韩春苗-分布式水文模型与集总式水资源调配模型的耦合.ppt

分布式水文模型 与集总式水资源配置模型的耦合,韩春苗 中国水利水电科学研究院水资源所 2006.9.24,汇报大纲,引言 一、分布式水文模型WEP模型 二、集总式水资源配置模型ROWAS模型 三、WEP模型与ROWAS模型的耦合过程 四、耦合在伊洛河流域的应用 五、展望,引言,分布式水文模型与集总式水资源配置模型的耦合可以取长补短，充分发挥各自的优势，有效提高水文模型的模拟精度，补充配置模型无法给出的水循环过程。在分布式水文模型重点分析天然水文过程的基础上，采用配置模拟模型处理水资源配置和水库调度过程，并对两个模型进行数据交换等耦合处理，从而构建完整合理的二元水循环模型框架。,一.分布式水文模型WEP模型,WEP (Water and Energy transfer Processes)模型是一种分布式水文模型。该模型由贾仰文等人在1995年至2002年间开发研制，并于2002年10月获日本国著作权登录。WEP模型已在日本和韩国的多个流域得到验证和应用，在国内，它也在黑河十五攻关和黄河973项目中得以验证和应用。 WEP模型运行程序可从互联网上下载： http:/www.pwri.go.jp/team/suiri/yata-r/index_e.html,一.分布式水文模型WEP模型,WEP模型是基于物理机制的分布式水文模型，模拟对象包括天然的“坡面河道”主循环过程和以“取水输水用水排水回归”为人工侧支循环过程，二者的耦合主要通过水量平衡和循环要素项之间的水力联系来实现。,流入,单元内的铅直方向结构图,一.分布式水文模型WEP模型,一.分布式水文模型WEP模型,模型平面结构图,基本计算单元划分示例 (黄河一级支流伊洛河流域),WEP模型是根据1km的DEM图生成模拟河网，用改进的Pfafstetter规则进行子流域划分与编码；再将子流域用10级等高带来划分，最后得到子流域等高带计算单元。时间计算步长为小时或日。,一.分布式水文模型WEP模型,模型的主要模块,一.分布式水文模型WEP模型,模型主要功能:,河川径流预报 动态水资源评价 地下水位预测 山区积雪分布预测 土壤水分预测 河网水系洪水演算 洪水泛滥数值计算 河道水质模拟计算 城市路面负荷流出过程计算 未来情景分析与治理措施效果评价,一.分布式水文模型WEP模型,二.集总式水资源配置模型ROWAS模型,ROWAS (Rules-based Objected-oriented Water Resources System Simulation Model) 是基于规则的水资源配置模型,能够描述水资源系统基本元素和他们之间相互关系。,ROWAS模型具有以下特点： 模型框架基于水循环中的主要水流传输。 提供整个水量平衡和水资源配置过程的具体结果。 灵活适应不同情况和用户的需求。 为决策者提供合理可行但非最优化的结果，供其决策。 提供先进的程序和友好的界面，能够快速计算和便利操作。,二.集总式水资源配置模型ROWAS模型,水资源系统概化过程： 选取并提炼模拟过程需要考虑的实体类别。 对选出的实体做抽象，分类和整合。 描述概化元素间的水力联系。 概化系统中一般有两类基本元素，点与线。 点-包括水利工程、用户、分水节点、汇水节点和其他河道 控制断面。 线-描述天然河流、供水路线、污水渠道和水库弃水等。 模拟规则分为基本规则，概化规则和运行规则。 基于这些概念实体和相应的规则建立模拟模型。,二.集总式水资源配置模型ROWAS模型,模块功能 ：,非常规水源利用 本地地表水和河网水利用 浅层地下水利用 深层地下水利用 地表供水计算 耗水、污水退水计算及处理回用计算 外调水利用 水汇水量统计,三.分布式水文模型与集总式水资源配置模型的耦合,耦合核心: 水文模型为配置模型提供径流性资源量（节点入流和面上径流）和地下水储水及蓄变状况（补给量和排泄量），经过处理给出适合配置模型时空尺度的输入过程，在配置模拟完成后反馈给水文模型的调蓄工程。 