乏水文资料地区的水文模型参数区域化研究

科技创新与应用

研究视界乏水文资料地区的水文模型参数区域化研究何关洪

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051）

摘周期长要：在进行国外水资源规划利用的项目中，某些国家或地区水文基础资料难以获得，而临时建设水文站观测的效率低、

且成本高，难以满足工程前期规划设计要求，因此有必要寻找解决此类问题的有效方法。文章以乏水文资料的缅甸东部丹伦江流域为

例，结合收集的水文气象及遥感信息资料，采用基于ArcGIS平台的分布式水文模型对收集的资料进行整合处理，以多个水文站为控制研究区域水文模型参数的区域相似性，以区域化的参数模拟得到满足水资源规划及利用要求的径流等水文成果，一定程度上解决了地区乏水文资料带来的水文分析计算难题。

遥感信息；参数区域化关键词：分布式水文模型；乏资料；

中图分类号院P333.9

文献标志码院A

文章编号院2095-2945渊2018冤32-0051-03

Abstract:Intheprojectsofwaterresourcesplanningandutilizationabroad,itisdifficulttoobtainthehydrologicbasicdatain

somecountriesorregions,buttheobservationefficiencyoftemporaryhydrologicstationsislow,theperiodislongandthecostishigh,soitisdifficulttomeettherequirementsofplanninganddesignintheearlystageoftheproject.Therefore,itisnecessarytoformtointegratethecollecteddata.Theregionalsimilarityoftheparametersoftheregionalhydrologicalmodelisstudiedbyusingseveralhydrometricstationsascontrol.Therunoffandotherhydrologicalresultsthatmeettherequirementsofwaterresourcesplan鄄

Keywords:distributedhydrologicalmodel;lackofdata;remotesensinginformation;parametricregionalization

findaneffectivewaytosolvesuchproblems.ThispapertakestheThanlwinRiverbasinineasternMyanmarasanexample,com鄄binesthehydrometeorologicalandremotesensingdatacollected,andusesthedistributedhydrologicalmodelbasedonArcGISplat鄄ningandutilizationareobtainedbymeansoftheregionalizedparametersimulation.Toacertainextent,theproblemofhydrologicalanalysisandcalculationcausedbythelackofhydrologicaldataintheregionhasbeensolved.

引言水文、气象及地理空间数据等作为水资源开发及利用研究最重要的基础资料难以获得，影响工作开展，为解决此类难题，将资料收集的方向转向公开的水文气象及空间遥感数据，采用合理的水文模型方法综合处理数据资源后，模拟计算得到满足水资源开发及利用项目的前期选点、项目跟踪、预可研究等阶段要求的水文资料，节省了物力财力外，为项目机动灵活、高效开展提供水文气象基础资料保障。

综合公开数据进行水资源分析的工具为分布式水文建模工具SWAT（SoilandWaterAssembleTools），为美国

（USDA）农业部农业研究中心（ARS）研发的基于流域尺度的一个长时间的分布式流域水文模型[1]，模型能进行长时

土壤侵蚀、污染间的模拟，在国内被广泛应用于径流模拟、

物运移等领域[2]。Ndomba等探讨了SWAT模型在水文资料缺乏的坦桑尼亚潘加尼河中的应用效果，结果相对满意。Arnold和Srinivasan在应用20年的气象数据模拟了美国本土78863个子流域内的水文循环及水量的平衡关系，取得了不错的效果[1]。在印度，SWAT被用于量化气候变化对印度水资源的影响，并进行洪水和干旱模拟分析。

论文结合水文气象等资料短缺严重但水资源丰富的缅甸丹伦江（上游中国境内为怒江）流域水资源进行研究。由于缅甸东部丹伦江流域的掸邦地区不稳定的政治局势

及落后的经济发展水平，水文气象观测不足，资料的不足严重制约了当地水资源开发及利用工作的开展。论文首先介绍公开的水文气象及相关资料，然后采用分布式水文模

土壤等资源进行型SWAT将水文、气象、地形、土地利用、

整合，通过模型参数率定及参数区域化验证，探求该地区的水文相似性，最终为地区水资源开发及利用提供精度较高、系列较长的径流数据。

1流域基础资料丹伦江为中国、缅甸与泰国的国际河流，中国境内称怒江，缅甸称丹伦江，流域面积32.5万km2，缅甸境内17.2万km2。在进行缅甸境内丹伦江各级支流规划研究时，流域及周边水文气象站点稀少，加上收集到的缅甸国内降雨等值线图精度也不高，难以满足水文分析计算的要求。为此有必要采用水文模型方法，通过流域东、南、西和北4个方位的水文站对流域水文模型参数的区域化进行研究，在得到区域水文模型参数的基础上计算流域各级河流的径流系列。

