流域水文模型在生态清洁小流域规划中的应用

流域水文模型在生态清洁小流域规划中的应用 用 ,即采用水文模型进行流域水文计算 ,为流域水源保护工程的规划设计提供依据 。本研究工作将有助于推广流域水文 模型在流域规划中的应用 ,也将推动新技术 、新方法在北京市生态清洁小流域建设中的应用 。 ( ) [中图分类号 ] P333. 9; S157[文献标识码 ] C[文章编号 ] 1000 - 0941 2007 09 - 0012 - 02 流域是水生态环境管理的基本单元 ,做好流域综合规划对 1 WM S流域模拟系统简介于以水为核心的环境管理工作至关重要。流域规划随着社会 经济的发展 、人类认知水平的提高及环境问题的不断复杂和严 WM S是基于 G IS的专业流域模拟系统 ,提供了模拟流域水峻化 ,已从传统的专项规划向系统规划转变 , 由单纯追求经济 文水力过程的多种工具。WM S可使用 D EM、T IN 等多种格式的效益向追求社会 、经济和环境综合效益转变 , 由只重视当前发 地形数据来进行地形分析 ,自动生成流域、子流域 ,实现地形参[ 1 ] 展向可持续发展战略转变 。现代意义的流域综合规划必须 数 、水文参数的自动计算 ,并对模拟结果进行可视化 。WM S中以流域环境管理的最新理论为指导 , 运用全新的规划方法 、现 ( ) 嵌入了多个传统概念性模型 , 有 H EC - 1 H EC - HM S、TR -代化的技术手段来进行 ,这对规划人员的素质和使用的技术手 20、TR - 55、R a tiona l M e thod、N FF、MODRA T和 H SPF 等。应用段都提出了更高的要求 。流域水文特征分析是流域管理规划 工作中的基础环节 ,多项流域治理措施的布局与设计都需要对 这些模型根据自动提取的流域参数进行水文模拟 ,可用于洪水流域进行水文计算 ,分析流域的产汇流状况 ,并推求设计洪水 。 预报和水利工程设计等。 流域水文计算有许多方法 ,其中水文模型就是一种高效而实用 WM S主要包括如下几个功能模块 : 的工具 。随着人类对水文现象认识的加深和计算机技术的发 ( )( ) 1地形数据模块 Te rra in D a ta Modu le。进行数字地形展 ,水文模型日趋成熟 ,在水资源开发利用 、防洪减灾 、面源污 数据的建立 、导入和编辑 。染评价等众多领域都得到了广泛应用 。 ( )() 2流域模块 D ra inage Modu le 。根据 D EM 与 T IN 等格流域水文模型随计算机技术和系统理论的发展而产生 ,特 式的地形数据生成水系、流域边界和主要的地形参数等 。别是近十几年来 ,遥感 、地理信息系统在水文模拟中的应用更 ( )() 3地图模块 M ap Modu le。可对图片或影像资料进行处是为流域水文模型的发展带来了创新 。基于数字流域产汇流 理论的应用构成了数字降水径流模型 ,流域基本地形参数可以 理 ,用作背景 ,服务于模型建立 。可生成多个数据层 ,其中土地自动计算 ,使用具有空间分布特征的遥感信息能够充分反映下 利用层和土壤类型层常用来计算水文参数。垫面不均匀对水文循环的影响 ,这些功能都大大提高了水文模 ( )( ) 4水文模拟模块 H yd ro logic Mode ling Modu le 。这是水()拟效率 。流域模拟系统 WM S W a te rshed Mode ling System 就是 文模型输入 、计算及输出的神经中枢 , 包含了嵌入的各种水文在这种背景下应运而生的专业流域水文模拟软件 , 它由美国 模型 。B righam Young大学环境模拟研究实验室开发 ,提供了模拟水文 ( )( ) 5河道模块 R ive r Modu le。主要用于一维水力计算 ,为全过程的工具 , 包括流域生成 、地形参数计算 、水文参数计算 建立一维水力学模型提供基础几何数据 , 主要模型为 H EC - RA S。 ( ) ( ) 6G IS模块 G IS Modu le。提供了利用 G IS来开展流域 模拟的工具 ,可使用 G IS数据来计算水文参数 ,也可将 WM S数 差分网格 ,用来显示或开发分布式二维径流分析模型 。CN 值时主要参考了美国农业部提供的 CN在确定研究区域 ( )( ) 8 二维离散点模块 2 - D Sca tte r Modu le。可对离散点 算 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ,同时根据北京山区的径流小区降雨资料进行实际计算进行插值 ,可使用多种插值方法包括线性插值 、邻点插值和距 [ 2 ] 并结合北京已有的 CN 研究成果 ,最后应用模型计算得到离反比权重法等 。