汉江流域参数移植法及水文水动力耦合模型的研究

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近年来,极端天气频发,洪涝灾害的发生也更为频繁。河道洪水演进的精确模拟成为了指导防洪调度的重要依据。传统的河道洪水演进模型主要是采用一维水动力学模型,但是建模所需要的区间入流数据往往难以获取,从而限制了模拟精度的提高。基于这一问题,本文以汉江流域为研究区域,采用外部耦合的方式建立水文水动力学的耦合模型,利用水文学的径流模拟功能为水动力学模型提供边界条件。本论文的主要研究内容及成果如下:(1)由于实测数据资料有限,将研究区域划分为参证流域、验证流域及无资料流域。首先建立参证流域SWAT模型,以GLUE算法和实测日径流数据为基础对水文参数进行率定,率定期的纳什效率系数和决定系数达到了0.77和0.78,验证期分别为0.74和0.75,证明SWAT模型在汉江流域的径流模拟中具有很好的适用效果。(2)基于流域水文相似性原理,选取对径流有显著影响的典型指标构建水文相似的指标体系,采用变异系数法确定各项权重。经计算得各流域之间水文相似度,无资料流域中除冷水河流域与黄洋河流域为0.70和0.71外,其他流域计算结果均大于0.75,相似度较高。依据水文相似度评价标准判定可进行参数移植。(3)将参证流域参数移植至验证流域和无资料流域,对其径流量进行模拟计算。经过与实测径流数据的对比得到验证流域的Ens和R2分别达到了0.75和0.78。无资料流域月平均降雨与月平均径流的相关系数均达到0.90以上。金钱河流域内南宽坪水文站1975年至2009年的平均年径流量为8.963亿m3,而参数移植法的模拟结果为9.030亿m3,相对误差仅有0.74%,能够达到径流模拟的精度要求。(4)在HydroInfo中建立水文水动力外部耦合模型,以圣维南方程为基础求解模型。为验证耦合模型的优势及结果的可靠性,同时建立两组一维水动力学对照模型(无支流汇入和支流流量为常数),并以实测流量资料为验证。耦合模型的L2误差及峰值流量的相对误差仅为0.090和0.10%,远小于对照模型的误差值。此结果表明本文所建立的耦合模型结果可靠,可用于该区域洪水预报及演进过程的模拟。综合以上研究成果,本文验证了SWAT模型及参数移植法在汉江流域的适用性,并为水动力学模型建模过程中所遇到的流量资料短缺问题提供了解决方案,建立了汉江流域的洪水演进模型,为该地区防洪减灾提供参考依据。
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