构建绍兴市曹娥江流域水动力模型的探讨

第 3 期 总第 223 期 2019 年 5 月
浙江水利科技 Zhejiang Hydrotechnics
No . 3 Total No . 223 May 2019
构建绍兴市曹娥江流兴 312000）
摘 要：为研究绍兴市平原河道中水流的运动特征，在分析绍兴市平原河网一维水动力模型的基础上，探讨
1 流域概况
曹娥江位于浙江省绍兴市，是浙江省八大水系之一， 主流澄潭江，发源于金华市磐安县尖公岭，经绍兴市新昌 县镜岭镇、澄潭镇澄潭江，北流至绍兴市嵊州市城关镇附 近 与 新 昌 江、 长 乐 江、 黄 泽 江 汇 合 后 总 称 曹 娥 江， 折 西 北流至绍兴市柯桥区新三江闸注入杭州湾。河道全长 197 km，流域面积 6 046 km2。
流域面积 / km2 851 250 159 877 212 116 113 146 533 584
河道长度 / km 88 46 37 76 45 32 29 27 70 61
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吴 勇，等：构建绍兴市曹娥江流域水动力模型的探讨
支流名称 下一级支流 吕根溪 合溪 上东溪
里东江 隐潭溪 下管溪 小舜江
月份为春雨季，降水量约占全年降水量的 18%；5 — 7 月份 为梅雨季，降水量约占全年降水量的 35%，雨量大且持续 时间长；8 — 10 月份为台风雨季，降水量约占全年降水量 的 15%，受台风影响主要为暴雨，山区性河道水位易暴涨 暴落。
曹娥江干流章镇以上及支流小舜江汤浦镇以上为山区 性河段，不受海洋潮汐影响，以径流作用为主；曹娥江河 口大闸建成前，章镇以下至曹娥江大闸段为感潮河段，其 水流动态不仅受到上游来水影响，也受到下游曹娥江河口 海洋潮汐回水顶托的影响，径流和潮流共同作用；河口大 闸建成后，曹娥江干流水流动力受径流作用。
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2 模型建立
目前主流的流域模型主要由水文学模型和水力学模型 通过连接的方法耦合而成 [1]。2 种模型单独计算，通过水 文学模型提供水力学模型计算的边界条件，再由水力学模 型进行河道水流计算。其中水文学模型计算的区间入流， 以源项的形式引入水力学模型，作为旁侧入流加入到河道 相应断面中。为水文学模型与水力学模型相连接，主要使 用 MIKE11 中的降雨 — 径流模型（NAM）与水动力学模块 （DH）。流域模型见图 1。
DOI：10.13641/ki.33 - 1162/tv.2019.03.006
水动力模型是描述流域河网水域水流运动规律的数学 模型，可为流域内防洪、排涝、灌溉、航运、水污染治理 和保护等工作提供精确可靠的基础数据。从已有的成果来 看，整个曹娥江流域水动力情况的模型较为缺乏，白立影 [1] 以曹娥江流域为例，分析对比水文模型与水动力模型在不 同水文条件下的优劣，并没有对其模拟方法、模拟结果方 面进行重点讨论。
构建曹娥江流域水动力模型的可行性，着重讨论现有水文模型与水动力模型之间的相关性及局限性。结果表明，
一维水动力模型用于模拟曹娥江流域的山区、平原河道具有较好的可操作性，能较好地反映整个绍兴市曹娥江流
域水动力过程。
关键词：曹娥江流域；水动力模型；数学模型
中图分类号：TV131.2
文献标识码：B
文章编号：1008 - 701X(2019)03 - 0021 - 03
曹娥江主要支流有左于江、小乌江、新昌江、长乐江、 黄泽江、里东江、隐潭溪、小舜江等，除小乌溪、长乐江、 小舜江由左岸汇入曹娥江外，其余均从右岸汇入。各大支 流中长乐江最大，黄泽江次之，各支流河长及流域面积见 表 1 [1]。
表 1 曹娥江主要支流情况表
支流名称 下一级支流 澄潭江
左于江 小乌江 长乐江 西溪 南溪 石磺江 崇仁江 新长江 黄泽江
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图 1 MIKE11 流域模型图
2.1 水文产汇流模型
MIKE11 的 NAM 模型主要是一个确定性的、概念性的、 集总式模型，简单、定量的描述陆相水文循环过程。作为 一个概念的集总模型，NAM 将整个流域作为一个模拟单元， 各参数或各变量代表整个流域的平均取值，因此，大部分 参数的最终取值需要通过水文监测数据进行率定。模型通 过连续计算 4 个不同且互相关联的储水层（Storages）的含 水率来模拟流域降雨径流过程，每个储水层代表不同的物 理单元，分别是积雪储水层、地表储水层、土壤或植物根 区储水层、地下水储水层。
通过构建曹娥江流域水动力模型，经过数学模型的计算 分析，能掌握整个流域内不同水文条件下河流湖泊的水动力 状况，较为准确的预测水流流速、水位、水深、流量及其变 化过程 [2]，但目前对于该方面的工作研究亟待加强。本文主 要通过对曹娥江流域实际情况及相关模型构建方法的对比分 析，探讨构建绍兴市曹娥江流域水动力模型的可行性。
曹娥江流域属亚热带季风气候区，流域内雨量充沛， 多年平均降水量约为 1 500 mm，且降水量时空分布不均， 年际、年内变化较大。降水量最大的年份为 1976 年 2 514 mm，最小为 1967 年 814 mm。全年共有 3 个雨季，3 — 4
收稿日期：2018-09-05 作者简介：吴 勇（1987 - ），男，工程师，硕士，主要从事 水利工程规划设计工作。
南溪 北溪
续表 1 流域面积 / km2
98 163 172 138 97 235 548 211 127
河道长度 / km 34 33 24 30 34 28 69 44 25
NAM 模型在模拟一个面积大、地形复杂的流域时，通 常基于 AreGIS 的 AecHydro 水文分析工具来直接确定地形， 按照 DEM 数据预处理 → 确定水流方向 → 汇流累积栅格计 算 → 提取河网 → 流域分割等步骤实现流域水文特征的提 取 [3]，导入 Mike11 软件后，通过输入降雨、蒸发、气温数据， 输出得到地表径流、地下水位、土壤含水率等数据。最后 将 NAM 模型模拟产生的径流作为旁侧入流进入到 HD 模型 的河网中，HD 模型将流入的径流作为计算河道沿程水位和 流量的边界条件处理。应用水文模型图见图 2。