云南省渔洞水库流域降雨径流过程与洪水过程模拟研究

摘要

降雨径流过程对研究流域水循环具有重要的意义，流域水量平衡是水资源科学评价和合理配置的前提。另一方面，我国洪水灾害多发，造成的损失巨大，而对洪水演进过程模拟是制定较为精细的防洪预案的重要依据。因此，通过对流域径流过程特性、水量平衡要素的准确估计，以及洪水过程及其影响的评定对于流域水资源管理和洪水防范具有重要意义。
　　针对以上问题，本研究基于MIKE11模型的NAM模块和观测资料，对云南省渔洞水库上游流域的降雨径流过程进行模拟，对比了不同观测降水修正方案和蒸发估算方案对径流模拟和流域水量平衡的影响。基于MIKE11HD模块，结合遥感获取的水库下游不同土地利用，确定了粗糙率的空间分布，进而通过假设渔洞水库放水和不同河段决堤的3种情景，模拟和分析了3种情景下洪水的传播特征。得到的主要结论如下:
　　(1)分别对比了Yang、Chen、Kang共3种降水修正方案对渔洞水库上游山区水量平衡的影响，以20cm观测蒸发为输入数据，修正后的年均降水量分别提高了13.21％、7.94％、8.75％，年均实际蒸发量分别增加了5.67％、2.53％、3.59％，按照Yang方案修正后年均降水和实际蒸发量的增幅最大;降水修正对降雪和混合降水增加比例更大，说明固态降水受捕捉率的影响最大;在极端年份，修正后的枯水年和丰水年的降水量和实际蒸发量都增加，但在枯水年增加的幅度相对较大。
　　(2)分别对比了P-M、ALLEN、20cm观测共3种蒸发计算方案对径流模拟与流域水量平衡的影响，发现三种蒸发方案下，率定期与验证期纳什效率系数在0.82以上，相关性在0.95以上，差值相对较小，模拟的精度较高。P-M和Allen计算的潜在蒸发量在该地区均有一定的适用性，但是P-M对于数据的要求量大，Allen拟合公式对数据的要求相对较小，采用20cm观测值时模拟效果为最佳，说明实际观测蒸发对水量平衡模拟非常重要;P-M、ALLEN、20cm蒸发方案下模型计算得到年均实际蒸发量分别为560.4mm、385.1mm、510mm，以20cm观测蒸发为基准，发现P-M估算的蒸发量较大，ALLEN较小。
　　(3)采用不同降水修正方案和蒸发计算方案组合，率定期与验证期效率系数在0.82以上，相关系数在0.92以上，降水数据修正后差值缩小，模拟的结果较修正前的精度高，说明进行降水修正和蒸发考虑高程影响可能更为接近流域的实际情况。
　　(4)假设水库持续出库流量分别为150m3/s、200m3/s、250m3/s，河道在右岸3406m处决堤情景下模拟的起始洪水流速分别为3.34m/s、3.49m/s、3.60m/s，表明水库持续出库流量大小决定洪水决堤后的传播速度;在水库持续出库流量为250m3/s，河道决堤处分别在右岸3406m、左岸8948m和12363m情景下，模拟的洪水起始流速分别为3.61m/s、2.75m/s、3.78m/s，说明决堤处距离水库越近，河道决堤后洪水流速较大，但当河道区间有大的支流汇入，洪水流速也可能较大。
　　(5)在水库持续出库流量为250m3/s，如河道在右岸3406m处决堤后，洪水传播96h后淹没范围将为1.5km2，流速将降到了0.64m/s;如在河道左岸8948m处决堤后，洪水传播96h后淹没范围将为0.87km2，流速将降为0.57m/s;如在河道左岸12363m处决堤后，洪水传播96h后淹没范围将为0.94km2，流速将降为0.58m/s。当洪水传播速度小于1m/s时，意味着其影响将变小。这些结果可为制定防洪预案提供一定支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景概述

1．2 国内外研究进展

1．3 研究目标

1．4 研究内容与技术路线

第二章 研究区概况

2．1 地理位置与地形地貌

2．2 水文气象与流域水系

2．3 社会经济

2．4 渔洞站点水文特征

第三章 数据与实验方案

3．1 降雨径流模型

3．1．1 模型结构及数据输入

3．1．2 模型主要水文过程计算

3．1．3 初始条件的设定

3．1．4 模型参数及参数的率定

3．2 水动力模块(MIKE11HD)

3．2．1 模型原理

3．2．2 模型结构及数据输入

3．2．3 时间和空间步长的确定

3．3 试验方案

3．3．1 不同降水修正方案

3．3．2 不同蒸发计算方案

3．4 流域水量平衡

3．5 对比规则

3．6 河道粗糙率的影响因素

第四章 渔洞水库上游流域降雨径流过程模拟

4．1 不同降水修正方案模拟效果对比

4．2 不同降水修正方案对流域水量平衡的影响

4．3 不同蒸发计算方案模拟效果对比

4．4 不同蒸发计算方案对流域水量平衡的影响

4．5 不同降水修正与蒸发计算方案组合模拟效果对比

4．6 不同降水修正与蒸发计算方案组合对流域水量平衡的影响

4．7 效果最佳方案

4．8 本章小结

第五章 渔洞水库下游流域洪水过程模拟

5．1 基于遥感影像的地物分类与糙率空间分布

5．2 洪水过程模拟分析

5．2．1 情景假设

5．2．2 基于ArcGIS洪水淹没范围提取

5．3 洪水模拟结果特征分析

5．3．1 情景假设一结果分析

5．3．2 情景假设二结果分析

5．3．3 情景假设三结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望与不足

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