当前世界环境

介绍

在一个未测量的流域中，由于降雨而产生的径流量的估计一直是研究人员的一个重要问题。已经开发了一些模型来建立未测量集水区的降雨-径流关系。Rodriguez-Iturbe介绍了地貌瞬时单位水文曲线(GIUH)理论等等。那^1,2通过将峰值放电和时间与集水器的几何特征和动态速度参数相关联。三角形瞬时单元水文照片（IUH）的两个参数是峰值T的时间_p,峰值放电速率q_P.速度参数随风暴的不同而变化，在给定的风暴期间也是如此。伊格纳西奥·罗德里格斯-伊图尔贝，古斯塔沃·德沃托和胡安·b·瓦尔德斯²试图调查估算洪峰流量和时间的问题从GIUH峰值及其相关问题的研究结论是,时变IUH由于速度变化的动态参数可以克服采用速度放电率峰值的时间对于一个给定的降雨径流事件。

valdes.等等。那¹在几个现实世界盆地，集水区从3公里应用了Giuh²103公里²在委内瑞拉和波多黎各。将地貌IUHs与由基于物理的降雨-径流模型生成的流量水文曲线得到的相应IUHs进行了比较，每个流域的流量水文曲线几乎相似。GIUH的难点在于峰值放电速率q的依赖关系_P.和峰值t的时间_P.峰值速度V．Rodriguez-Iturbe等等。那^3.将V作为有效降雨强度和持续时间的函数，提出了一个连接流域气候、地貌结构和水文响应的地貌-气候瞬时单位水文曲线(GcIUH)，该曲线是GIUH的随机重新解释。罗索^4.将纳什模型参数形状因子n和尺度因子k与霍顿分岔比、面积比和长度比关联起来。形状因子依赖于Hortan的比率，因此依赖于盆地的地貌，而尺度因子则是时变的，因为它既依赖于盆地的地貌，也依赖于溪流的平均流量。随后，许多科学家和研究者通过建立与GIUH和GcIUH模型的关系，对Nash模型和Clark模型进行了参数化。GIUH和GcIUH模型对未经测量的流域很有用，因为单位水文线可以从地理信息系统(GIS)和数字高程模型(DEM)提取的地形信息中得到。GIS可以为未测量的流域水文建模和研究流域内物理变化的水文影响提供基础。GIUH模型还可以用于预测地表径流的时间变化。Panigrahi^5.从GIUH中导出Nash模型参数，并应用于科拉尔盆地(集水区880 km)的6次洪水事件²)以检查方法的有效性。该方法能够再现计算出的上升和下降分支的水文曲线特征。同样，达到峰值的时间和峰值放电的大小也可以用这种方法精确地再现。库马尔等等。，^6.确定了基于GIUH Clark模型的最敏感模型参数。此外,库马尔等等。，^7、8也应用GIUH进行洪水估算。库马尔等等。，^9.利用GIUH-Clark和GIUH-Nash模型模拟了Ajaya流域的直接地表径流，并将其视为一个未测量的流域。结果表明，两种模型的直接地表径流(DSRO)与HEC-1包的Clark IUH模型和流域的Nash IUH具有可比性。Sarkar等等。，¹⁰使用Nakagami-M分布计算Bhagirathi-Bhilangana河流域的地貌瞬时单元水文。研究结果表明，Nakagami-M分布函数良好再现单位的形​​状 - 峰值的形状和峰值估计与观察到的值良好的相似性。辛格等等。那¹¹综述了合成单位水文曲线(SUH)在未测量流域洪水水文模型中的发展和最新进展。在系统研究中，他们将SUH模型分为四类:(a)传统/经验模型，(b)概念模型，(d)概率模型和(d)地貌模型。考虑了各类型模型在未测量盆地预测中的适用性。Khatri¹²对Bhagirathi盆地及其支流直接与Tehri Dam的地貌分析进行了大学，并模拟了2013年6月在德黑利大坝的毁灭性洪水，使用GIUHS和使用HEC-HMS。在另一项研究中，为软骨盆地开发了地貌瞬时单元水文，并与良好的合成单位水文衍生方法进行了比较¹³中央水委员会（CWC）。roorkee国家水文研究所开发了一种基于GIUH的纳什模型算法来确定水文^7、8形状。因此，基于GIUH的NASH模型有助于模拟非测量流域的降雨径流。因此，在本研究中，开发了基于GIUH的Nash模型来模拟未测量的中间集水区产生的径流。

