流域降雨徑流預報中土壤含水量計算分析

摘 要：在降雨徑流類型流域洪水預報工作中，降雨前期流域土壤含水量是個重要分析計算指標，其對預報成果精度起著重要作用。流域降雨前期土壤含水量計算涉及幾個重要參數，即折減系數k、蒸發能力Em、流域降雨最大初損值Im，這些參數都需由具體流域實例數據分析求得。文章以西南岔河南岔站為例，對該流域的各項參數進行了實例計算分析，得到了該區域的經驗參數范圍，為流域洪水預報基礎工作夯實了實踐基礎。

關鍵詞：西南岔河流域；降雨徑流預報；土壤含水量；參數計算；經驗參數范圍

前言

在中小流域，由于流域面積較小，往往僅有一處流域出口控制站，在洪水預報時必須利用測站上游流域降雨來預報洪水，這種利用流域上游降雨來預報測站洪水的預報方法稱為降雨徑流預報。在利用流域降雨預報洪水徑流時必須事先確定流域降雨前期的土壤含水量，以便根據不同土壤含水量來分析和計算徑流過程，因為在相同的降雨量級時，流域前期土壤含水量不同，其產流量存在較大差異。不同流域之間因流域特性不同，其土壤蒸發和雨水下滲規律也不同，必須具體流域具體計算分析各自的土壤含水量參數。

1 流域平均前期土壤含水量參數計算方法介紹

在某次降雨前流域原有的土壤含水量稱為前期土壤含水量。它的大小與本次降雨的下滲損失量直接有關，是影響降雨產流的主要因素。目前，實測的土壤含水量資料很少，且土壤含水量在流域上的分布規律也比較復雜，因此，還不能用直接的方法求得。通常是用雨量資料間接推算。這種方法只是求得一個反映前期土壤濕潤情況的指標pa，又稱前期影響雨量。計算流域逐日pa值公式如下：

pa.t=kpt-1+k2pt-2+k3pt-3+……+knpt-n （1）

式（1）中Pa.t—第t日的土壤含水量指標（mm）；pt-1、pt-2、pt-3、……pt-n—第t日，前一天、二天、…n天的日雨量（mm）；K—日折減系數，與土壤的蒸發能力有關；n—計算天數（d），一般取15-30天。因土壤含水量有一個飽和限度值，式（1）計算出的pa值必須規定一個最大限度，也稱為最大初損值Im，因此計算流域土壤含水量pa值的前提是首先要求出折減系數K和最大初損值Im。

1.1 折減系數K值得確定

目前，根據土壤蒸發能力確定K值得方法如下：由Et=pa.t-pa.t+1=pa.t-Kpa.t=pa.t（1-K），可以得出K=1-（Et/pa.t），因土壤含水量達到最大時，其蒸發能力也達到最大，因此上式可改寫為：

K=1-（Em/Im）（2）

式（2）中Em值不易直接得到，一般采用時段內水面蒸發最大值來代替。

1.2 流域最大初損值Im的確定

在歷年實測雨洪資料中選擇久旱未雨后降雨較大且產生徑流的資料，認為該次降雨的前期土壤含水量接近于零，即pa≈0，所以

Im=p-R-Em（3）

實際計算時，久旱未雨且隨之降雨且產流的情況比較少，因此實際Im值在計算時需要pa值配合計算多次才能得到，具體說就是某次雨洪過程第一次計算的Im，并不接近流域實際Im，而是比實際Im略小的階段性Im，這時需利用該階段性Im計算出階段性K值，然后利用階段性K計算出對應pa，pa加階段性Im才接近實際Im，再重新計算K和pa，反復重復上述計算直至Im，趨于穩定不變，此時計算的Im才最終接近實際流域最大土壤含水量。

2 實例流域計算分析

2.1 流域概況介紹

西南岔河為湯旺河下游右岸支流，流域面積2757km2，屬典型的山溪性河流，河長121km。流域地處湯旺河下游，位于黑龍江省伊春市帶嶺區和南岔區。流域洪水為暴雨徑流型洪水，流域控制站南岔站漲洪歷時約24h，洪峰持續時間約2h，落洪歷時約72h。

2.2 流域最大初損值Im計算分析

選擇該站5次歷史洪水計算其最大降雨初損值，首先直接由公式Im'=p-R-Em初次計算出流域含水量，因雨前流域土壤含水量并非為零，因此該值并非實際值，該值加上流域前期土壤含水量pa值后才接近流域實際含水量，利用式K=1-（Em/Im）求出階段性K值，然后利用式pa.t=kpt-1+k2pt-2+k3pt-3+……+knpt-n求出該次雨洪過程的pa，流域土壤含水量Im=Im'+pa，該值才接近實際土壤含水量，然后再重復上述計算過程，算出另一個k值、pa和Im，直至所求Im值基本不變為止，計算結果見表1。

2.3 流域土壤含水量折算系數和最大蒸發能力計算分析

流域土壤蒸發能力K=1-（Em/Im），式中Em值采用測站歷年同期最大蒸發觀測值（E601型蒸發器），計算結果見表2。

表2 西南岔河流域南岔站K、Em值計算成果表

3 結束語

經分析可知，流域6-7月份土壤含水量折算系數k在0.35-0.82之間，土壤最大含水量Im在56-80之間。其中1979和2005年的雨洪過程因其降雨歷時較長雨間蒸發觀測值誤差較大，而且徑流過程不易集中，徑流深計算欠準，導致參數k、Em、Im偏小，結合相關文獻資料經驗值，最后確定流域6月、7月Im值為80mm，k為0.90。

流域Im和k的計算與蒸發量關系密切，由于觀測條件所限，目前各站僅有少數測站有E601型觀測資料，而且其觀測值在降雨期間由于濺水等原因，存在一定的誤差，直接影響參數計算的成果精度，這些都是今后在工作中應注意避免的問題。雨洪樣本的選擇對參數計算影響也較大，其降雨和徑流的對應關系必須一致，否則會加大徑流深誤差。文章所舉實例數據較少，僅提供方法參考。

參考文獻

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[3]湖北省水利學校.水文資料整編[M].北京：水利水電出版社，1979.

[4]金光炎.水文水資源隨機分析[M].北京：中國科學技術出版社，1985.

作者簡介：鞏軼歐（1982-），女，工程師，主要從事水文水資源分析工作。

劉桂桂（1979-），女，工程師，主要從事水文水資源分析工作。

田長濤（1969-），男，工程師，主要從事水文水資源分析工作。