1问题提出及研究意义
1.1问题提出
引青济秦工程流域近些年来，江域周边水文径流和源天然交流水动力特性由于各类原因发生较大的改变。当下国内众多学者通过数模分析、实测数据分析等方法，开展引青济秦工程流域水动力和支流调度的各项研究。对引青济秦工程流域水文信息进行研究中，以往研究通常采用一维模拟和平面二维模拟进行，该研究方法难以对引青济秦工程流域干支流周边水动力特性进行明确分析。基于此，本次研究中采用二维水动力模型对引青济秦工程流域水动力模型及水动力特征进行研究，本次研究借助CE-QUAL-W2软件建立引青济秦工程流域干支流二维水动力模型，通过模型提取关键参数，进而验证并制定二维水动力模型的适用性范围，详细分析引青济秦工程流域水动力特性及水体交换掺混规律。
1.2研究意义
本次研究通过二维水动力模型对引青济秦工程流域干支流水文信息进行研究，通过此次研究可以对引青济秦工程流域河道水系进行概化。进而建立详细的水量数学模型。在对该模型进行研究中，可以通过SOBEK对奥维水动力模型进行求解，同时并验证模型在实际应用中的可行性。通过二维水动力模型的构建研究，可以了解到从引青济秦工程流域干支流建立大范围的水量模型，从宏观上进一步的揭示引青济秦工程流域干支流水动力及变化规律，同时也是地方政府开展数字化河流系统模型构成的重要组成部分。对引青济秦工程流域领域进行二维主动力模型构建中，借助数学模型及计算机软件对引青济秦工程流域干支流进行数字化模拟仿真建立，相关部门通过数字化模型可以对引青济秦工程流域干支流未来的水资源保护和现代化管理做好规划，这对提高引青济秦工程流域干支流河网地区水资源保护、水文信息系统完善等有着重要的决策性依据，同时也为后期引青济秦工程流域水文地质资源保护和现代化管理奠定牢固的理论基础。
2引青济秦工程流域的基本概括
2.1引青济秦工程流域的气候
引青济秦工程流域具有较为明显的气候变化，该地区春天较为干旱，夏天该流域洪水泛滥已成为常态，并且该流域地区干支流在秋季容易出现霜冻。位于引青济秦工程流域在1月份，平均最低气温容易达到零下32度，该地区7月会达到一年中的最高温，温度会达到零上33度。但是该地区由于受到引青济秦工程流域地区水文地质的影响，曾在历史上出现零下52.3度的极低气温。根据地质水文信息可以了解到引青济秦工程流域平均降水量不足400毫米，引青济秦工程流域东北部地区年平均降水量基本维持在680~740毫米，其中引青济秦工程流域流域最大降水量通常会出现在每年的6~9月份，冬季是该流域降水量最低的时期，冬季降水量仅占全年降水量的3%[3]。
2.2引青济秦工程流域的水资源
引青济秦工程流域的水资源与该地区干支流存在着较为明显的季节分布差异，该流域在汛期流量占全年径流的69%以上；引青济秦工程流域在枯水期，整个区域流量偏低是一种天然状态。该状态在水库运行后，也得到了较为明显的改善。现阶段引青济秦工程流域地下水资源，主要存在于浅层地下含水层区域，流域地下水产高区域位于靠近山丘的冲击扇区域，地产水区位于较低的高海拔平原地区，如嫩江左岸地区。从二级区分布上，对引青济秦工程流域及嫩江干流两级区地下水资源进行考察，可以发现该两江流域面积大致相同，并且水资源量分别在137亿立方米和135亿立方米[4]。
3引青济秦工程流域二维水动力模型构建
3.1引青济秦工程流域地形处理
在借助二维水动力模型对引青济秦工程流域进行数字化模型构建中，需要根据该流域的地形进行网格化处理，期间需要借助TGR-XXR-MODEL进行纵向处理。在处理过程中可以将整个流域化为471个纵向网格，在网格图形的具体分布中，可以根据引青济秦工程流域干支流区域河道的走向进行特定网格角度的设置。此次研究中根据引青济秦工程流域干支流进行水体结构划分，共将其划为7个河段和392个纵向网格，模型共建中的平均空间网格步长为1200米[5]。在进行垂向网格处理的过程中，可以依据引青济秦工程流域干支流河道断面地理信息进行设定，具体处理过程中可以根据引青济秦工程流域干支流不规则断面具体的面积，进行简易的梯形断面划分。期间可以通过W2模型，对模型的垂向单元高度进行范围取值，范围可以设置在0.2~5.0米。通过水动力模型进行数据处理，可以自由设定精度和时间，此次将垂向模型单元高度设置为两米，可以得到模型的总体平面俯视图、引青济秦工程流域纵向剖面图、典型网格位置和横向剖面图。
3.2二维水动力模型中的控制参数选择
