陳國(guó)軒,梁海濤,林蓉璇

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510635)

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MIKE SHE分布式水文模型在廣東省中小河流洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用展望

陳國(guó)軒,梁海濤,林蓉璇

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510635)

中小河流急需提高洪水預(yù)報(bào)的有效性與及時(shí)性。MIKE SHE是基于物理過(guò)程的分布式水文模型,具有高度靈活性、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。該文在分析中小河流洪水預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出MIKE SHE在廣東省中小河流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)中的應(yīng)用展望。

MIKE SHE;廣東省中小河流;洪水預(yù)報(bào)

由于中小河流的水文資料比較缺乏,并且與大江大河相比,中小河流的洪水具有較強(qiáng)的季節(jié)性、頻發(fā)性和突發(fā)性等特點(diǎn),洪水流速快、歷時(shí)短,匯流時(shí)間一般在6 h以內(nèi)。造成中小河流洪水預(yù)報(bào)具有以下的難點(diǎn)：①中小河流的水文資料較少,洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的制定缺乏數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的率定和驗(yàn)證,基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)精度不高。②中小河流的洪水突發(fā)性強(qiáng),洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期短,通常在2～12 h[1]。因此,常規(guī)的水文6 h報(bào)汛法很難實(shí)現(xiàn)洪水預(yù)報(bào)的有效性與及時(shí)性。針對(duì)中小河流洪水預(yù)報(bào)的難點(diǎn),提出中小河流洪水過(guò)程模擬新方法以提高洪水預(yù)報(bào)精度、延長(zhǎng)洪水預(yù)報(bào)預(yù)見(jiàn)期,是中小河流洪水預(yù)報(bào)研究的必然趨勢(shì)。

1 廣東省中小河流概況

廣東省集雨面積200～3 000 km2的中小河流共262條。按所屬流域統(tǒng)計(jì)：西江流域35條,北江流域68條,東江流域39條,韓江流域30條,珠江三角洲20條,粵東諸河20條,粵西諸河50條；按流域面積統(tǒng)計(jì)：200～800 km2有207條,800～1 500 km2有40條,1 500～3 000 km2有15條。廣東省中小河流多數(shù)未建立水文站,沒(méi)有完整的洪水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),因此,傳統(tǒng)方法很難在廣東省中小河流進(jìn)行有效的洪水預(yù)報(bào),急需研究相對(duì)準(zhǔn)確、詳細(xì)、及時(shí)的洪水預(yù)報(bào)新方法。

2 中小河流洪水預(yù)報(bào)研究現(xiàn)狀

中小河流洪水預(yù)報(bào)研究是一個(gè)從采用傳統(tǒng)預(yù)報(bào)方法預(yù)報(bào)走向基于分布式水文模型進(jìn)行預(yù)報(bào)的過(guò)程。2010年,白詠梅、關(guān)慶國(guó)等研究利用水文比擬法對(duì)無(wú)資料中小河流進(jìn)行洪水預(yù)報(bào),可計(jì)算洪峰流量、洪水總量及洪峰歷時(shí)[2]；2011年,劉家福利用中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)無(wú)流量站的中小河流進(jìn)行洪水預(yù)報(bào),采用歷史資料建立水位～流量關(guān)系進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)[3]。兩種方法分別在牡丹江水系、鑒江干流上游成功應(yīng)用,但水文比擬法僅適合流域內(nèi)存在自然地理因素相類似,且有實(shí)測(cè)資料的河流作為參證；而采用水位～流量關(guān)系進(jìn)行洪水預(yù)報(bào),則需要調(diào)查收集歷史洪水的數(shù)位流量關(guān)系數(shù)據(jù),且河道斷面的水位～流量關(guān)系線會(huì)隨著河床的變化而變化,因此,這兩種傳統(tǒng)預(yù)報(bào)方法均不能很好地對(duì)中小河流進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。2013—2015年柳林、亞力昆·馬合木提、王歡等通過(guò)對(duì)中小河流洪水預(yù)報(bào)難點(diǎn)及解決方案探討,提出利用分布式水文模型進(jìn)行中小河流洪水預(yù)報(bào)的思路[4-6]。2015年,劉志雨、侯愛(ài)中等開(kāi)展TOPKAPI分布式水文模型在屯溪流域中小河流預(yù)警預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究,研究表明,分布式水文模型可以有效地進(jìn)行中小河流洪水預(yù)報(bào),基于分布式水文模型的洪水預(yù)報(bào)技術(shù)能夠滿足中小河流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)的需要[1]；湯更、曹雙結(jié)合GIS與RS技術(shù),采用MIKESHE分布式水文模型對(duì)六硐河甲茶水電站進(jìn)行洪水預(yù)報(bào),并與其它方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較,對(duì)比結(jié)果表明：MIKESHE模擬結(jié)果更加準(zhǔn)確,且適用于喀斯特地貌區(qū)洪峰計(jì)算[7]。根據(jù)TOPKAPI和MIKE SHE在屯溪和六硐河洪水預(yù)報(bào)的成功應(yīng)用,結(jié)合不斷發(fā)展的信息技術(shù)和通信技術(shù)獲取完善的流域下墊面空間分布信息,分布式水文模型可以有效克服中小河流洪水預(yù)報(bào)資料缺乏、預(yù)報(bào)期短的困難,由降雨量直接預(yù)報(bào)流域出口斷面的徑流量,提高預(yù)報(bào)精度及預(yù)見(jiàn)期。