（GRDC）本次采用的水文资料来源于全球径流中心、

美国地质勘探局（USGS）及中国境内姑老河水文站；采用的

（FAO）气象资料主要来自于联合国粮农组织和世界气象

组织（WMO）；降雨主要来自于日本“AsianPrecipitation-

（1987-）水文水资源，港口航道与海岸工程。作者简介：何关洪，男，汉族，云南人，工程师，硕士，研究方向：-51-

研究视界TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

征

2分布式水文模型SWAT在丹伦江流域的区域化特

2018年32期以从GRDC收集到的丹伦江邻近流域湄公河支流克河上的BanThaTon水文站1978年耀1994年实测月径流

土地利用、土壤及地下水系列率定影响水文过程的地形、

等主要水文模型参数，得到较好的模拟结果。模型参数见表2、模型模拟计算值与实测对比如图2。

将以BanThaTon水文站率定的模型参数进行空间稳定性分析，以验证模型参数的空间分布区域性特征及时

径流间分布上的稳定性，以实际收集到的地理位置不同、

系列长短不一的SWN10水文站、Yeywa水文站和姑老河水文站及实测径流系列检验水文模型参数的时空稳定性。通过对比各站实测径流与模型计算的各站径流可知，虽然位于不同流域的水文站点地理位置相差较远，且资料系列长短不一，但不同水文站的径流计算成果与实测成果均具有良好的相关性（表3、图3及图4）。

将丹伦江上游中国境内怒江干流道街坝水文站点径

图1丹伦江流域水系及站点分布图流资料与缅甸境内丹伦江流域模拟成果相加，得丹伦江全表1水资源开发及利用研究项目所需资源的主要共享来源流域多年平均流量为5398m3/s，与瑞典Christer

Nilsson[3]5250m3/s的多年平均流量相差2.8%。序号 资料类型 资料来源 资料精度

综上所述，在收集相关公开资源的基础上，采1 径流数据 GRDC、USGS等 实测日月径流系列

用较为合理的水文模型方法，通过分析论证，能获温度、湿度、

2 FAO、WMO等 地表站点实测统计 得丹伦江及周边地区各流域精度较高、系列较长的日照等气象

1951-2007年日降雨， 径流资料，以此解决了该地区水文资料的短缺问

3 日降雨系列 APHRODITE 题，为该地区水资源开发及利用提供了重要的水文0.25°分辨率

数据。4 地形资料 ASTER GDEM 30m分辨率

3结束语5 土地利用资料 ESA GlobCover 1000m分辨率

地形及植被等资料（1）通过公开的水文、气象、6 土壤遥感数据 HWSD 1000m分辨率

的收集，通过水文模型参数区域化研究，

表2以BanThaTon站率定的丹伦江流域模型参数

通过区域化明显的水文模型参数的移用，

有效持 饱和水力 最大冠 地下水 浅层地下 可得到缅甸境内丹伦江（不含上游怒江）

土厚 基流退 土壤类 水量 传导系数 层截留 延迟 水回流阈 流域内各级河流的水文系列，为

(mm) 水系数 (mm/mm) (mm/hr) 量(mm) （天） 值(mm) 规划提供较为可靠的水文资料。

Ao 1600 0.265 6 森林9 1 0.01 3300 （2）水文成果除了在区域上得到拓展

外，通过对比不同地点年限不一的水文站Nh 2000 0.3 8 灌木1 1 0.01 3300 实测径流与计算成果可知，计算的径流成Af 1000 0.1 10 耕地1 1 0.01 3300 果较稳定，与现状较短的实测 表3计算成果与实测成果统计值对比表

系列相比，参数区域化的水文

对比实测 测量均值 计算均值 相对误 相关系 模型方法将水文系列在时间上站点 用途 33

系列 （m/s） （m/s） 差（%） 数R 得到了延展，最终得到丹伦江

Ban Tha Ton 参数率定 1978～1994 67.2 65.1 -3.1 0.891

流域各级河流1952年耀2007年

SWN10 验证 1978～2002 83.6 83.4 -0.2 0.831 共56年的径流系列。Yeywa 验证 1955～1997 481 492 2.2 0.903

（3）在进行水电水利工程

Gu Laohe 验证 1980～2007 92.8 88.1 -5.1 0.936

项目跟踪、项项目的前期规划、

Highly-ResolvedObservationalDataIntegrationTowards目建议书等阶段，建议以此作为一种水文分析手段，与传

地形数据采用ASTERGDEM的统水文比拟法等水文成果进行相互验证。Evaluation”降水数据集；

全球遥感数据；土地利用分类数据为ESAGlobCover全球

植被覆盖类型数据集；土壤为联合国粮农组织发布的参考文献院HWSD全球土壤分类数据集。各资料概况如表1所示。[1]ArnoldJG，SrinivasanR，MuttiahRS，etal.Largeareahydro原

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2018年32期TechnologyInnovationandApplication

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图2BanThaTon水文站实测与计算系列对比

Group，DepartmentofEcologyandEn原oritiesGroup，NatureConservancy，424SE-901.87Umea毅，Sweden.GlobalPri原

vironmentalScience，Umea毅University，

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22203，USA援2005：17-18.

图3Yeywa水文站实测与计算系列对比

图4姑老河水文站实测与计算系列对比

渊上接50页冤

通过对测线布设观测数据分析，得出以下几个结论：

（1）多种因素考虑后，实际分析可以得到，在电子水准仪观测的情况下，从数据统计结果来看，柏油路面不符值数值都是偏大，而水泥路面不符值数值都是偏小。

（2）在温度不高的情况下，柏油路面对观测结果不符值影响不大并且观测成果更趋于稳定，而水泥路面不管什么情况，观测成果依然偏小。

（3）我们在测量过程中，如果不可避免遇到柏油路面的话，在温度比较高，柏油比较软的路面，我们为了提高精度，可以把尺台放在柏油路面，等尺子放好一段时间后稳定再测量，这样测量出来的不符值就可以减小尺台下沉对测量精度的影响。参考文献院

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