基于MIKE SHE模型率定在地下水分析研究中的應(yīng)用

姚 建，楊大卓

(遼寧省水文水資源勘測局營口分局，遼寧 營口 115003)

基于MIKE SHE模型率定在地下水分析研究中的應(yīng)用

姚 建，楊大卓

(遼寧省水文水資源勘測局營口分局，遼寧 營口 115003)

以基某地區(qū)地下水總量控制所構(gòu)建的 MIKESHE模型為例，利用蘭東站地下水監(jiān)測井2001－2010年實(shí)測地下水位過程線，矯正模型中設(shè)定的滲透系數(shù);利用地下水位過程線振幅比較，對給水度參數(shù)修正。這些參數(shù)的率定工作都增加了模型的真實(shí)度。

MIKE SHE水文模型;參數(shù)率定;滲透系數(shù);給水度

MIKE SHE是一個(gè)功能強(qiáng)大、以物理過程為基礎(chǔ)、充分集成的模型，用以水文系統(tǒng)的三維模擬。MIKE SHE利用空間分布的、連續(xù)的氣象數(shù)據(jù)模擬濕潤和較干旱地區(qū)的綜合水文學(xué)、水力學(xué)和運(yùn)移的問題，已廣泛應(yīng)用于與地表水、地下水以及它們之間的動(dòng)態(tài)交互作用有關(guān)的水資源和環(huán)境問題，包括:流域規(guī)劃、灌溉和排水、水資源管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響(農(nóng)用化學(xué)品和肥料)、土地利用變化的影響、氣候變化的影響及生態(tài)評(píng)價(jià)等。MIKE SHE也可連接到MOUSE污水管網(wǎng)模型，用來模擬城市雨水、生活污水管網(wǎng)和地下水以及它們的相互作用。MIKE SHE還適用于各種空間尺度描述，小到估算莊稼需水量的單個(gè)土壤剖面，大到包含若干子流域的較大區(qū)域。MIKE SHE已在許多研究和咨詢項(xiàng)目中體現(xiàn)出巨大價(jià)值，涵蓋了大量的氣候和水文環(huán)境。

但由于MIKE SHE模型是一個(gè)分布式的物理模型，所以要建立起一個(gè)較為理想且可運(yùn)用于實(shí)際工作的模型是非常不容易的事情，這其中包含兩個(gè)方面的重要因素:前期基礎(chǔ)資料的收集和后期模型的率定。下面僅就模型率定方面淺談一下。影響MIKE SHE模型率定的參數(shù)很多，其中滲透系數(shù)和給水度是兩個(gè)比較重要的參數(shù)。

1 滲透系數(shù)對率定的影響

滲透系數(shù)為水力坡度等于1時(shí)的滲透速度。影響滲透系數(shù)K值大小的主要因素是巖性及其結(jié)構(gòu)特征。下圖1是為某地區(qū)地下水總量控制所搭建的MIKE SHE模型在率定過程中給出的地下水監(jiān)測井蘭東站2001～2010年實(shí)測地下水位過程線與模擬出來的地下水位過程線對比圖，其中點(diǎn)線是實(shí)測值過程線，實(shí)心線是模擬值過程線。圖2是與此對應(yīng)的滲透系數(shù)等值線圖。

從水位對比圖1中可以分析出:模擬出來的結(jié)果與實(shí)測結(jié)果在線型方面比較相似，只是模擬線整體落在實(shí)測線下面一些，模擬出來的水位值比實(shí)測值小。在這種情況下，認(rèn)為蘭東站附近的滲透系數(shù)可能有些偏大(見圖2)，地下水下泄過快，從而造成模擬水位比實(shí)測水位低。于是在合理范圍內(nèi)稍微減小了一下蘭東站附近的滲透系數(shù)，如圖3所示，蘭東站附近的兩條滲透系數(shù)等值線由原來的110、90改為100、85。修改之后的水位對比圖見圖4。從圖4我們可以看出，經(jīng)滲透系數(shù)調(diào)整后的模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果匹配得已經(jīng)較好了。

