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MIKE11 NAM模型练习


NAM 练习 2_灵敏性分析 灵敏性分析 根据 160km2 Liver 河流域的 NAM 模拟,采用灵敏性分析对 NAM 模型的稳定性进 行评估。 研究下列参数的改变所产生的影响。 运行次数 No. 1 2 3 4 5 参数 Lmax (mm) CQOF TOF CK1,CK2 (hr) CKBFU 初始值 150 0.55 0.40 24 2400 改变区间 100 - 20

0 0.1 - 0.9 0.0 - 0.8 6 - 48 500 – 10,000

主要是对下列水文特性的影响: (1) 水量平衡 对比实测与模拟年径流总量 降雨、蒸发和径流 过程线组成部分(坡面流 OF、壤中流 IF 和基流 BF)

(2) 最小流量 (3) 最大流量 (4) 实测与模拟流量过程线的拟合 根据 NAM 方程式来解释参数改变的结果。 输入 数据 数据库:LIVER 时间序列: MEAN RAIN 流域降雨量 EVAP QOBS 潜在蒸发量 实测径流量

REFERENCE 使用初始参数值得到的 NAM 模拟结果

初始参数值: 子流域面积 地表储水区最大含水量 根区储水区最大含水量 坡面流系数 壤中流时间常量 生成坡面流的根区临界值 生成壤中流的根区临界值 度-日系数 演算时间常量 地下水流域面积比 生成地下水补给的根区临界值 地下水水库的给水度 演算基流的时间常量 最小地下水位埋深 可产生基流的最大地下水埋深 该埋深有季节性变化吗? 用于单位毛细管上升的地下水 位埋深 是否改变地下水抽水数据? (y/n) No A Umax Lmax CQOF CKIF TOF TIF CSNOW CK1,CK2 CAREA TG Sy CKBF GWLmin GWLBFO (y/n) GWFL1 160 km2 10 mm 150 mm 0.55 1000 hr 0.40 0.00 0.00 24.0 1.00 0.00 0.100 2400 hr 0.00 m 20.0 m No 0.0

NAM 练习 3---- 率定 1.简介 为了配合坦桑尼亚的总体水规划研究,选择了两个流域进行详细水文模拟研究,以 获得对该区域的水文条件更为详实的了解。两个流域的结果将被扩展到较大的区 域。因此,要尽可能地根据自然状况来解释模拟结果。 2.任务 (a)在 Kiwira 流域和 Lt.Ruaha 流域上对 NAM 模型进行率定 (b)给出模型模拟的自然上的解释 根据现有的流域特征信息(地形、植被、土壤和地质条件等)来评估模型 参数。 对比两个流域的模型参数。试着交换参数,而后讨论交换参数后产生的模 拟结果。 (c)解释有关下列各项的流域水文条件: 地下水/地表水 Ea/Ep、灌溉需求 季节性变化 雨季与旱季之间的变化 3.流域描述 下列流域描述摘自: “Iringa,Ruvuma,Mbeya 地区的总体水规划。由来自丹麦国际发展局(DANIDA) 和 DHI 合作完成。” 图 1 给出了 Kiwira 流域和 Lt.Ruaha 流域的位置。

图 1 流域位置

3.1 Kiwira 流域 在 Kiwira 村的 1RC5A 流量站的 Kiwira 流域位于 Mbeya 地区的 Rungwe 区。流域面 积为 220km2。图 2 是流域图。 1RC5A 站,位于 Kiwira 村的 Kiwira 流域



水文测站(人工观测和电缆线)

