高良敏，杜惠敏

（1.浙江中水工程技術(shù)有限公司,浙江 杭州 310000；2.杭州世達(dá)科技有限公司,浙江 杭州 310000）

1 問題提出

入庫徑流作為水庫興利調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)資料，其精度直接影響著水庫建設(shè)規(guī)模、工程投資和經(jīng)濟效益。中小流域往往缺乏實測徑流資料，一般通過降雨推求徑流。常用水文模型包括新安江模型、SWAT水文分布模型等[1～2]，上述模型在使用過程中需對大量的參數(shù)進行率定，給徑流模擬帶來較大難度，模型適用程度不高。MIKE11 NAM模塊徑流模擬所需水文參數(shù)較少、參數(shù)率定簡便、計算快捷、精度可靠，已成為中、小流域推算入庫徑流的重要工具。本文以西坑水文站作為參證站，通過MIKE11 NAM模塊自動率定參數(shù)，移用至楊樓溪設(shè)計流域，模擬楊樓溪入庫徑流過程，為楊樓溪水庫設(shè)計提供徑流數(shù)據(jù)。

2 研究流域概況

2.1 設(shè)計流域

楊樓溪為松源溪上游一級支流，發(fā)源于慶元縣境內(nèi)的鳳崗尖，海拔1577 m，全流域面積121.96 km2。設(shè)計壩址海拔490m，壩址以上流域面積81.85 km2，河長23.1 km，河道坡降23.0‰。流域內(nèi)植被覆蓋良好，村落稀少，受人類影響活動較小，下墊面自然屬性穩(wěn)定，一致性條件較好。楊樓溪壩址上游約6.5 km建有仙坑小型引水式電站1 座，總庫容152.15 萬m3，調(diào)節(jié)庫容82.2 萬m3，庫容系數(shù)1.4%，屬于日調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)性能較差，可忽略其對天然徑流的調(diào)節(jié)影響。

楊樓溪流域內(nèi)無水文站和雨量站，相鄰流域有舉水、慶元、賢良雨量站，具有1957 年～2015 年長期同步可靠的雨量觀測資料，可作為設(shè)計流域雨量計算依據(jù)，其泰森多邊形雨量權(quán)重系數(shù)依次為0.902、0.074、0.024。楊樓溪附近流域的沈村水文站（1961 年～1982 年）、湖坪頭水文站（1981 年 ～1983 年）、竹口水文站（1984 年 ～2015 年），其蒸發(fā)資料可作為設(shè)計流域蒸發(fā)代表值。水文測站基本情況見表1。

2.2 參證流域

西坑水文站位于飛云江支流梧溪流域，距設(shè)計流域壩址75 km，流域面積58.1 km2，屬小河站，設(shè)于1979 年，觀測項目有降水、水位、流量，具有1981 年～1996 年連續(xù)觀測資料。西坑流域與楊樓溪流域的分水嶺高度均在海拔1000 m左右，受人類活動影響均較小，植被、土壤等下墊面條件與設(shè)計流域相似，降雨、蒸發(fā)、產(chǎn)流規(guī)律基本相符，水文氣象因素成因一致，可選擇西坑水文站所在流域作為參證流域。

表1 水文測站基本情況表

3 模型構(gòu)建

3.1 MIKE11 NAM模塊簡介

MIKE11 NAM模塊為集中式、概念模型，可模擬坡面流、壤中流和基流及土壤含水率變化。NAM模型通過連續(xù)計算四個不同且相互影響的儲水層的含水量來模擬產(chǎn)匯流過程。四個儲水層代表了流域內(nèi)不同的物理單元，從上而下依次為：積雪儲水層、地表儲水層、根區(qū)儲水層、地下水儲水層。另外，NAM模塊還允許模擬人工干預(yù)措施，如灌溉和抽取地下水。

NAM模塊結(jié)構(gòu)見圖1[3]，NAM模型主要參數(shù)及一般取值范圍，見表2。

圖1 NAM模塊結(jié)構(gòu)圖

表2 NAM模型主要參數(shù)及一般取值范圍

3.2 參數(shù)率定

采用西坑水文站1981 年～1996 年降水、流量資料和沈村徑流實驗站蒸發(fā)資料，結(jié)合MIKE11的NAM模塊建立逐日降雨徑流模型，以平均模擬徑流量與實測徑流量擬合較好（總水量平衡和過程線吻合）為目標(biāo)，率定模型相關(guān)參數(shù)。

