趙煒

（河北省邯鄲水文水資源勘測局，河北邯鄲056001）

新安江-海河模型在清漳河流域的應用

趙煒

（河北省邯鄲水文水資源勘測局，河北邯鄲056001）

針對北方河道洪水初期比較干枯的情況，以及人類活動對產(chǎn)匯流影響等特點，文中采用修訂的新安江-海河模型應用于清漳河流域，對匡門口站多年洪水資料進行產(chǎn)匯流模擬。結果表明，在考慮了海河流域的特性，新增地下水和河道初損等參數(shù)的新安江-海河模型達到了預報精度，參數(shù)取值合理、模型結構較完善，徑流量合格率高于洪峰的預報結果符合清漳河流域的特性，可以將徑流量預報進行實際應用。

新安江-海河模型]；清漳河流域；下墊面；徑流量

新安江模型是在新安江水庫上提出來的水文模型，是一套完整的降雨徑流流域模型，是分布式的概念性模型，主要適用于我國長江、淮河及其以南濕潤和半濕潤地區(qū)。清漳河屬于海河流域，地處北方半干旱半濕潤地區(qū)，受北方氣候因素影響，新安江模型未能普遍應用于北方地區(qū)。針對北方河道洪水初期比較干枯的情況，以及人類活動對產(chǎn)匯流影響等特點，文中采用修訂的新安江-海河模型應用于清漳河流域，并進行敏感參數(shù)率定、產(chǎn)匯流模擬演算和洪水預報等，檢驗該模型在清漳河流域的預報精度。

1 新安江-海河模型

新安江-海河模型是在新安江模型三水源劃分模塊的基礎上，考慮水利工程攔蓄與地下水位下降的影響，增加了底線攔蓄模塊和表層攔蓄模塊[5]。根據(jù)海河流域產(chǎn)匯流特性，以及各類工程對流域下墊面的嚴重影響，在新安江模型框架內(nèi)增加了可以反映人類活動對下墊面影響的參數(shù)和結構，從而構建更適合于海河流域的新安江-海河模型[6]。

新安江-海河模型參數(shù)大致可分為5種類型：蒸發(fā)參數(shù)，K，C，WUM，WLM；產(chǎn)流參數(shù)，WM，B，IMP；分水源參數(shù)，SM，EX，KG，KI，KGG；表層與地下攔蓄水庫參數(shù)，F(xiàn)v/Ft，Rvm，F(xiàn)O，Rd；匯流參數(shù)，CG，CI，CS，L，IMF。其中，新增的參數(shù)包括：補給深層地下水模塊；地表徑流填洼系數(shù)，反映流域水土保持工程的影響；流域蓄水容量系數(shù)；河道初損或滲漏系數(shù)，反映河道滲漏和前期含水量較小的情況；河網(wǎng)蓄水的消退系數(shù)CS：會影響模擬的圖形狀態(tài)；小型蓄水工程控制面積比例IMF：通過流域查勘得到，調(diào)節(jié)IMF值可以輕微影響到產(chǎn)匯流過程；歸一化植被指數(shù)（NDVI），反映植被變化引起的蒸散發(fā)變化，同時增加了該參數(shù)與新安江模型中蒸發(fā)模型的關系。

2 流域自然地理概況

清漳河是漳河的一大支流，屬常年性河流，發(fā)源于山西省太行山區(qū)；流域地形為西北部高，東南部低，河水自西北流向東南，全長142 km，流域總面積5 339 km2；清漳河流域屬溫帶大陸性氣候，區(qū)間冬春干旱多風，夏季溫和多雨，秋季天高氣爽，植被良好，土壤濕潤，流域蓄水易于飽和，洪水暴漲暴落且歷時較短。

清漳河流域在河北省境內(nèi)設有水文站2處，其中劉家莊水文站為清漳河入河北省境內(nèi)的水文控制站，流域面積3 800 km2；匡門口水文站位于清漳河中下游，流域面積5 060 km2。本文將采用匡門口站歷年水文資料進行新安江-海河模型的應用，匡門口站多年平均降雨量560 mm左右，多集中在汛期的6—9月。