在对二维水动力模型进行控制参数的选择过程中，需要根据引青济秦工程流域干支流的典型特征，进行数字模拟进而选择最恰当的计算方法和求解策略。选用计算机软件TGR-XXR需要在水量平衡计算中，考虑到模型因素如能量平衡、物质平衡、体积平衡等，该模型在控制参数选择过程中，可以在一定程度上忽视引青济秦工程流域干支流的降水和蒸发影响。控制参数中可以通过水表面热交换计算公式，根据引青济秦工程流域的各项影响因素如水源对流、风速及太阳短辐射量等进行计算。其水动力系数可以选择W2方程和紊乱方程公式，该公式可以对引青济秦工程流域的水体分层效应进行计算，其模型的输出参数可以根据纵向流速、水位高程、水温和垂向流速进行换算[6]。
3.3二维水动力模型中的参数率定
3.3.1率定工况设定
在此次率定工况设定过程中，可以将2020年1月1日至2021年1月1日作为率定模拟时段，在二维水动力模型中通过设定相应的起止年份和终止年份，可以对该年份内，引青济秦工程流域干支流水位、水温、流量等各项实现数据进行设定，此次设定的数据提供方为地区水文监测部门所测定的实时监测数据，气象数据则由地区气象与生态自动监测系统所采集到的数据。此次，数据监测中所设定的模拟最大时间为30秒，最小时间步长为1秒，并且在设定二维水动力模型的初始条件和边界条件中：初始水位。可以选择引青济秦工程流域干支流2020年1月1日实测水位（高度为170.287米）；初始水温。可以选择引青济秦工程流域干支流2020年1月1日干支流交汇口（388断面）所选择的垂向水温分布数据；流量设定。如图1，对引青济秦工程流域干支流采用地方部门的实时监测流量数据，根据支流区域多年来平均月径流量分布情况，选择冬季枯流量为20米每秒，其出库流量可以设定为实际的日均出库流量；来流水温。在进行二维水动力模型中的来流水温进行采集的过程中，如果数据采集有难度，那么可以通过数据模型进行气温和水温关系是的拟定，进而形成基本的江水温度和大气温度；气象资料。在对引青济秦工程流域干支流气象资料收集的过程中，可以通过对该流域2020年1月1日至2021年1月1日平均气温、各月份_风向、风速等采取实测日均值，所选择的太阳短波辐射数据可以选择该年份中的1~2月份净辐射平均值[7]。
3.3.2率定结果
二维模型中进行率定结果选择中，可以结合前人的研究成果，进行模型参数率定。引青济秦工程流域干支流率定为0.04，其中上游分别为0.025、0.024、0.023，引青济秦工程流域干流水平涡动系数为1.0。在进行水文模拟的过程中，可以结合该流域风剪切系数、太阳短波辐射、来流温度等受到的影响进行系数调节。根据太阳辐射的实际情况，可以选择最基本的风剪切系数（0.09），期间测定引青济秦工程流域水面平均温度，测定过程中忽略风速对其所造成的影响，遮蔽系数可以选择1.0（太阳辐射可以完全达到水面，完成率为100%）。对模拟结果和实测数据进行对比，可以了解到引青济秦工程流域干支流水位过程预定结果，由最开始的初始水位170.26米下降至164.46米，即初始模拟水位与实际水位和季节性引青济秦工程流域区水位波动存在一定的吻合性，其绝对性误差为0.09~1.1米之间。进行二维水动力模型构造过程中，可以发现模拟水温分布与实测值较为统一，进而代表该水文模拟数值在合理范围之内，基本忽略实测数据所带来的信息误差，根据综合预定结果可以借助TGR-XXR-MODEL设定引青济秦工程流域干支流水文地质特征，进而更好的模拟其水动力和水温过程[8]。
4结束语
以当下引青济秦工程流域干支流第一大支流为例，对该支流采用垂向二维数据模拟手段，在综合引青济秦工程流域干支流的蓄水期水动力特征进行模拟数据分析。数据分析中通过计算机软件CE-QUAL-W2进行二维水动力模型的组建，并根据水动力模型计算引青济秦工程流域干支流区域水温、水流速度等各项信息。通过上述各项信息，便可以组建最基本的水温耦合模拟模型即垂向二维水动力模型。该模型符合引青济秦工程流域的实测数据值，与干流域的水文信息参数较为一致，同时还可以匹配各项系数，如垂向/纵向扩散系数、垂向/纵向涡动粘滞系数、风遮蔽系数等。根据具体的设定结果，可以构建引青济秦工程流域干支流水文地质特征，进而较为准确的模拟出该区域水动力及水温根据季节性发生的变化和影响，为后期有关部门进行引青济秦工程流域水文演变影响及制定相关的水体富营养化治理策略，奠定了牢固的理论基础。
参考文献
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