配置模型以WEP模型的长时段水文过程为输入，在时间和空间尺度上合理展布结果，再作为指导WEP模型中的水库调度过程和水量供给分配的依据.,三.分布式水文模型与集总式水资源配置模型的耦合,技术路线： 将天然水循环的观测数据（水文、气象、土壤和地下水监测数据）作为水循环模拟的输入用WEP模型进行模拟计算，采用水文站等观测数据进行模型验证（下游站与还原数据对比），最后输出计算单元上的地表水资源量、地下水可利用量。 将WEP模型的水资源量作为ROWAS模型的输入，这时需要时间和空间上的尺度转化。即将WEP里子流域等高带的计算单元的结果积分到ROWAS的三级区套地市的单元上，从而得到ROWAS模型资源量的输入。 建立ROWAS模型来模拟水资源配置，得到人工取用水过程，如水库蓄放过程，河道取水过程等等。 将人工取用水过程进行空间和时间尺度的转换，这个转换过程为分离 过程，为WEP模型的输入做准备。 5. 采用WEP模型进行有人工取用水过程的二元水循环模拟。,三.分布式水文模型与集总式水资源配置模型的耦合,耦合流程图,四.耦合在伊洛河流域的应用流域状况,伊洛河流域位于东经1091711310,北纬33393454之间，流域自西向东流经陕西、河南两省五地（市）24个县，流域面积18,881 km2，它是黄河三门峡以下最大的支流。伊洛河流域共有水文站14个，雨量站129个，其中气象站1个。,四.耦合在伊洛河流域的应用流域状况,四.耦合在伊洛河流域的应用应用WEP模型,计算单元：流域划分具有空间拓扑关系的226个子流域，1149个子流域等高带单元。 模型的模拟与验证：采用1956-2000年45年的长系列水文气象资料进行模拟计算，并用伊洛河流域把口站黑石关水文站的流量观测数据进行模型验证。,黑石关站,四.耦合在伊洛河流域的应用WEP模型验证,黑石关站逐年天然年径流过程校验图,四.耦合在伊洛河流域的应用WEP模型验证,从以上校验结果来看，19562000年黑石关站多年平均天然径流量的相对偏差为-1.9，模型Nash效率系数为0.86，模拟结果合理可行，且逐月过程拟合的也较好。,天然径流量模拟结果校验表,四.耦合在伊洛河流域的应用应用ROWAS模型,在伊洛河流域，根据流域边界和地市边界将其划分为6个计算单元。,伊洛渭南,伊洛西安,伊洛商洛,伊洛三门,伊洛洛阳,伊洛郑州,四.耦合在伊洛河流域的应用ROWAS模型结果,2000水平年下伊洛河流域的供需平衡分析表,从表中可以看出，基本实现供需平衡，最大缺水率为10.7,四.耦合在伊洛河流域的应用ROWAS模型结果,四.耦合在伊洛河流域的应用空间展布,如何把ROWAS模型模拟的人工取用水过程展展布到 WEP模型里的子流域等高带单元上？,农业用水空间展布,工业用水空间展布,生活用水空间展布,利用WEP模型进行天然人工二元水循环模拟,四.耦合在伊洛河流域的应用空间展布,农业用水空间展布： 根据各类实灌面积，结合土地利用图，并利用灌溉需水量和旬分配系数进行展布。 工业用水空间展布： 基于公里网格的工业产值进行展布，年内分配则按照年内均一化处理。 生活用水空间展布： 生活用水分为城镇生活用水和农村生活用水。其展布基于空间化的人口数据，年内分配上，采用年内分配系数作为依据。,四.耦合在伊洛河流域的应用耦合取用水条件下的模型验证,黑石关站逐年实际年径流过程校验图,四.耦合在伊洛河流域的应用耦合取用水条件下的模型验证,从以上校验结果来看，模型Nash效率系数为0.80，虽然人类取用水活动使河川径流过程变得更加复杂，增加了模拟难度，但各项指标及逐月过程比较表明，模型的拟合精度仍可接受。,实际径流量模拟结果校验表,五.展望,1.采用WEP模型进行包含人工取用水过程的二元水循环模拟，能进行流域尺度和不同土地利用类型的水平衡和供用耗排平衡分析，实现区域二元水循环系统的完整评价和管理层面