插值数据主要用于模拟洪泛区 。 鱼川小流域 CN 平均值为 64. 3。 将所需参数输入后 ,开始运行模型 。WM S系统能够直接 示流域出口断面的洪水过程曲线 ,我们可以很方便地提取洪 2 WM S系统在蛇鱼川小流域规划设计中的应用 流量 、洪峰出现时间和径流量等结果数据 。 2. 1 蛇鱼川小流域简介为了验证 WM S模型在研究区域的适用性 , 对当地进行 蛇鱼川小流域位于密云水库上游 , 紧邻密云水库 , 属于白 (历史洪水调查。根据对 1969 年大暴雨下东湾子村 位于蛇 河水系 ,主要河流 ———蛇鱼川河水直接流入密云水库 。流域处 ) 川小流域出口附近 河道洪水水位的调查 ,推断当时洪峰流 于密云水库的一 、二级水源保护区内 , 其水土流失和环境污染 3 为 84. 40 m/ s。同时查阅历史降雨资料获取当场降雨信息 , 2 对密云水库有直接而明显的影响 。小流域面积 25. 79 km, 流 3 入并运行 WM S模型 ,得到洪峰流量为 88. 01 m/ s。模型模 域形状近似长条形 ,东西平均宽 2. 3 km ,南北长 10. 2 km。流域 与实际调查结果较为吻合 , 从而验证了模型模拟结果的可 多年平均降水量为 652 mm , 75 %的降水集中在 6,9月份。 性 。 基于蛇鱼川小流域地理位置的敏感性 ,急需开展小流域治 在模型验证的基础上 ,计算出不同水平年的流域洪水。 理 ,以保证小流域生态环境的健康 。同时 , 蛇鱼川小流域是北 3 年平均最大 24 h暴雨下的流域洪峰流量为 39. 82 m/ s,不同 京市生态清洁小流域建设的试点 ,研究人员在采用生态清洁小 现期暴雨所对应的设计洪水如表 1 所示 。这些借助于水文 流域调查与评价方法的基础上 ,明确蛇鱼川小流域现存主要问 型推求的设计洪水 ,可作为包括湿地在内的多项工程设计的 题 ,对小流域治理进行了合理规划 。通过调查发现 , 蛇鱼川小 础参数 ,从而保证了小流域治理工作的科学性与实用性 。 流域内有多处养鸡场 ,其养殖污水及流域内的生活污水多为直 接排放 ,很有必要在流域下游建设湿地过滤带 ,拦蓄净化径流 , 降低污染负荷 ,保证入库水质达标 。建设湿地需要知道流域不 同水平年的来水量 ,由于蛇鱼川流域未设水文观测站 , 无历史 蛇鱼川小流域洪水模拟结果 1表 观测资料 ,水量数据无从获得 ,因此为了解流域的水文特性 ,指 3 导工程设计与建设 ,我们借助水文模型开展模拟 , 推求设计洪 () 暴雨重现期24 h降雨量 mm () 洪峰流量 m/ s 150 81. 43 5 年一遇水 。 205 132. 89 10 年一遇2. 2 流域水文模型应用 蛇鱼川小流域水文模拟使用的数据源 20 年一遇260 212. 86 为 :北京市 1 ?1万地 形图 ,北京市 1 ?10万土壤类型图 ,以及以地形图为基础结合野 3 结 论外调查制作而成的土地利用图 。首先使用 WM S的 D ra inage 模 块读入 D EM 数据 ,而后执行 TO PA Z程序 ,生成数字河网 。河网 本文以北京市生态清洁小流域建设试点 ———密云水库生成后 ,定义流域出口。WM S根据出口和地形自动勾绘出流域 游蛇鱼川小流域为例 ,介绍了流域模拟系统 WM S在小流域 2 边界 ,得到蛇鱼川小流域面积为 25. 79 km。 划设计中的应用 , 说明了如何采用流域水文模型完成水文 在生成流域的基础上 ,使用 WM S软件中的 H EC - 1 模型 算 、为流域水源保护工程建设提供依据的过程 。流域的综合 进行降水径流模拟 ,模拟时段设定为 24 h。首先进行降雨参数 划需要先进的理念与技术手段 ,本研究工作将有助于推广流 输入 。蛇鱼川小流域未设雨量站 ,缺乏雨量资料。由于紧临蛇 水文模型在流域规划中的应用 ,为建设生态清洁小流域提供 鱼川小流域的张家坟雨量站是北京市的基本雨量站 ,具有长系 强的技术支撑。 列的雨量资料 ,因此我们采用了张家坟雨量站资料来代表蛇鱼 川的降雨情况 。雨量累积曲线采用《北京水文手册 》推荐的北 京山区 24 h降雨雨型 。 [参考文献 ] H EC - 1 模型提供了多种产汇流计算方法 , SCS径流曲线 [ 1 ] 周年生 ,李彦东. 流域环境管理规划方法与实践 [M ].数法是其中常用方法之一 。该方法由美国农业部水土保持局 京 :中国水利水电出版社 , 2000. [ 2 ] 符素华. 北京山区土壤侵蚀模型 [ D ]. 北京 : 北京师范 学 , 2001. ( ) [作者简介 ] 叶芝菡 1979 - , 女 , 福建霞浦县人 , 工程师 ,