因此,分布式水文模型在中小河流洪水預(yù)報(bào)上具有重要的研究意義和應(yīng)用空間。MIKE SHE是基于物理過(guò)程的分布式水文模型,與其他模型相比具有高度靈活性、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。結(jié)合廣東省中小流域保護(hù)及水生態(tài)環(huán)境體系建設(shè)研究科技創(chuàng)新項(xiàng)目,進(jìn)一步展望MIKE SHE分布式水文模型在中小河流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)中的應(yīng)用空間。

3 MIKE SHE模型在廣東省中小河流洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用展望

MIKESHE模型由以丹麥水利研究所為主的3個(gè)歐洲組織于20世紀(jì)80年代共同開(kāi)發(fā)的綜合流域模擬軟件,利用DEM生成數(shù)字流域,在每個(gè)DEM 網(wǎng)格上應(yīng)用產(chǎn)流模型來(lái)推求徑流,再利用等流時(shí)線或馬斯京根進(jìn)行匯流演算,求得每個(gè)網(wǎng)格出口斷面的洪水?dāng)?shù)據(jù)。MIKESHE對(duì)降雨徑流的模擬坡面流、河流和湖泊、非飽和帶/包氣帶、截留/蒸發(fā)、飽和帶和融雪6個(gè)模塊,根據(jù)不同的流域狀況和模擬要求,各模塊可以分離模擬也可以綜合應(yīng)用[8-10]。根據(jù)廣東省中小河流現(xiàn)狀,本文提出以下幾方面的洪水預(yù)報(bào)應(yīng)用展望。

3.1 MIKE SHE洪水預(yù)報(bào)的適用性分析

選擇典型流域分別建立MIKE SHE分布式水文模型,對(duì)典型流域進(jìn)行水文模擬。選取的典型流域應(yīng)包含以下不同類型的中小河流：①不同流域面積,②不同地理位置,③不同孕災(zāi)因子、致災(zāi)因子、承載因子、受災(zāi)因子。通過(guò)MIKE SHE模型預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比,分析模擬結(jié)果的合理性與可靠性,研究探索MIKE SHE在不同類型中小河流洪水預(yù)報(bào)中的適用性。

3.2 下墊面變化對(duì)洪水預(yù)報(bào)的影響研究

社會(huì)發(fā)展造成自然環(huán)境頻繁地受到人類活動(dòng)影響,廣東省中小流域下墊面發(fā)生了明顯的變化,如森林植被遭到破壞、在河流上興建水工建筑物、大面積灌溉和排水、水土保持措施、土地利用方式的改變和城市化及工業(yè)化等,下墊面條件的改變?cè)斐闪饔虍a(chǎn)匯流條件的改變。MIKE SHE分布式水文模型充分考慮流域下墊面空間分布不均勻性,能有效地模擬人類活動(dòng)和下墊面因素變化對(duì)流域水循環(huán)過(guò)程的影響,在研究下墊面影響方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性。 因此,利用典型流域的MIKE SHE模型,模型中分別采用不同年代的下墊面參數(shù)來(lái)反映流域下墊面的改變,研究不同土地利用類型、植被變化等下墊面條件的變化對(duì)洪水水文要素的改變,分析城鎮(zhèn)化建設(shè)、農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)和水土保持等對(duì)流域產(chǎn)匯流的影響,為人類活動(dòng)提供指導(dǎo)。