西坑水文站實測多年平均降雨1822 mm，徑流深1222.8 mm，徑流系數(shù)0.660。模型模擬多年平均徑流深1172.0 mm，徑流系數(shù)0.644，模擬年徑流與實測年徑流系列相關(guān)系數(shù)R2=0.96 ，多年平均年徑流相對誤差-2.0%。模擬與實測年徑流值，見表3。

表3 模擬與實測徑流值對比表

參數(shù)率定結(jié)果表明，模擬徑流與實測徑流相關(guān)程度較高，相對誤差較小，模型參數(shù)率定合理，可移用至設(shè)計流域進行徑流計算，率定參數(shù)成果見表4。模擬與實測累計流量對比情況，見圖2；過程流量對比情況，見圖3。

表4 西坑水文站模型參數(shù)優(yōu)選結(jié)果

圖2 1981年～1996年模擬與實測累計流量對比圖

3.3 徑流模擬

移用西坑站降雨徑流模型參數(shù)，輸入設(shè)計流域逐日降水量計算值、蒸發(fā)量值，經(jīng)MIKE11 NAM模塊計算得到設(shè)計流域壩址位置1961 年～ 2015 年（55 年）逐日徑流成果。設(shè)計流域多年平均降雨量2068 mm，多年平均徑流深1319 mm，徑流系數(shù)0.638；多年平均流量3.39m3/s，豐水期（3 月～9 月）平均流量4.90 m3/s，枯水期（10月～2月）平均流量1.01 m3/s。

圖3 1981年～1996年模擬與實測流量過程圖

1961 年～2015 年均入庫流量見表5，月均入庫流量見表6。

表5 1961年～2015年均入庫流量

表6 1961年～2015年均入庫流量

4 成果分析

4.1 合理性分析

將模擬徑流成果與《浙江省多年平均徑流深等值線圖（1956-2000）》比對，模擬多年平均徑流深1319 mm與圖集值1330 mm相對誤差小于0.1%；將模擬徑流成果與《浙江省慶元縣蘭溪橋水庫擴建工程可行性研究報告》徑流值進行比較，兩者相對誤差小于4%；將模擬徑流成果與鄰近流域工程設(shè)計徑流成果對比（見表8），也基本協(xié)調(diào)，說明模擬徑流成果合理。

表8 徑流成果比較表

4.2 代表性分析

根據(jù)模擬徑流成果繪制1961年～2015年入庫流量變化圖、年平均流量模比系數(shù)差積曲線，見圖5、圖6。

由圖5可知，模擬1961年～2015年入庫年徑流在均值3.39 m3/s上下呈周期性波動，說明模擬徑流系列已包含多個豐、平、枯水年。從圖6可知，模擬徑流系列已包含多個枯水年組（如1976年～1981年、1984年～1987年等）、豐水年組（如1968年～1970年、1988年～1990年等）、平水年（如1964年、1972年、2002年、2013年等）。

上述分析表明，模擬水庫徑流系列包含了完整的豐、平、枯水過程，其徑流系列代表性較好。

圖5 逐年平均流量圖

圖6 年徑流差積曲線圖

5 結(jié)語

（1）采用參證流域西坑水文站率定MIKE11 NAM模型參數(shù)，移用至楊樓溪設(shè)計流域，模擬入庫徑流過程。結(jié)果表明，徑流模擬成果合理、精度可靠，可作為水庫水利調(diào)節(jié)計算的依據(jù)。

（2）MIKE11 NAM模塊在應(yīng)用過程中，應(yīng)考慮參證流域和設(shè)計流域水文氣象因素的一致性，保證其降雨、蒸發(fā)、產(chǎn)流規(guī)律相符，才可將參證流域模型參數(shù)移用至設(shè)計流域。

（3）在入庫徑流模擬中，一般選擇總水量平衡、過程線形狀吻合雙重目標(biāo)進行參數(shù)率定是比較合理的。