基于GIS的水库产汇流模拟研究

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水库与人们的生产生活紧密相连,它在预防洪水、作物灌溉、提供生产生活用水等方面的作用巨大,保障了人们的正常生产生活。研究降雨对水库水量变化的影响,可以科学预测一场降雨对水库库容的增加量,结合水库自身情况进行运行分析,为灾害发生前的洪水预警、淹没面积、险情调度等提供决策依据,为水库的长期稳定运行提供强有力的保障。近年来,在计算机技术快速发展的推动下,地理信息系统、遥感等技术发展迅速,为以物理学为基础的分布式水文模型的产生和发展奠定了坚实的技术基础。分布式水文模型以遥感、雷达等方式获取流域空间分布的信息数据,依据地理要素对水文过程的影响机制,将流域内具有特定自然地理要素特征和水文特性的部分视为一个独立个体,将流域划分为多个小的流域对水文过程进行计算,最后根据流域空间分布格局及水文过程的机制将各小流域联合,通过叠加计算得到整个流域的水文过程。这种具有物理基础的分布式水文模型理论清晰,能够客观全面的描述水文响应机制,被广泛应用于各种水文过程的研究中。本文选取郑州市常庄水库作为研究区域,对水库的产汇流过程进行研究。常庄水库是郑州市区供水储备水源地之一,位于郑州西郊,下游为郑州市区,水库四周发电厂、水厂等厂矿和交通干线众多,地理位置十分重要。作为中原经济区的中心城市,近年来郑州市区发展迅速,供用水矛盾日益突出,水库在防洪和城市应急供水方面的作用日渐显著。论文以分布式水文模型为基础,以常庄水库控制流域的数字高程模型(DEM)和水库水文站实测的降雨量数据为原数据,构建流域产汇流模型系统,分析模拟库区降雨的产汇流过程。首先论述分布式水文模型的概况,阐明所构建的产汇流模型的理论和计算方法。其中选用SCS产流模型来模拟计算流域的产流量,子流域的汇流过程则选用SCS的无因次单位线方法来进行模拟计算,对流域内河道汇流的模拟计算选用马斯京根法。其次,通过ArcGIS的水文分析模块从DEM中提取常庄水库流域的数字河网,并将流域分割成22个子流域,提取模型所需的河网数据。用坡度分析工具从DEM数据中提取坡度数据并根据各子流域范围统计分析平均坡度。用插值分析工具对各水文站监测的降雨数据进行插值分析并统计分析各子流域对应的平均降雨量。应用分析所得数据对各模型参数进行率定,确定各模型所需要的参数值。选取2001-2003年间的十场降雨进行模拟,并对模拟结果选用适当的方法进行精度评价,通过模拟精度判断模型的实用性。结果表明模型模拟的合格率在70%以上,模拟所得的流量过程线和实测情况大致吻合。对水库降雨产汇流过程的准确预测,是水库进行防洪调度、兴利调度的决策依据,有助于人们在汛期时对洪水过程进行预报,提前设计解决方案,预防决堤、溃坝等灾害事故的发生;同时储蓄洪水,保障非汛期水库兴利水源的充足提供。
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