流域水文模型在水利工程规划中的应用研究

流域水文模型在水利工程规划中的应用研究

冯濮

重庆江源工程勘察设计有限公司  重庆 401347

摘要：在水利工程规划领域，流域水文模型起着极其重要的作用，它对工程决策提供了有效支持，并能够优化设计方案。本研究深入分析了流域水文模型在水利工程规划领域的实际应用，内容涵盖了模型的挑选、参数调整、模拟结果的深入解读以及其实际应用效果的全面评价，经过对多个流域水文模型的系统比较和具体案例分析，阐明了各类模型在水文过程仿真、洪水预测以及水资源规划管理方面的性能优劣。根据研究所得，精确的流域水文模型对提高水利工程规划的精确度和效率有显著作用，它能推动资源的合理分布以及有效控制灾害风险。本文提出了一套优化模型的应用方法与建议，旨在为水利工程的规划提供更加靠得住的技术支持。

关键词：流域水文模型；水利工程规划；模型选择；参数校准；洪水预警；水资源管理

引言：

在现代水利工程设计领域，随着对水利工程需求的不断增长以及气候变化带来的影响，传统的依赖经验的方法和简单的水文计算已不足以满足当前的设计要求。流域水文模型通过对降水的量、水流径向的动态、以及水分在土壤中的流转进行集成模拟，提升了水文预报的准确度并为决策层提供了有力的支持。本研究致力于审视流域水文模型在水利工程规划领域的运用状况，评估其实际运用中的优点与面临的困难，并据此提出改善策略，旨在提升模型运用的成效与可信度。

一、流域水文模型在水利工程规划中的应用

（一）模型选择与适用性

不同类型的水文模型在处理水文过程、预测水文响应和优化设计方案方面各有其独特的优势与适用性。在挑选适宜的模型时，必须全面兼顾流域的具体特性、工程的具体需求以及模型能够覆盖的应用范围，例如，Horton模型和SCS-CN模型这类经典水文模型，因为它们的结构简单且计算需求较低，常常被应用于数据较少以及计算资源受限的环境中[1]。借助于参数化的简洁技术，此类模型能高效地对降水的转化及其径流过程进行仿真，这对于中小型流域的早期评估及快速估算尤为适宜，对于此类模型，其在应对复杂水文循环、模仿不均匀降水现象以及纳入长期气候变迁影响方面的能力存在一定的局限性。

（二）参数校准与模型验证

在对流域水文模型进行实际应用时，关键步骤包括对模型参数进行精确调整以及验证模型的准确性，以此来保证模型能够忠实地重现实际水文过程，并有效预测未来的水文动态变化。参数校准的目标是通过调整模型的参数设置，最大限度地减少模型输出与实际观测数据的偏差，进而提升模型的精确度和可信度。进行校准时，广泛收集降水量、流量、蒸发等水文因素的详尽数据至关重要，这同样涉及气象和水文变量长期时间序列的信息。本研究旨在利用所收集的数据，以确定影响模型关键性能指标的最佳参数值，诸如土壤渗透率、植物蒸腾率以及径流系数等。在此过程中，常常运用逆向优化手段，主要通过对照预设模型与实际数据的偏差，对模型内部的变量进行调整，目的是降低预测结果与实际结果之间的不符程度。

在对流域水文模型进行实际应用时，参数的准确调整与模型的有效验证是不断迭代进行的，这一过程旨在模型的精准和完善，通过精确调整与严格检验，本研究显著提升了模型的准确度，并确保了模型在多变的环境条件下。在校准与验证环节，往往面临数据品质不佳、模型结构复杂、计算能力有限的难题，因此，必须融合现场监测、实验分析与模拟评价的多维度数据，不断调整和校准模型参数，同时对模型进行验证，以保障其在水利工程规划应用中的准确性与可信度。

（三）模拟结果的应用

洪水的发生频次、强度及持续时长是可以通过模拟得到的，这一方法在流域洪水预警和风险评估中起到了重要作用。准确预测洪水信息对于设计防洪措施、安排排水设施以及改进洪水应急反应计划具有决定性意义[2]。历史降水数据经过模拟，能够对未来的极端降雨事件进行预测，这为设计更可靠的防洪工程和预警系统提供了依据，从而有效减少洪水灾害带来的风险。

水资源的管理与优化配置过程中，通过模拟实验得出结论，能够展现流域内水资源的分布、使用以及消耗状况，此类资讯在水的科学调控与优化配置过程中，扮演了关键角色。通过模拟得出结果，有助于对各种水库调度策略对下游水资源供应的影响进行评估，进而制定出最佳的水库运行计划，以实现水资源的长期合理利用和生态的保护需求之间的平衡。

针对工程设计方案的优化，模拟实验产生了关于水文过程及其对工程影响的具体数据，借助此类数据，我们能够对各种设计方案的成效进行评估，并据此对设计参数及结构布局进行优化。在开展河流岸线防护工程设计时，研究者需借助水流动力学和侵蚀过程的模拟，以评估各类方案的有效性，进而挑选出最佳措施，以保障工程的长期稳定与安全。

二、效果评估与优化建议

在进行评估时，必须将模型实际应用所带来的利益纳入考量，这涉及到对水利工程设计的改进、减轻洪水灾害的风险以及水资源的有效分配等多个方面。本研究通过构建洪水发生时的不同情景，分析各类防洪措施的实际成效，并据此评价其在降低灾害风险和减轻损失方面的作用。在比较各种水资源管理方案对水资源使用效率的影响时，其对生态保护和资源分配的后果进行了评价，这些评估结果为后续的优化工作提供了科学支撑。

在机器学习领域，优化数据采集与加工流程对于增强预测模型的精确度至关重要，通过对现场观测数据的全面收集与深度处理，数据的准确性将得到显著提升，进而优化模型的校准过程及其验证准确性，模型的结构优化与参数配置调整，是实现高效率和高性能的关键技术手段[3]。利用集成模型及其多元组合策略，可克服单一模型之局限，从而增强预测结果之可信度。在优化过程中，管理模型的不确定性是一项关键任务，通过敏感性分析与评估不确定性，我们能识别并解决模型预测中的不确定因素，从而提升结果的可靠性。

总结：在水利工程规划领域，流域水文模型被广泛采用，其通过对模型的精心挑选、参数的精确校正、结果的有效利用以及效益的全面评价，促进了工程设计的优化与管理水平的提升，从而为水资源的持续利用和洪水风险管理提供了强有力的技术保障。

参考文献：

[1]谢晖邱嘉丽董建玮高田田赖锡军.流域水文模型在面源污染模拟与管控中的应用研究进展[J].生态学报, 2022, 42(15):6076-6091.DOI:10.5846/stxb202109062508.

[2]李静.水文预测模型在洪涝灾害预警系统中的应用研究[J].水利科学与寒区工程, 2023, 6(12):64-67.

[3]高伟杰,刘九夫,崔巍,等.水文模型在设计洪水计算中的应用[J].中国水运:下半月, 2023, 23(3):30-32.