流域面积 土壤类型 高程范围

220 km 砂壤土

2

--- 1600 等雨量线 ○ 雨量站皿 □ A 类蒸发

1360-3000m

平均潜在蒸散发 1500mm 平均流量 5.5m /s
3

图 2 Kiwira 流域图

地质 Rungwe 地区是一个多山的火山区,位于名为-Rungwe 火山岩地貌区。那里的火山 岩和碱性玄武岩被厚厚的火山灰所覆盖。在许多地方可以看到许多玄武岩的露头。 地形 流域的南面是 Rungwe 山,北面是 Mporoto 山脊,东面是 Kipingere 山脉。它是最 陡的流域,高度从 2960 米到 1360 米之间(海平面以上),由河流的最高点测到流 域出口处的测站,距离有 30 公里。流域的平均坡度为 5%,但流域的主要部分是 山区地形形成的高原,这个高原的高程在海平面以上 1600-2300 米之间。 土壤 土壤是由火山成因的壤土和砂质壤土,它的排水性和储水性好。首先,它的排水系 统密度低显示了土壤排水性好。它的储水性好可以通过该地区的农业生产来验证, 比如在雨季结束的时候种植番茄和玉米,在旱季无需灌溉生长仍然很好。 气候和水文 该地区年平均降雨量大约 1600mm,干旱年低于 1400mm,雨季高于 2000mm。年 平均潜在蒸散发大约 1500mm,年际变化很小。年平均径流大约 800mm,干旱年 低于 600mm,雨季高于 900mm。Kiwira 河常年不枯竭。年平均降雨量超过年平均 潜在蒸散发说明流域处于多水地区,但是,有两个季节年内变化显著。雨季在 11 月开始,5 月结束,其它时间是旱季。 植被 常绿热带森林覆盖了流域的三分之一。一小部分被人工种植的雪松覆盖。流域的一 半被森林覆盖,剩余部分是草和农作物,比如香蕉,马铃薯,玉米,除虫菊和蔬 菜。 3.2 Lt. Ruaha 流域 在 Makalala LKA32A 流量站的 Lt. Ruaha 流域位于 Iringa 地区,流域面积 760 平方 公里,见图 3。 地质 流域位于非洲侵蚀面上,风化岩石被 20-40 米厚的砖红壤性土层覆盖。

地形 流域位于 Sao Hill 南面,Mufundi 悬崖北面(其位于海平面以上 2000 米的最高点区 域)。流域坡度相对平缓,最低海拔大约海平面以上 1650 米,平均坡度约为 1%,排水系统不密集。 土壤 流域基本上由排水性好、储水性高的沙土覆盖,但是在河谷处,更多的是粘性土和 粉砂粘土,流域的中部和西部主要是沼泽。 气候和水文 流域的年平均降雨量大约 1000mm,旱季低于 900mm,雨季高于 1200mm。流域内 年平均降雨量变化相对较大,南部丘陵大约 1200mm,北部大约 800mm。 年平均潜在蒸散发大约 1600mm,年际变化较小。 年平均径流大约 200mm,旱季低于 100mm,雨季高于 400mm。Lt. Ruaha 河常年 不枯竭。

图 3 Lt. Ruaha 流域

年平均潜在蒸散发超过年平均降雨说明流域位于缺水区。在雨季(11 月~5 月)水 量充沛,其它时间水量不足。 流域的北部雨季和旱季区别非常明显,流域南部丘陵地区在旱季有少许下雨。 植被 流域的天然植被覆盖是北部的草原和南部的森林覆盖的草原。流域的一部分是松树 林,大约 15%的流域是张满水草的沼泽,剩下 60%的流域种植着农作物,主要是 茶叶和玉米。

4 数据库及数据准备
4.1 Kiwira 流域 可用数据见图 4 所示

图 4 Kiwira 流域可用数据

雨量站和流量站的分布见图 2。 降雨 最可靠的雨量站,99.3304,位于流域的外部,其平均年降雨量比 Kiwira 流域的降 雨高 10-20%。 在流域上游高海拔的地方有两个测站,99.3326 和 99.3333, 它们的记录有几处间 断。而在降雨径流模型中需要连续的平均日降雨纪录,因此要对这几处间断进行插 补,使雨量数据连续。 通过调查四个雨量站年降雨量之间的相关性,对降雨类型的结构进行了研究。表 1 中的结果表明,各站的年降雨之间的相关性当相对较小的。(相关系数大于 0.850.90 表明相关性很好)由于用于分析的数据年数比较少,而且相关系数是基于不同 年代次序上,所以通过这些资料不能得出一个肯定的结论。而且,应该注意到 99.3326 和 99.3333 站之间、99.3324 和 99.3304 站、99.3324 和 99.3333 站之间没有 显著的相关性。 可以预见基于月降雨量或日降雨量的相关系数甚至比基于年降雨 的更小。

站名 99.3304 99.3324 99.3326 99.3333

99.3304 1.0(21)

99.3324 -0.29(14) 1.0(15)

99.3326 0.65(6) 0.71(5) 1(6)

