降雨徑流量預報在長汀子水文站的應用

李孝鵬

(黑龍江省牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江 157000)

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降雨徑流量預報在長汀子水文站的應用

李孝鵬

(黑龍江省牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江 157000)

摘要：根據降雨做預報是水文預報中的一個重要方法，根據由降雨預報徑流包括產流與匯流兩個部分。長汀子水文站位于牡丹江左岸支流海浪河中游，是海浪河唯一一個建站較早、資料較全的國家基本水文站，具有至2004年的降水、蒸發、水位、流量等觀測資料，集水面積2 424 km2，距河源130.1 km，距河口76 km，該水文站是海林和牡丹江市防洪抗旱指揮決策的重要水情信息依據站。文章選用長汀子水文站1956—2004年共48 a資料編制降雨徑流量預報方案，為防汛抗旱提供可靠、科學的依據。

關鍵詞：產流；匯流；流域蓄水量；產流量；徑流深；基流；單位線

1基本概念

在中小流域的水文站中，上游通常沒有控制河道上游來水的水文站，即使有水文站，也因徑流匯集較快，無法獲得較長的預見期，在大流域用相應水位或流量演算法做預報，也常常遇到要根據降雨計算區間入流的問題，因此，根據降雨做預報，雖然牽涉到流域上徑流的產生和匯集等一系列復雜的水文過程，但仍是水文預報中的一個重要方法。由降雨預報徑流包括產流與匯流2個部分。

下面以長汀子水文站為例介紹一下降雨徑流量預報的實際應用：

2預報方案編制

長汀子站設于1952年，1956年6月改為流量站，觀測項目比較齊全，至2004年共積累降水、蒸發用水位資料為48 a。長汀子水文站位于牡丹江左岸支流海浪河中游，是海浪河唯一一個建站較早、資料較全的國家基本水文站，具有至2004年的降水、蒸發、水位、流量等觀測資料，集水面積2 424 km2，距河源130.1 km，距河口76 km，該水文站是海林和牡丹江市防洪抗旱指揮決策的重要水情信息依據站。

3產流部分

從長汀子站以上流域特性看，除了個別年份(前期比較干旱)有超滲產流現象外，大部分是屬于蓄滿產流，我們進行產流分析時，確定該流域為蓄滿產流。

降雨徑流計算采用下列公式：

Wm′=(1+b)Wm

當P+a

當P+a≥Wm′，

R=P+W0-Wm

(1)

式中：Wm′為蓄水量中最大值；b為反映流域內蓄水容量不均勻系數；R為徑流深；P為降雨量；W0為流域前期蓄水量；Wm為流域平均最大蓄水量。

3.1產流參數的選用

最大初損值Im的選用：根據長汀子站歷年資料，我們選用了1957年6月17—25日的資料做為典型年進行lm分析。6月17日Pa為23.3mm，6月17—23日降水量為139.1 mm，相應產流量為62.0 mm，雨期蒸發量為21.2 mm。

依據水量平衡原理：Im=P+Pa-R-Es

Im=79.2 mm，因此，選用lm為80mm

b的選用：根據流域特點，選用b為0.30。

3.2流域逐日降水量、蓄水量及產流量的計算

在產流方案中，從48 a流量資料中選用了52次孤立洪峰及峰形較好的復式洪峰(分大、中、小水)參加計算。

流域逐日平均降水量計算：采用流域內的五處雨量站，進行面積加權法計算。

流域蓄水量Pa的計算及產流量R：流域內包氣帶土壤含水量的變化是影響降雨形成徑流過程的一個主要因素，但又沒有全流域土壤含水量的實測資料，只能用間接的方法求得流域前期蓄水量Pa：

有雨時：Pa,t+1=K(Pt+ Pa,t)；無雨時：Pa,t+1=K Pa,t

令5月1日Pa=Im/2,當Pa,t+1≥Im時，則以Pa,t+1=Im為控制。

K為土壤含水量折減系數，通過各月蒸發能力來進行計算，用E601型蒸發器觀測的資料，將歷年各月最大蒸發量的均值，做為各月流域蒸發能力，來進行計算K值，沒有E601蒸發資料的年份，用φ20 cm蒸發資料乘以換算系數，換算成E601蒸發資料。

