飞来峡水利枢纽是北江干流中下游的重要水利设施,它位于广东清远地区,距离英德市50公里,距离清远市33公里。该水利枢纽控制流域面积为34097平方公里,占北江流域面积的73%,主要功能是防洪,并兼顾航运、发电等综合效益。飞来峡水利枢纽与北江大堤、淆江滞洪区等共同组成了北江中下游的防洪工程体系,通过堤库联合调度的方式,显著提高了广州、佛山、清远等珠三角地区的防洪减灾能力,使得北江大堤的防洪能力从100年一遇提升到了300年一遇。
为了进行洪水预报,提高预报精度,该研究利用实测降水径流资料,基于数字高程模型(DEM)建立了分布式水文预报模型。DEM是一种表示地面高程的模型,能够模拟地表形态的数字表示,广泛应用于水文模型建立和地形分析中。
分布式水文模型是一种流域水文模拟方法,它将流域划分为多个子流域或网格单元,并对每个单元进行水文过程的模拟。这种模型考虑了流域空间异质性对水文过程的影响,能更精细地描述流域的水文响应。
在飞来峡水利枢纽建立的分布式水文预报模型中,将流域表面划分为基于DEM的网格单元,每个栅格单元假设有三种蓄水单元:河道、地下土壤和地表。河道是流域中水流的主要通道,地下土壤则能够蓄积一部分水分,地表则涉及到浅层地表水的形成和坡面流。降雨落到地表后,一部分会直接进入地下土壤,形成蓄水量;还有一部分可能会形成浅层地表水,在重力作用下产生坡面流,最终汇入河道。
在栅格单元产流模型中,考虑了蒸散发和地下水出流两个过程。蒸散发是指地表水分蒸发到大气中的过程,计算公式需要考虑栅格的空间位置、实际蓄水量、土壤的蓄水能力和蒸散发能力。地下水出流是指水分通过土壤进入地下水系统的过程,计算公式需要考虑地下水出流门限值、时间常数、地表坡度和经验参数。土壤水量平衡方程描述了土壤单元的水分输入输出关系,包括降雨输入、地下水流入以及蒸散发和地下水流出。
模型的预报结果表明,模型确定性系数、洪峰相对误差、径流总量相对误差等指标基本在可接受范围内,对大部分场次洪水的预报精度较好。但是,整体上对洪峰的模拟值偏低,预报精度有待进一步提高。随着资料的不断延长和积累,对参数进行重新率定,其预报结果有望更准确地应用于预报作业中。
分布式水文模型的研究不仅为飞来峡水利枢纽的洪水预报提供了重要工具,也为其他类似水利工程提供了参考。通过这种方法,可以更好地理解和预测流域水文响应,从而在水利设施运行调度和防洪减灾中发挥重要作用。此外,随着研究的深入和技术的进步,这类模型还可以结合实时气象和水文数据,进行动态调整,以适应复杂多变的自然环境。