3.3 中小河流防洪預(yù)警機(jī)制研究

中小河流洪水預(yù)報(bào)的首要任務(wù)是預(yù)警預(yù)報(bào)。在MIKE SHE分布式水文模型進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上,研究開(kāi)發(fā)廣東省中小河流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)：利用現(xiàn)代化的通信和自動(dòng)化設(shè)備將氣象預(yù)報(bào)或?qū)崟r(shí)雨量觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?利用MIKESHE模型及時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)洪水洪峰流量、洪水洪量和洪水過(guò)程線,通過(guò)發(fā)布預(yù)警,提前轉(zhuǎn)移人員和財(cái)物,最大程度地避免人員傷亡,減輕洪水災(zāi)害損失,為中小河流水資源的開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)、防洪減災(zāi)及水庫(kù)的安全運(yùn)行提供決策依據(jù)。

4 結(jié)論與建議

1) MIKE SHE分布式水文模型可以有效解決中小河流洪水預(yù)報(bào)存在的難點(diǎn)問(wèn)題,在中小河流洪水預(yù)報(bào)具有重要的研究意義和應(yīng)用空間。

2) 建立廣東省中小河流典型流域MIKE SHE分布式水文模型,分析洪水預(yù)報(bào)精度及其適用性,可作為建立廣東省中小河流洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和依據(jù)。

[1] 劉志雨,侯愛(ài)中,王秀慶.基于分布式水文模型的中小河流洪水預(yù)報(bào)技術(shù)[J].水文,2015,35(1)：1-6．

[2] 白詠梅,關(guān)慶國(guó),劉惠群.水文比擬法在無(wú)資料中小河流洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2010(2)：196-197．

[3] 劉家福.中國(guó)洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)在無(wú)流量站中小河流洪水預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].廣東水利水電,2011(11)：39-41．

[4] 柳林,安會(huì)靜.中小河流洪水預(yù)報(bào)的難點(diǎn)與解決方案探討[J].海河水利,2013(5)：51-53．

[5] 亞力昆·馬合木提.探析中小河流洪水預(yù)報(bào)的難點(diǎn)與解決方案[J].黑龍江水利科技, 2014,42(3)：70-71．

[6] 王歡.淺談中小河流洪水預(yù)報(bào)的難點(diǎn)與對(duì)策[J].水資源開(kāi)發(fā)與管理,2015(1)：82-84．

[7] 湯更,曹雙和,胡紅兵,等.MIKESHE在電廠洪峰計(jì)算中的應(yīng)用與結(jié)果分析[J].人民長(zhǎng)江,2015,46(9)：26-30．

[8] 肖金強(qiáng).應(yīng)用分布式流域水文模型MIKESHE研究華北土石山區(qū)小流域水文響應(yīng)[D].北京：北京林業(yè)大學(xué),2006．

[9] 黃粵,陳曦,馬勇剛.塔里木河源流山區(qū)徑流模擬及不確定性研究[J].中國(guó)沙漠,2010,30(5)：1 234-1 238．

[10] 田開(kāi)迪,沈冰,賈憲.MIKESHE模型在灞河徑流模擬中的應(yīng)用研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2016,27(1)：91-95．

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Application of MIKE SHE Modelto Flood Forecasting of Small and MediumRivers

CHEN Guoxuan,LIANG Haitao, LIN Rongxuan

(Guangdong Hydropower Planning & Institute，Guangzhou510635,China)

The effectiveness and timeliness of flood forecasting in small and medium rivers need to be improved urgently.MIKE SHE is a distributed hydrological model based on physical processes，which has the characteristics of high flexibility, simple operation, wide application range.Based on the analysis of the research status of flood forecasting for medium and small rivers,this paper puts forward the prospect of the application of MIKE SHE in the flood forecasting and early warning of small and medium rivers in Guangdong province.

MIKE SHE； Guangdong province；small and medium river；flood forecasting

2016-05-10;

2016-06-13

陳國(guó)軒(1984),男,碩士,工程師,從事水利水電規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。

P338

A

1008-0112(2016)05-0034-03