研究区域

特赫里是一个多功能项目，位于Bhagirathi河上Gangotri冰川下游145公里处。特赫里项目对发电、灌溉和防洪具有重要意义。特赫里大坝拥有良好的泄洪空间，在2010年和2013年的北阿坎德邦洪灾中发挥了非常重要的作用。特赫里大坝位于印度北阿坎德邦特赫里地区。特赫里大坝集水区位于经度78度之间^O.15“E to79 9”^O.24'55''e和Latitude 30^O.20'20''n到31.^O.特赫里大坝的集水区为7293公里²其中2042公里²是永久冰雪覆盖。流域的海拔高度在坝址600米和甘戈特里冰川山顶7000米之间变化。集水区在西南季风期间接收大部分降雨。年降雨量由1016毫米至2630毫米不等。Bhagirathi河、Bhilangana河和Balganga河是特赫里水库的三条主要河流。Bhagirathi河起源于海拔4255米的Gomukh附近的Gangotri，流经约168公里，在特赫里大坝上游1.5公里处与Bhilangana河汇合处。比兰加纳河在流经巴吉拉蒂河之前，跨越72公里。一些次要的支流，如Mangad, Nilapani, Jadganga, Garunganga, Ganeshganga, Asiganga, Dharshugad, Jalkurgad也与Bhagirathi河汇合。Balganga河是Bhilangana河的主要支流，在Sarasgaon下游3公里处的Ghansali汇合，EL 818米，直接落入水库。Bhagirathi和Bhilangna的不同支流如图2所示。 The contour map of the Tehri catchment is shown in Fig. 3.

地理分析

气候

研究盆地在6 - 9月期间主要受到来自阿拉伯海的含湿风和强降雨的影响。集水区的年降雨量从1000毫米到2615毫米不等。在6月到9月期间，这条河会经历高流量和洪水。研究区气候条件变化较大，这与高程和坡向的变化有关。

地质和土壤

坝址的岩石由Chandpur千枚岩组成。根据岩石学特征和工程性质，将其大致分为1级(千枚岩)、2级(石英岩)和3级(片岩千枚岩)。河床由大圆石组成。河流上游的平均坡度为1:22。

图1：Tehri集水区的位置图 点击这里查看图

图2：地图主要河流和德黑里集水区的支流 点击这里查看图

图3:流域等高线图，等高线间距为1000m 点击这里查看图

描绘集水区和子集水区

为了开发流入预测模型，Tehri集水区已分为四个部分。

1. Bhagirathi至Maneri Bhali II(集水区4693公里²）
2. Bhilangana到Ghansali，(集水区792公里²）
3. Balganga到Sarasgaon，（集水区488公里²）
4. 中间排水。(集水区1320公里²）

中间汇水包括16条直接落入水库的未计量支流和未计算区域，即水库面积和一些非常小的直接落入水库的支流汇水。中间集水区不接收任何降雪，只靠雨水灌溉。为了描绘流域(图4)和子流域，使用了30m分辨率的SRTM DEM数据。集水区和每个次级集水区的面积以及不同出口的较小集水区的面积如表1所示。Ghansali的Bhilangana、Sarasgaon的Balganga、Maneri Bhali II的Bhagirathi和中间集水区的次集水图分别显示在图5、图6、图7和图8中。表2 - 5给出了Bhilangana、Balganga、Bhagirathi和中间流域不同高程带之间的流域面积。Bhagirathi流域累积期(24.3.2001和10.05.2001)和耗竭期(10.10.2001和7.9.20014)的积雪和非积雪面积如图9 - 12所示。¹⁴

图4:特赫里的子集水区 点击这里查看图

表格1：集水区细节

图5:Ghansali的Bhilangana集水区 点击这里查看图

图6：Sarasgaon的Balganga集水区 点击这里查看图

图7:Maneri II的Bhagirathi集水区 点击这里查看图

图8：Maneri II和Ghansali之间的中间集水区 点击这里查看图

表2: bilangana流域至Ghansali的高程带明智区域

表3:Balganga集水区至Sarasgaon的高程带范围

表4：Bhagirathi集水区的海拔乐队达到MBII

表格5.：中间集水区的海拔乐队明智地区

图9:2001年3月24日的班级图片，显示雪和非雪地区14 点击这里查看图

图10:2001年10月10日班级图像，显示了雪区和非雪区14 点击这里查看图

图11：日期为10/05/2004显示雪和非雪域14 点击这里查看图

图12：阶级图像日期为07/09/2004显示雪和非雪地显示雪和非雪地区14 点击这里查看图

大约28%的流域有永久积雪。在耗竭期开始时，积雪累积到集水区的55%。如上所述，Bhagirathi流域被分为四个部分，即Bhagirathi至MBII, Bhilangana至Ghansali, Balganga至Sarasgaon和Intermediate流域。Bhagirathi河、Bhilangana河和Balganga河的汇水区域分别划分为6、6和5个高程带。流域最大高程分别为7085 m、6717 m和4826 m。同样，这些集水区出水口处的最小高程分别为983米、855米和870米。2752公里²Bhagirathi流域海拔2800米以上。主要是在这个地区，巴吉拉蒂河成为常年河流。中间集水区长1320公里²而且只能靠雨养。这个地区的径流主要来自季风季节。的这一地区未经测量的支流直接流入水库。对这16条支流的地貌分析表明，它们的分岔比在2.02 ~ 2.09之间变化。面积比在2.65 - 5.2之间，长度比在1.89 - 3.76之间。

