數(shù)據(jù)作為基本資料?？紤]流域集雨面積較小且長春嶺頂、峙嶺下于2000年停測，因此，本次采用長春嶺水文站的數(shù)據(jù)建立降雨徑流新安江模型，并進(jìn)行參數(shù)率定和驗證。以1997—2006年的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型率定，2007—2011年的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驗證。

2.2 新安江模型

從20世紀(jì)60年代開始，我國水文學(xué)家趙人俊教授致力于對濕潤地區(qū)降雨徑流關(guān)系的研究，于1973年提出概念性降雨徑流模型—新安江模型，模型采用3層蒸發(fā)模型進(jìn)行蒸散發(fā)計算，基于蓄滿產(chǎn)流機(jī)制進(jìn)行產(chǎn)流計算，引入線性水庫將產(chǎn)生的徑流劃分為三水源，坡地匯流采用無因次單位線模擬水體，單元出口至流域出口斷面的河道洪水演算采用馬斯京根法線性解[5-6]。

2.3 評價方法

根據(jù)GB/T 22482—2008《水文情報預(yù)報規(guī)范》，選取確定性系數(shù)（DC）、相對誤差（RE）和合格率（QR）作為模型模擬的評價指標(biāo)，具體計算公式如下：

式（1）～（3）中：y0（i）為實測值（mm）；y（ci）為預(yù)報值（mm）；為實測值的均值（mm）；n為預(yù)報合格數(shù)；m為預(yù)報總次數(shù)。

確定性系數(shù)（DC）是描述預(yù)報過程與實測過程之間的吻合程度；相對誤差（RE）的絕對值越小，說明實測徑流深和模擬徑流深的誤差越小；徑流深預(yù)報以實測值小于20.0%作為許可誤差，一次預(yù)報的誤差小于許可誤差時，為合格預(yù)報。

預(yù)報項目的精度按合格率或確定性系數(shù)的大小分為3個等級，預(yù)報項目精度等級確定見表1。

表1 預(yù)報項目精度等級表

3 成果與分析

本次采用新安江模型對長春嶺水文站1997—2006年10 a徑流資料進(jìn)行率定，長春嶺水文站新安江模型日模參數(shù)見表2。

表2 長春嶺水文站新安江模型日模參數(shù)表

3.1 率定期結(jié)果分析

本次選用確定性系數(shù)（DC）作為日徑流過程模擬吻合程度的評價指標(biāo)，以徑流深相對誤差（RE）和合格率（QR）對模型模擬誤差進(jìn)行評價分析。新安江模型的模擬結(jié)果見表3，模型率定期逐日降雨流量擬合過程（以2000年為例）見圖1。在1997—2006年共10 a徑流率定中，確定性系數(shù)達(dá)到乙級預(yù)報精度的有4 a，達(dá)到丙級預(yù)報精度的有6 a；徑流深相對誤差全部小于20.0%，合格率100%，徑流深相對誤差達(dá)到甲級預(yù)報精度，其中 9 a相對誤差在±10.0%以內(nèi)，最大為15.3%，最小僅為-0.3%，說明模型對水量的模擬精度較高。

圖1 率定期逐日流量過程線圖（以2000年為例）

表3 長春嶺水文站新安江模型模擬成果表

續(xù)表3

3.2 驗證期結(jié)果分析

驗證期（2007—2011年）模擬計算結(jié)果見表4，模型驗證期逐日降雨流量擬合過程（以2007年為例）見圖2。在2007—2011年共5 a徑流驗證中，確定性系數(shù)全部為0.50～0.70，均值0.59，確定性系數(shù)達(dá)到丙級預(yù)報精度；徑流深相對誤差全部小于20.0%，合格率100%，徑流深相對誤差達(dá)到甲級預(yù)報精度；日徑流量的模擬和實測過程較為吻合，但日徑流精度相對不足（見圖2）。

表4 長春嶺水文站新安江模型月徑流深模擬成果表

圖2 驗證期逐日流量過程線圖（以2007年為例）

4 結(jié) 語

通過新安江模型在長春嶺水文站的徑流模擬，主要得出以下結(jié)論：1通過模擬分析10 a徑流資料率定、5 a徑流資料驗證，長春嶺水文站新安江模型徑流模擬成果較好，以水文情報預(yù)報精度評定標(biāo)準(zhǔn)，模擬成果確定性系數(shù)達(dá)到丙級以上預(yù)報精度，徑流深相對誤差達(dá)到甲級預(yù)報精度，可用于長春嶺水文站徑流總量的模擬和預(yù)測，但在用于日徑流過程的模擬和預(yù)測時精度尚有待提高；2對于舟山市小流域可參考長春嶺水文站新安江模型的率定參數(shù)，進(jìn)行徑流預(yù)測分析；3從模擬結(jié)果得出，模型還存在一定的誤差，今后需進(jìn)一步對模型參數(shù)進(jìn)行 優(yōu)化。