圖1 滲透系數(shù)調(diào)整前蘭東站實(shí)測與模擬水位過程線對比圖

2 給水度對率定的影響

給水度是指飽和巖土在重力作用下自由排出的重力水的體積與該飽和巖土體積的比值。數(shù)值上等于容水度與持水度之差。粗顆粒松散土壤的給水度接近容水度，細(xì)顆粒粘土的給水度很小。巖土的孔隙率越大，給水度越大，反之則小。換句話說，給水度就像是巖土里面的一個(gè)水庫，粗顆粒松散土壤的這個(gè)水庫大，而細(xì)顆粒土壤的這個(gè)水庫小。當(dāng)有等量的地下水增減時(shí)，大水庫的水位變化當(dāng)然就比小水庫的水位變化來得緩和。

圖2 調(diào)整之前滲透系數(shù)圖

圖3 調(diào)整之后的滲透系數(shù)圖

圖4 滲透系數(shù)調(diào)整后蘭東站實(shí)測與模擬水位過程線對比圖

下圖5是在上述模型調(diào)參率定階段遇到的另一種問題。從圖上我們可以看出:雖然模擬出的水位過程線與實(shí)測的水位過程線擬合的好像還不錯(cuò)，但仔細(xì)分析我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，模擬出來的地下水位過程線振幅比實(shí)測的要大，也就是說比實(shí)測要來的劇烈。分析，水位變化劇烈，就是說相同的地下水量增減所引起的水位變化的幅度大。這時(shí)候有了給水度的問題。給水度就像是巖土中的一個(gè)水庫，當(dāng)有等量的地下水增減時(shí)，大水庫的水位變化比小水庫的水位變化來得緩和?，F(xiàn)在模擬出來的水位變化幅度較實(shí)測的大，也就是說“水庫”(給水度)有點(diǎn)小。于是適當(dāng)?shù)募哟罅诉@個(gè)“水庫”(給水度)。圖6是修改之前的給水度等值線圖，圖7是修改之后的給水度等值線圖。蘭東站附近的兩條給水度等值線由原來的 0.20、0.18 修改為 0.30、0.28。修改之后，模擬水位與實(shí)測水位等值線對比圖見圖8

從圖8與圖5的對比結(jié)果看，此時(shí)水位的變幅已基本與實(shí)測的相符，對給水度的改動(dòng)達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié)語

通過以上分析，可以看出滲透系數(shù)和給水度在MIKE SHE模型參數(shù)率定階段發(fā)揮著很大作用。當(dāng)模擬出的水位結(jié)果總體比實(shí)測結(jié)果偏大或偏小，此時(shí)可以適當(dāng)調(diào)整滲透系數(shù)來解決這個(gè)問題;當(dāng)模擬結(jié)果的振幅與實(shí)測結(jié)果有差異時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)整給水度。這些調(diào)整必須以實(shí)測成果為準(zhǔn)。

圖5 給水度調(diào)整前蘭東站實(shí)測與模擬水位過程線對比圖

圖6 調(diào)整之前的給水度圖

圖7 調(diào)整之后的給水度圖

圖8 給水度調(diào)整后蘭東站實(shí)測與模擬水位過程線對比圖

實(shí)際上，影響MIKE SHE模型率定的參數(shù)絕不止?jié)B透系數(shù)和給水度，如模型里坡面流模塊中的曼寧系數(shù)，非飽和帶中的飽和持水量、田間持水量、凋萎持水量;飽和帶中的初始水位、基巖埋深等等這些都會(huì)對模型率定產(chǎn)生相應(yīng)的影響。這些都是在運(yùn)用MIKE SHE模型的過程中需要了解的。

Application Based on MIKE SHE Model Calibration for Analysis of Groundwater Studies

YAO Jian，YANG Da－zhuo
(Yingkou Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Yingkou 115003，Liaoning)

The MIKESHE model is regarded as an example which based on a total amount of groundwater control in some place.To utilize the actual groundwater level process line of the groundwater monitored well of Landong station from 2001 to 2010，the set permeability coefficient of the model is calibrated. Through comparing amplitude of the groundwater level process line，it corrects the specific yield parameter. Those parameters calibration all can promote the actual effect.

MIKE SHE hydrological model;parameter calibration;permeability coefficient and specific yield

TV211.1+2

A

1004－1184(2012)05－0018－02

2012－05－02

姚建(1981－)，男，江蘇南通人，工程師，主要從事水文測驗(yàn)、水資源評(píng)價(jià)及地下水等工作。