3 產(chǎn)匯流模擬計算

3.1 資料情況

搜集了1957—2012年的1 h和逐日降水量，逐日流量，逐日蒸發(fā)等實測資料；流域內(nèi)雨量站23處，其中河北省5處，山西省18處；面雨量計算采用算術平均法。

根據(jù)清漳河流域55場次洪水點繪降雨徑流相關圖（圖略），從相關圖進行分析可見，由于下墊面等因素影響，1980年前后的徑流量變化較大，因此以1980年為節(jié)點分別進行產(chǎn)匯流模擬計算；按照最大3 d洪量將55場洪水分別劃分為大、中、小3種量級，從相關圖分析得出大洪水量級的降雨徑流關系未受下墊面等因素影響，徑流變化甚微，因此不再對大洪水年份進行模擬計算?？镩T口以上流域洪量按5年至10年一遇（中水）和小于5年一遇（小水）進行分級。分級場次，見表1。

3.2 確定模型參數(shù)初始值

新安江模型研究的難點是模型各個參數(shù)的率定和不確定性分析。新安江-海河模型共有28個參數(shù)，將全部參數(shù)進行率定，不僅使各參數(shù)之間存在誤差，而且會導致模擬結果不可靠。因此，根據(jù)參數(shù)的區(qū)域劃分以及手動參數(shù)率定等方式確定敏感和非敏感參數(shù)，只進行敏感參數(shù)優(yōu)選率定即可。

經(jīng)查閱《水文情報預報技術手冊》，可知新安江模型的敏感參數(shù)主要是K，X，SM，L，CS，CI，KG，KI，CG，IMF。對以上敏感參數(shù)在海河流域應用進行仔細分析，根據(jù)海河流域的產(chǎn)流特性，參數(shù)K，X，CG轉為不敏感參數(shù)，一般可設定固定值K為1，X為0.35，CG為0.998；對于其它不敏感性參數(shù)可通過日模型確定，如C，WM，EX，B，KK等參數(shù)初始值分別為0.08，180，1.2，0.4，0，通過日模型確定的取值不僅符合清漳河流域實際情況，還可以使模擬結果符合規(guī)范要求。

通過對確定的敏感參數(shù)SM，L，CS，CI，KG，KI，IMF進行次模型優(yōu)選可知，SM對洪量的大小較為敏感，手工調(diào)節(jié)SM值可有效調(diào)整洪量；L對峰現(xiàn)時間敏感，可根據(jù)調(diào)整或經(jīng)驗進行手工設定；CS為匯流參數(shù)，影響河槽調(diào)蓄作用較小，陡洪水漲陡落或陡漲緩落時，可調(diào)整CS改變匯流過程，調(diào)整CS值對洪峰變化較為敏感；CI，KG，KI是與壤中流和地下徑流有關的參數(shù)，影響壤中流與地下徑流過程線可根據(jù)調(diào)整或經(jīng)驗進行手工設定；IMF是小型蓄水工程控制面積比例系數(shù)，輕微影響產(chǎn)匯流過程。

4 新安江-海河模型模擬結果分析

通過對匡門口以上流域1957—2012年的產(chǎn)匯流模擬計算，從中篩選出1980年前后的20場次代表性洪水進行結果檢驗和分析。模擬及檢驗結果，見表1～3。

表1 清漳河流域新安江-海河模型產(chǎn)匯流模擬成果表

表2 產(chǎn)匯流模擬計算成果和檢驗評定表（1980年以前）

根據(jù)GBT 22482-2008《水文情報預報規(guī)范》標準要求對模擬結果進行精度評定，評定結果為清漳河流域1980年前中，小水合格率分別為100%，82.4%，1980年后合格率均為100%；代表性洪水的檢驗結果：1980年以前的徑流量和洪峰預報檢驗合格率分別為80.0%，50%，確定性系數(shù)均值為0.69；1980年以后的徑流量和洪峰預報檢驗合格率分別為100%，60%，確定性系數(shù)均值為0.71；模型有效性評定為乙級精度，達到了應用于清漳河流域的預報水平，模型適用于海河流域的水文特性。