99.3333 0.70 (11) -0.23(10) 0.10(5) 1.0(12)

表 1 Kiwira 流域内或相邻站年雨量值的相关系数。 ()中的是年数。

上述分析表明降雨在空间上差异性很大,这可能是由主导降雨类型的对流元引起 的。但是实测的不确定性也会引起相关系数的减小。 99.3324, 99.3326 和 99.3333 这三个流域内的测站被用于建立 1966-1979 年的日平 均面降雨记录。对于三个站在同一时间内的数据采用 Thiessen 多边形法得到的权 重系数分别为 0.11, 0.43, 0.46。对于其它测站,通过调整其在此时间内的权重系 数来应用一种间接的间断插补技术。 要注意的是 99.3304 站没有用于确定该流域的平均面降雨量。 潜在蒸发 总体上讲,Penman 法估计潜在蒸发量的可靠性要比蒸发皿测量法高。基于这个原 因,索引区的研究建立在 Penman 法估计潜在蒸散发的基础上。 而且,与年降雨量的变化相比,潜在蒸散发的年际变化是相对较小的(通常,年平 均潜在蒸散发的标准差约为 5%)。 再则,年际变化只是地域性的,因此将流域外 部大范围测站的年际变化叠加到流域内的年平均 Ep 上是不可能的。 最近的具有潜在蒸散发数据的气象站位于 Mbeya 机场。该站采用 Penman 法估计的 数据已被直接使用。 因为仅有月平均数据可用,所以在每年的模型模拟中使用了同样的数据。年平均潜 在蒸散发上的微小变化验证了这种方法是合理的。 流量 从 1RC5A 得来的水位-流量过程线,水位和流量数据,已经经过仔细核查,因此可 以认为流量数据是相当可靠的。

4.2 Lt. Ruaha 流域 图 5 列出了可用的数据。雨量站和流量站的分布见图 3。

图 5 Lt. Ruaha 流域可用的数据

降雨 可以看出大部分测站位于流域南部的山岭地区。其中一些站有着最可靠和连续时间 最长的数据记录。 还可以看到,在流域的西北部没有雨量站。 98.3535 –98.3540 这六个站位于流域的中部,数据记录中有很多间断,所以很不可 靠。 基于以上的情况,再则从南到北降雨类型和数量变化很大,因此建立降雨径流模型 所需的降雨资料是不够的。 对年降雨量进行的相关分析与 Kiwira 流域所用的方法相似,选取了五个雨量站作 相关分析以确定平均面雨量。结果见表 2。

由表可以看出,中部的三个站 99.3535, 99.3538, 99.3540 的相关性不高,表明或者 是数据的可靠性不高,或者降雨的地域变化性很大,或者两者都是。不管是哪种情 况,都会导致面平均雨量确定性的高度不稳定。正如上面所表明的,降雨地域的变 化性是主要由这个地区的对流雨型引起。 有关面雨量的确定,使用了类似于 Kiwira 流域所使用的间接间断插补法。 潜在蒸散发 流域内各测站可用的潜在蒸散发数据包括一年的蒸发皿数据和 Sao Hill 测站的月平 均 Penman 估计值。根据上面在 Kiwira 流域所讨论的原因,决定在水文模型的研究 中使用 Penman 估计值。

站名 99.3509

99.3509 1.0(23)

99.3521 0.72(23)

99.3535 0.53 (12)

99.3538 0.34 (23) 0.47 (23) 0.73(12)

99.3540 0.77 (9) 0.32(9)

99.3521

1.0(23)

0.31 (12)

99.3535

1.0 (12)

-(1)

99.3538 99.3540

1.0(26)

-0.33(8) 1.0(9)

表 2 Lt. Ruaha 流域内或相邻站年降雨值量的相关系数。 ()中的是年数。在图 5 中那些记录间断的月份中通常是没有雨量值的,这个间断的降雨量值用 0 填补了, 并且包括在上面的相关分析中。 流量 从 1KA32A 得来的水位-流量过程线,水位和流量数据,已经经过仔细核查,因此 可以认为流量数据是相当可靠的。 4.3 目前研究可用的数据 对这两个流域,现有 1970-74 年的日面降雨量时间序列和月平均潜在蒸散发量时间 序列,但日流量序列的期间却是 1971-74 年。


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