換算系數是根據長汀子站1964年、1965年5—9月φ20cm同E601同時觀測資料，并參考海浪河水系蒸發換算系數分析確定的，具體見表1。

表1　φ20與E601換算系數表

用此來計算流域的蓄水量Pa。通過計算得計算徑流深R，同相應實測徑流量比較誤差較小又沒有系統誤差，即合格率最高。此時采用的K值即為所求。詳見表2。

表2　5—9月E601最大平均值表

實測徑流深的計算：1956年洪水是有實測資料記載以來的第1位洪水，但只有水位而沒有實測流量資料，由于長汀子站歷年水位流量關系比較穩定，我們用1957、1960年綜合水位流量關系推求出1956年流量資料，1957年以后均有實測資料[2]。

基流的分割：本方案用綜合退水曲線，將前次洪峰過程和本次洪峰退至基流，然后平割基流。根據當年汛期最小流量，其范圍在15～30 m3/s。前期比較干旱的年份基流采用15 m3/s，一般水年份基流采用20 m3/s。前期較豐水年份基流采用30 m3/s。從起漲到落平一般控制15～20 d。

綜合退水曲線的采用：本站綜合退水曲線采用的是退水曲線的外包線。參照相應的降水量產生的徑流，進行前峰退水及峰后雨造成的徑流分割，退至基流為止。

實測徑流深R的計算公式為：

R實=3.6×∑QIΔt/A

(2)

式中：R實為實測徑流，mm；3.6為1h換算系數；∑QI為時段徑流量之和，m3/s；A為流域面積，km2；Δt為時段，h。

根據水利部頒發的《水文情報預報規范》中，將R實與同次降水計算出的R計進行比較，其誤差在R實的20%以內即為合格，上限誤差>20 mm時，以20 mm為上限，許可誤差<3 mm時以3 mm為下限，本次計算共75個點據60次合格，方案的合格率為60/75×100%=80%，為乙級方案。見相關因素統計表。

4匯流部分

由于暴雨洪水資料較少，我們從歷年實測資料中選出1956、1957、1960、1964、1965、1971、1972、1989、1991、2000、2001年共12次洪水，進行單位線分析。由于流域集水面積小，較大洪水時，雨量分布均勻，下墊面也較為一致，所以不進行分塊計算，又考慮應用時主要是預報洪峰值及主要過程，所以沒有進行水源劃分，把地面徑流和壤中流合并起來進行匯流計算。

流域平均時段凈雨量計算：由于1956、1960年流域內只有出口斷面長汀子一處雨量站，代表性較差，計算時段雨量時，引用了流域外的雨量站并結合吉林省水文圖集，勾繪等值線圖，用等雨量線面積加權法進行日雨量計算，然后利用附近有時段雨量資料的站按比例分配，求得流域時段雨量，1957年由于降雨量分布均勻，計算時段雨量采用算術平均法，其余年份流域內雨量站較多，用面積加權法求出時段雨量。采用降雨量開始時的Pa，用累積時段雨量法計算凈雨過程。

地面徑流量計算：用綜合退水曲線結合時段雨量進行前峰退水及峰后雨造成的徑流分割，退至基流后，把地面及壤中流合并計算出地面徑流量。

單位線計算：單位線時段Δt選取采用6 h，Δt=(1/2～1/4)tP，能滿足推算地面徑流過程的要求，根據時段凈雨及假定單位線，求出地面徑流過程，并與實測徑流過程擬合，著重于峰值及其附近過程的吻合，此假定的單位線即為所求的單位線。

表3　海浪河　長汀子站降雨徑流相關因素統計表

注：本站集水面積：2424 km2；方案合格率：60÷75×100% =80.0%；為乙級方案。

5結語

1)產流部分有幾處誤差偏大，原因主要是峰量較小、雨量分布不均勻等所致。

2)本方案在應用時，因本流域較小，暴雨中心不明顯，主要是根據雨型及其時空分布與單位線原型進行對照，近似于降雨過程對應的單位線就利用其單位線進行作業預報。由降雨預報徑流包括2個部分：①一次降雨可以產生多少徑流量；②這些徑流量在流域出口斷面將形成的過程，即產流和匯流，這兩種現象實際上是相互交錯不可分割的，在預報工作中也是聯系在一起的。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利部水文局.水文預報[M].北京：水利電力出版社，1984：26-71.

[2]中華人民共和國水利部.水文情報預報技術手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2010：50-100.

中圖分類號：TV121.2

文獻標識碼：B

[作者簡介]李孝鵬(1988-)，男，黑龍江林口人，助理工程師，從事水文測站工作。

[收稿日期]2015-09-18

文章編號：1007-7596(2016)01-0094-03