表3 產(chǎn)匯流模擬計算成果和檢驗評定表（1980年以后）

依據(jù)模擬結果進行分析，將清漳河流域的洪水進行洪量分級應用于新安江-海河模型，模擬結果較理想，洪量誤差符合規(guī)范要求，合格率均達80%以上，新增參數(shù)取值合理，符合模型的物理意義，說明修訂的海河模型能夠反應清漳河流域的下墊面變化特性；受下墊面變化影響，SM值的率定結果表明1980年以后比1980年以前的最大蓄水容量有所增加；河網(wǎng)蓄水消退系數(shù)CS反映了1980年前后的洪水坦化過程，表明清漳河流域1980年以后的河道發(fā)生了變化，河道的坦化作用比1980年以前有顯著變化；IMF主要反應了洪水量級越小，該參數(shù)比例呈現(xiàn)增加趨勢，說明清漳河流域在1980年以后增加了小水庫及水電站等蓄水工程；滯時L反應了洪水量級越小，滯時時間越長，與IMF具有相關；從檢驗及率定結果進行分析，徑流量合格率高于洪峰的預報結果符合清漳河流域的特性，可以將徑流量預報進行實際應用。

5 結語

通過將新安江-海河模型應用于清漳河流域，并以匡門口站多年洪水資料進行率定和驗證?？梢钥闯鲈诳紤]了海河流域的特性，新增地下水和河道初損等參數(shù)的新安江-海河模型達到了預報精度，參數(shù)取值更合理，模型結構更完善，將模型應用于清漳河流域是可行的。由于海河流域受人類活動影響顯著，且產(chǎn)匯流趨勢，徑流年際與南方流域有較大差異，為了達到較好的模擬精度，將歷史洪水資料進行了年代和量級分類。因此，模型應用于汛期實際預報時，預報精度可能會低于模型的檢驗和評定精度，我們應根據(jù)流域內(nèi)的降雨情況進行量級歸類或實時逐時段預報，使模型預報結果更符合客觀實際，提高預報精度。

［1］李致家，姚玉梅，張建中，等.利用水文模型研究下墊面變化對洪水的影響［J］.水力發(fā)電學報，2012，31（3）：5-10.

［2］翟嘯鵬，王夢霖.新安江模型在吉林省東部山區(qū)年徑流預報上的應用［J］.吉林水利，2004，1（3）：1-3.

［3］童立新.新安江模型在東江水庫洪水預報中的應用［J］.水利科技與經(jīng)濟，2005，11（10）：607-609.

［4］李致家，黃鵬年，等.新安江-海河模型構建與應用［J］.河海大學學報，2013，41（3）：189-195.

［5］張夢婕，劉晉，李致家，黃鵬年.新安江-海河模型在阜平流域的應用［J］.人民黃河，2014，36（11）：30-32.

［6］王莉莉，李致家，包紅軍.基于柵格的分布式超滲產(chǎn)流水文模型構建及比較［J］.河海大學學報：自然科學版，2010，38（2）：123-128.

［7］胡春歧，劉惠霞，胡軍波.紫荊關以上流域下墊面條件變化對產(chǎn)匯流影響分析［J］.南水北調(diào)與水利科技，2008（第5期）.

［8］戴建男，李致家，黃鵬年，等.新安江模型參數(shù)不確定性分析［J］.河海大學學報：自然科學版，2011，39（6）：618 -622.

［9］楊豐源，劉惠霞，王永亮.后灣水庫以上流域下墊面變化對洪水影響分析［J］.水文，2015，35（4）：67-71．

［10］GBT 22482-2008，水文情報預報規(guī)范［S］.

1002－0624（2016）09－0031－03

P338

B

2016-02-22