MIKE SHE分布式水文模型在廣東省中小河流洪水預報中的應用展望

陳國軒,梁海濤,林蓉璇

(廣東省水利電力勘測設計研究院,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報中的應用展望

陳國軒,梁海濤,林蓉璇

(廣東省水利電力勘測設計研究院,廣東 廣州 510635)

中小河流急需提高洪水預報的有效性與及時性。MIKE SHE是基于物理過程的分布式水文模型,具有高度靈活性、操作簡單、應用范圍廣泛等特點。該文在分析中小河流洪水預報研究現狀的基礎上,提出MIKE SHE在廣東省中小河流洪水預警預報中的應用展望。

MIKE SHE;廣東省中小河流;洪水預報

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的季節性、頻發性和突發性等特點,洪水流速快、歷時短,匯流時間一般在6 h以內。造成中小河流洪水預報具有以下的難點：①中小河流的水文資料較少,洪水預報系統的制定缺乏數據進行系統的率定和驗證,基于數據驅動的傳統預報方法預報精度不高。②中小河流的洪水突發性強,洪水預報預見期短,通常在2～12 h[1]。因此,常規的水文6 h報汛法很難實現洪水預報的有效性與及時性。針對中小河流洪水預報的難點,提出中小河流洪水過程模擬新方法以提高洪水預報精度、延長洪水預報預見期,是中小河流洪水預報研究的必然趨勢。

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。按所屬流域統計：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；按流域面積統計：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未建立水文站,沒有完整的洪水監測數據,因此,傳統方法很難在廣東省中小河流進行有效的洪水預報,急需研究相對準確、詳細、及時的洪水預報新方法。

2 中小河流洪水預報研究現狀

中小河流洪水預報研究是一個從采用傳統預報方法預報走向基于分布式水文模型進行預報的過程。2010年,白詠梅、關慶國等研究利用水文比擬法對無資料中小河流進行洪水預報,可計算洪峰流量、洪水總量及洪峰歷時[2]；2011年,劉家福利用中國洪水預報系統對無流量站的中小河流進行洪水預報,采用歷史資料建立水位～流量關系進行洪水預報[3]。兩種方法分別在牡丹江水系、鑒江干流上游成功應用,但水文比擬法僅適合流域內存在自然地理因素相類似,且有實測資料的河流作為參證；而采用水位～流量關系進行洪水預報,則需要調查收集歷史洪水的數位流量關系數據,且河道斷面的水位～流量關系線會隨著河床的變化而變化,因此,這兩種傳統預報方法均不能很好地對中小河流進行洪水預報。2013—2015年柳林、亞力昆·馬合木提、王歡等通過對中小河流洪水預報難點及解決方案探討,提出利用分布式水文模型進行中小河流洪水預報的思路[4-6]。2015年,劉志雨、侯愛中等開展TOPKAPI分布式水文模型在屯溪流域中小河流預警預報中的應用研究,研究表明,分布式水文模型可以有效地進行中小河流洪水預報,基于分布式水文模型的洪水預報技術能夠滿足中小河流洪水預警預報的需要[1]；湯更、曹雙結合GIS與RS技術,采用MIKESHE分布式水文模型對六硐河甲茶水電站進行洪水預報,并與其它方法計算結果進行比較,對比結果表明：MIKESHE模擬結果更加準確,且適用于喀斯特地貌區洪峰計算[7]。根據TOPKAPI和MIKE SHE在屯溪和六硐河洪水預報的成功應用,結合不斷發展的信息技術和通信技術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報資料缺乏、預報期短的困難,由降雨量直接預報流域出口斷面的徑流量,提高預報精度及預見期。

因此,分布式水文模型在中小河流洪水預報上具有重要的研究意義和應用空間。MIKE SHE是基于物理過程的分布式水文模型,與其他模型相比具有高度靈活性、操作簡單、應用范圍廣泛等特點。結合廣東省中小流域保護及水生態環境體系建設研究科技創新項目,進一步展望MIKE SHE分布式水文模型在中小河流洪水預警預報中的應用空間。

3 MIKE SHE模型在廣東省中小河流洪水預報中的應用展望

MIKESHE模型由以丹麥水利研究所為主的3個歐洲組織于20世紀80年代共同開發的綜合流域模擬軟件,利用DEM生成數字流域,在每個DEM 網格上應用產流模型來推求徑流,再利用等流時線或馬斯京根進行匯流演算,求得每個網格出口斷面的洪水數據。MIKESHE對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、飽和帶和融雪6個模塊,根據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用[8-10]。根據廣東省中小河流現狀,本文提出以下幾方面的洪水預報應用展望。

3.1 MIKE SHE洪水預報的適用性分析

選擇典型流域分別建立MIKE SHE分布式水文模型,對典型流域進行水文模擬。選取的典型流域應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不同孕災因子、致災因子、承載因子、受災因子。通過MIKE SHE模型預報結果與實測資料進行對比,分析模擬結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報中的適用性。

3.2 下墊面變化對洪水預報的影響研究

社會發展造成自然環境頻繁地受到人類活動影響,廣東省中小流域下墊面發生了明顯的變化,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化等,下墊面條件的改變造成流域產匯流條件的改變。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和下墊面因素變化對流域水循環過程的影響,在研究下墊面影響方面具有獨特的優越性。 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來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洪水水文要素的改變,分析城鎮化建設、農業開發和水土保持等對流域產匯流的影響,為人類活動提供指導。

3.3 中小河流防洪預警機制研究

中小河流洪水預報的首要任務是預警預報。在MIKE SHE分布式水文模型進行洪水預報的基礎上,研究開發廣東省中小河流洪水預警預報系統：利用現代化的通信和自動化設備將氣象預報或實時雨量觀測數據傳輸到控制中心,利用MIKESHE模型及時準確地預報洪水洪峰流量、洪水洪量和洪水過程線,通過發布預警,提前轉移人員和財物,最大程度地避免人員傷亡,減輕洪水災害損失,為中小河流水資源的開發利用與保護、防洪減災及水庫的安全運行提供決策依據。

4 結論與建議

1) MIKE SHE分布式水文模型可以有效解決中小河流洪水預報存在的難點問題,在中小河流洪水預報具有重要的研究意義和應用空間。

2) 建立廣東省中小河流典型流域MIKE SHE分布式水文模型,分析洪水預報精度及其適用性,可作為建立廣東省中小河流洪水預警預報系統的基礎和依據。

[1] 劉志雨,侯愛中,王秀慶.基于分布式水文模型的中小河流洪水預報技術[J].水文,2015,35(1)：1-6．

[2] 白詠梅,關慶國,劉惠群.水文比擬法在無資料中小河流洪水預報中的應用[J].水利科技與經濟,2010(2)：196-197．

[3] 劉家福.中國洪水預報系統在無流量站中小河流洪水預報中的應用[J].廣東水利水電,2011(11)：39-41．

[4] 柳林,安會靜.中小河流洪水預報的難點與解決方案探討[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報的難點與解決方案[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報的難點與對策[J].水資源開發與管理,2015(1)：82-84．

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

[8] 肖金強.應用分布式流域水文模型MIKESHE研究華北土石山區小流域水文響應[D].北京：北京林業大學,2006．

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

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

(本文責任編輯 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

陳國軒(1984),男,碩士,工程師,從事水利水電規劃與設計工作。

P338

A

1008-0112(2016)05-0034-03