MIKE11 NAM模块在入库径流模拟中的应用

2020-06-04高良敏杜惠敏

陕西水利 2020年3期

高良敏，杜惠敏

（1.浙江中水工程技术有限公司,浙江杭州 310000；2.杭州世达科技有限公司,浙江杭州 310000）

1 问题提出

入库径流作为水库兴利调节的基础资料，其精度直接影响着水库建设规模、工程投资和经济效益。中小流域往往缺乏实测径流资料，一般通过降雨推求径流。常用水文模型包括新安江模型、SWAT水文分布模型等[1～2]，上述模型在使用过程中需对大量的参数进行率定，给径流模拟带来较大难度，模型适用程度不高。MIKE11 NAM模块径流模拟所需水文参数较少、参数率定简便、计算快捷、精度可靠，已成为中、小流域推算入库径流的重要工具。本文以西坑水文站作为参证站，通过MIKE11 NAM模块自动率定参数，移用至杨楼溪设计流域，模拟杨楼溪入库径流过程，为杨楼溪水库设计提供径流数据。

2 研究流域概况

2.1 设计流域

杨楼溪为松源溪上游一级支流，发源于庆元县境内的凤岗尖，海拔1577 m，全流域面积121.96 km2。设计坝址海拔490m，坝址以上流域面积81.85 km2，河长23.1 km，河道坡降23.0‰。流域内植被覆盖良好，村落稀少，受人类影响活动较小，下垫面自然属性稳定，一致性条件较好。杨楼溪坝址上游约6.5 km建有仙坑小型引水式电站1 座，总库容152.15 万m3，调节库容82.2 万m3，库容系数1.4%，属于日调节水库，调节性能较差，可忽略其对天然径流的调节影响。

杨楼溪流域内无水文站和雨量站，相邻流域有举水、庆元、贤良雨量站，具有1957 年～2015 年长期同步可靠的雨量观测资料，可作为设计流域雨量计算依据，其泰森多边形雨量权重系数依次为0.902、0.074、0.024。杨楼溪附近流域的沈村水文站（1961 年～1982 年）、湖坪头水文站（1981 年～1983 年）、竹口水文站（1984 年～2015 年），其蒸发资料可作为设计流域蒸发代表值。水文测站基本情况见表1。

2.2 参证流域

西坑水文站位于飞云江支流梧溪流域，距设计流域坝址75 km，流域面积58.1 km2，属小河站，设于1979 年，观测项目有降水、水位、流量，具有1981 年～1996 年连续观测资料。西坑流域与杨楼溪流域的分水岭高度均在海拔1000 m左右，受人类活动影响均较小，植被、土壤等下垫面条件与设计流域相似，降雨、蒸发、产流规律基本相符，水文气象因素成因一致，可选择西坑水文站所在流域作为参证流域。

表1 水文测站基本情况表

3 模型构建

3.1 MIKE11 NAM模块简介

MIKE11 NAM模块为集中式、概念模型，可模拟坡面流、壤中流和基流及土壤含水率变化。NAM模型通过连续计算四个不同且相互影响的储水层的含水量来模拟产汇流过程。四个储水层代表了流域内不同的物理单元，从上而下依次为：积雪储水层、地表储水层、根区储水层、地下水储水层。另外，NAM模块还允许模拟人工干预措施，如灌溉和抽取地下水。

NAM模块结构见图1[3]，NAM模型主要参数及一般取值范围，见表2。

图1 NAM模块结构图

表2 NAM模型主要参数及一般取值范围

3.2 参数率定

采用西坑水文站1981 年～1996 年降水、流量资料和沈村径流实验站蒸发资料，结合MIKE11的NAM模块建立逐日降雨径流模型，以平均模拟径流量与实测径流量拟合较好（总水量平衡和过程线吻合）为目标，率定模型相关参数。

西坑水文站实测多年平均降雨1822 mm，径流深1222.8 mm，径流系数0.660。模型模拟多年平均径流深1172.0 mm，径流系数0.644，模拟年径流与实测年径流系列相关系数R2=0.96 ，多年平均年径流相对误差-2.0%。模拟与实测年径流值，见表3。

表3 模拟与实测径流值对比表

参数率定结果表明，模拟径流与实测径流相关程度较高，相对误差较小，模型参数率定合理，可移用至设计流域进行径流计算，率定参数成果见表4。模拟与实测累计流量对比情况，见图2；过程流量对比情况，见图3。

表4 西坑水文站模型参数优选结果

图2 1981年～1996年模拟与实测累计流量对比图

3.3 径流模拟

移用西坑站降雨径流模型参数，输入设计流域逐日降水量计算值、蒸发量值，经MIKE11 NAM模块计算得到设计流域坝址位置1961 年～ 2015 年（55 年）逐日径流成果。设计流域多年平均降雨量2068 mm，多年平均径流深1319 mm，径流系数0.638；多年平均流量3.39m3/s，丰水期（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。

图3 1981年～1996年模拟与实测流量过程图

1961 年～2015 年均入库流量见表5，月均入库流量见表6。

表5 1961年～2015年均入库流量

表6 1961年～2015年均入库流量

4 成果分析

4.1 合理性分析

将模拟径流成果与《浙江省多年平均径流深等值线图（1956-2000）》比对，模拟多年平均径流深1319 mm与图集值1330 mm相对误差小于0.1%；将模拟径流成果与《浙江省庆元县兰溪桥水库扩建工程可行性研究报告》径流值进行比较，两者相对误差小于4%；将模拟径流成果与邻近流域工程设计径流成果对比（见表8），也基本协调，说明模拟径流成果合理。

表8 径流成果比较表

4.2 代表性分析

根据模拟径流成果绘制1961年～2015年入库流量变化图、年平均流量模比系数差积曲线，见图5、图6。

由图5可知，模拟1961年～2015年入库年径流在均值3.39 m3/s上下呈周期性波动，说明模拟径流系列已包含多个丰、平、枯水年。从图6可知，模拟径流系列已包含多个枯水年组（如1976年～1981年、1984年～1987年等）、丰水年组（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，模拟水库径流系列包含了完整的丰、平、枯水过程，其径流系列代表性较好。