提取地貌特征

使用弧GIS 10.1提取了未吞吐的支流集水区的地貌特征。Horton呈现的信道网络的定量分析方法¹⁵后来由斯特雷勒修订¹⁶已用于流订购如下:

1. 起源于源的通道是一阶流。
2. 一旦相同顺序（ω）连接的流，形成下一个更高阶（ω+ 1）的流。
3. 两种不同阶流汇合处以下的流与高阶流具有相同的阶数。
4. 在对流域进行水流排序后，将最高的水流顺序â”μ定义为流域的顺序。

下面是Horton提出的一套用来指示流域地貌特征的法则。

霍顿流数定律:根据it，流顺序与某一流顺序下的总流数呈几何反比关系，表示为:。

N_ω= R._B.^“|-ω（1)

其中“|是网络中最高订单流的顺序，ω是兴趣的顺序和r_B.对于给定的河道网络称为分叉比例是常数。

也;

其中r_L.和R_一种是长度和面积比和l-_ω和一种-_ω是订单ω的平均流长度和流区域。

流域的总分岔比、长比和面积比可以用算术平均法或图解法计算。在图解法中，N的对数的曲线_ω，LW.或Ä_ω与订单ω大致适合直线。直线斜率的大小是R的R._B，R._L.和R_一种．通过分析ARC-GIS中的DEM单独提取流序列，流段的长度，流段的最大高度和每个子集型的贡献区域。

分岔比(R_B.)，面积比(R_一种长度比（r_L.）使用图形方法计算所有十六流。霍顿的所有16个流的比率都在给予自然流的限制范围内。

利用地理信息系统(GIS)提取了直接落入水库的16条小溪的地貌特征。这些地貌细节分别列于表6和表7。

表6:利用地理信息系统提取直接落入水库的小溪的地形特征

基于GIUH的16条未计量支流纳什模型的开发

基于GIUH的Nash模型

在未测量的流域中，单元水文曲线的完整形状由连接峰值流量(q_P.)和峰值时间(t_P.)，纳什IUH参数:

问：_P.* t_P.= 0.576 * (R_B./ R_一种）^0.55* R._L.^0．05……(7）

Nash IUH模型定义为:

U（t）=（1 / /（K.*Д(t / n))K.）^{n - 1}E.^{k - t /}……（8)

式中，u(t)表示IUH纵坐标(小时)^-1并且T是在小时内采样时间间隔，k是缩放参数，n是纳什IUH的形状参数，ð“n是形状因子（n）的GAMA值。

取Nash IUH方程对t的一阶导数，使其为零:

在峰值放电时变成t_p,然后

因此,

问：_P.= (1 / (K.*Гn)) (n - 1)^{n - 1}E.^{- （n-1）}（11）

乘以Q._P.和t_P.我们得到了

问：_P.* t_P.=（n-1）/（ð“n）*（n-1）^{n - 1}E.^{- （n-1）}（12）

将式(4.3)和(4.8)等价，得到;

通过Newton- Rapson方法，由式(13)求出参数n的值。已知速度V和参数n的参数k的值计算为:

根据各子流域的地貌特征和霍顿比，IUH参数q_P.和t_P.对GIUH-Nash模型进行了计算。GIUH-Nash方法给出了IUH的完整形式。IUH的坐标乘以流域面积得到UH的坐标。

直接落入水库的未计量支流的贡献

文献中提到了一些模型，这些模型是在测量盆地中使用SCS-CN方法模拟流域降雨-径流过程的。¹⁷使用气候变化预测，¹⁸人们可以使用这些模型来预测河流流动的行为。此外，各种建模技术例如。线性传递函数，人工神经网络，模糊逻辑，ANFIS也已用于测量的集水区。^{19、20、21、22、23}但是，对于未凝固的集水区集，降雨流程可以通过GIUH模型进行建模。因此，使用Giuh-Nash模型计算了来自16个未凝固的支流的径流。基于GIUH的NASH模型用于计算16个支流中的每一个的1 H UH。giuh-nash模型参数n和k和q_P.和t_P.表8列出了所有未测量的支流。16条支流的IUHs如图13所示。表9给出了UH坐标。为了开发DSRO，使用GIUH-Nash模型，需要有效雨线图的每小时雨量分布。利用4个站点(Dharasu, Tehri, Lambgaon和Ghansali)的每小时数据进行降水卷积，形成所有16条支流的DSRO。以3mm / h的均匀渗透损失率制备ERH。将所有16条支流各自流域的ERH与各自1h单位线进行卷积，计算地表径流线。通过有效雨量的卷积，计算出各支流的直接地表径流。图14给出了一些支流径流的典型时间序列图。

表8：Giuh-nash模型参数n和k和q_P.和t_P.未计量的支流

图13：通过Giuh-Nash模型开发的支流1至16（T1至T16）的IUH 点击这里查看图

图14：20016年第016（b）支流号码2的径流贡献的时间序列情节2017年的支流号码3。 点击这里查看图

图15:2018年(A) 8号支流和(B) 15号支流的径流贡献时间序列图 点击这里查看图

表9 16条支流1H-UH (GIUH-Nash模型)