我国东南沿海中小流域洪水模拟研究(..doc

我国东南沿海中小流域洪水模拟研究* 许有鹏 都金康 王腊春 周寅康 （南京大学城市与资源系，南京 210093） 提 要 我国东南沿海多为独流入海的中小流域，河流短小，流域调节能力弱. 该区洪水历时较短，但危害较大，加之近年来区内经济的迅速发展，洪水造成损失日趋加剧，因此开展此区洪水特性和防洪减灾研究意义重大. 本文以中国东南沿海曹娥江流域为典型，根据中小流域洪水的特点，在初步分析流域降雨径流的成因和洪水演进规律的基础上，开展了流域洪水模拟研究，选择建立了流域降雨径流模型以及洪水演进模型，重点探讨了利用遥感信息和GIS相结合确定水文模型参数的方法和途径，经实验流域资料检验分析，其模拟结果计算精度满足要求. 该研究将有助于该区流域降雨径流特性及洪水演变规律的深入研究，同时为东南沿海中小流域洪水模拟预测和防洪减灾研究提供了经验和模式. 关键词 洪水模拟 模型参数 遥感和GIS 中小流域 东南沿海 分类号 1 前言 洪水灾害是当今世界上主要的自然灾害，每年因洪水而造成的损失占自然灾害损失的40%以上. 我国也是一个洪涝灾害频繁发生的国家，几乎每年都要遭受洪水灾害威胁，并且随着社会经济的发展，洪水灾害的损失日趋严重. 因此开展流域洪水特征规律和防洪减灾研究日趋重要. 同时随着计算机模拟技术、现代遥感遥测技术、地理信息系统等现代科学技术的发展，为流域洪水模拟和预测技术提高创造了条件[1]. 我国东南沿海多为丘陵山地，水系上均属中小流域河流，这里经济发达，河流受潮汐影响大，所形成的洪水往往是陡涨陡落，洪水过程较短、流速快、洪水不易控制且破坏力大，洪涝灾害的损失也较为严重. 为此本文选择了我国东南沿海中小流域为实验区，以遥感和GIS作支持，开展中小流域洪水模拟研究，探讨遥感和GIS信息辅助确定不同类型洪水参数、辅助进行洪水淹没模拟的计算分析研究，经检验研究成果基本满意. 该研究为东南沿海中小流域洪水模拟预警和防洪减灾研究创造了条件. 实验流域位于曹娥江的支流新昌江流域，流域面积276km2，流域植被以马尾松和新炭林为主，其次是松杉竹混交林，覆盖较好，生长茂盛， 水土保持良好. 耕地以旱地为主，有少量水田，流域土壤大部分为轻壤土和沙壤土，其次是粘土和黄土，土壤发育较好. 流域内基岩主要为火山凝灰岩和变质岩. 流域呈扇型水系，河流为山溪性河流，源短流急，洪水传播快，汇流时间短，流域洪水汇流时间一般为3-4h. 2 中小流域洪水模拟分析 2.1 流域洪水模拟分析 流域水文动态过程是气象因素和下垫面综合作用的结果，流域中地表水和地下水的动态过程既受控于流域降雨和蒸发等气象因素，同时也受流域内地貌、土壤、植被等自然地理因素的影响. 因此，流域洪水模拟研究均从这两方面着手，根据径流形成原理，开展流域水文模型和参数研究，并在此基础上利用模型模拟和预测流域的洪水过程. 目前暴雨洪水模拟分析主要采用水文学和水力学研究的方法，对洪水的洪峰流量、洪水总量和洪水历时等特征要素进行模拟分析，对于流域的降雨径流模拟计算，一般采用概念性水文模型来进行洪水过程模拟，而平原河道洪水演算和平原洪水淹没计算常采用简化的水力学模型. 模型一般用其结构反映降雨径流规律，而用参数反映流域下垫面特征，而人类活动影响则在模型中加以综合反映. 用于降雨径流模拟的确定性水文模型一般具有一定物理概念，模型是以径流形成的物理机制为出发点，通过模型转换计算，由降雨的输入最后形成径流的输出. 也就是模型根据水量平衡原理，利用模型结构和参数来反映降雨经过流域入渗、蒸发、地面径流和地下径流的各环节，并利用模型参数来综合反映下垫面地质、地貌、植被和土壤等下垫面因素对上述径流形成各环节的影响. 当模型应用于不同的流域时，模型参数必须根据该流域特征加以确定. 其中较著名的模型有Stanford模型、Sacramento模型，我国新安江和陕北模型等等. 在河道及洪泛区洪水演进方面，以非稳定流方程为基础的不稳定流数值计算随着计算机高速发展，也得到较广泛应用. 2.2 流域暴雨洪水模型的选用 本次降雨径流模拟主要选用三水源新安江模型，根据该模型参数物理意义，探讨了利用遥感信息和 GIS相结合直接或辅助确定模型参数的方法和途径. 并利用水文模型，结合气象资料，进行中小流域洪水模拟计算研究. 新安江三水源模型的特点是结构合理，概念清晰，计算精度较高. 该模型结构主要包括蒸散发计算、产流量计算、分水源计算和汇流计算四大部分[2]. 在产流量计算中，模型采用“蓄满产流”模式. 在分水源计算，模型把总径流划分为地表径流、地下径流以及壤中流三种水源. 在汇流计算中，壤中流RI和地下径流 RG对河网的总汇流，都可用线性水库来模拟. 地表径流的汇流计算采用无因次单位线或滞后演