淺談水文預報中的蓄滿產(chǎn)流計算

包蒙香 許秋媛

摘 要：水文預報是一項直接服務于國家安全和國民經(jīng)濟建設不可或缺的重要基本工作，是幫助人類有效地預防洪水、減少洪災損失，有效利用水資源的非工程措施之一。它不僅為防汛抗旱、水資源管理等水利工作提供決策依據(jù)，而且關(guān)系到國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和社會穩(wěn)定[1]。

關(guān)鍵詞：水文預報;蓄滿產(chǎn)流

一、資料審查

在水文預報之前，需要對原始資料進行簡要的代表性、一致性、可靠性的審查，使得水文預報精度得以保證。建立產(chǎn)流模型所用的氣象、水文資料通常分別用于率定期和檢驗期。率定期的資料用來確定模型參數(shù)，在我國南方濕潤地區(qū)，一般選連續(xù) 的5-10年為宜，并要求包含豐、平、枯水三種代表年份。檢驗期資料用來檢驗模型結(jié)構(gòu)的合理性、有效性，以及分析外延誤差等。

二、產(chǎn)流機制分析

一個流域的產(chǎn)流方式不是絕對的，也很難以簡單的指標作定量化描述，常需作綜合分析。

上表中1、2兩行內(nèi)容屬于定量指標，一般比較容易分析判斷，3-5行屬于定性的判斷指標，6-9行構(gòu)成綜合性的分析內(nèi)容。在進行1-5行內(nèi)容分析之后，有時還不能判定流域的產(chǎn)流方式，應繼續(xù)進行綜合性分析。

三、蓄滿產(chǎn)流計算

3.1 流域日平均雨量計算

根據(jù)基本資料，流域日平均降雨量P由加權(quán)平均計算得到：

式中，為第i個雨量站的實測雨量數(shù)據(jù);為第i個雨量站的權(quán)重系數(shù)。

3.2 流域蒸發(fā)量推算

采用三層蒸散發(fā)模式

三層蒸散發(fā)模式按照先上層后下層的次序，具體分以下四種情況計算：

a.當WU+P≥Ep時

Eu=Ep，El=0，Ed=0

b.當WU+P

Eu=WU+P，El=（Ep-Eu）*WL/WLM，Ed=0

c.當WU+P

Eu=WU+P，El=C*（Ep-Eu），Ed=0

d.當WU+P

Eu=WU+P，El=WL，Ed=C*（Ep-Eu）-El

式中，WU-----上層土壤含水量， mm;

P -----降雨量，mm;

Ep -----流域蒸發(fā)能力，mm;

WL-----下層土壤含水量，mm;

WLM-----下層土壤含水容量，mm;

C-----蒸發(fā)擴散系數(shù)。

3.3 蓄滿產(chǎn)流計算

蓄滿產(chǎn)流是產(chǎn)流機制的一種概化。其基本假設為：任一地點上，土壤含水量達蓄滿（即達田間持水量）前，降雨量全部補充土壤含水量，不產(chǎn)流;當土壤蓄滿后，其后續(xù)降雨量全部產(chǎn)生徑流。

根據(jù)蓄滿產(chǎn)流的基本概念，蓄滿產(chǎn)流模型的產(chǎn)流量計算式可表達為

R=PE+W-WM

由于前期氣候，下墊面等的空間分布不均勻性，導致流域土壤缺水量空間不均勻的結(jié)果。一般可由流域蓄水容量曲線表征土壤缺水量空間分布的不均勻性。流域蓄水容量曲線是將流域內(nèi)各點包氣帶的蓄水容量，按從小到大的順序排列得到的一條蓄水容量與相應面積關(guān)系的統(tǒng)計曲線。

根據(jù)蓄水容量曲線，可得流域平均蓄水容量WM為

一般情況下，降雨前的初始土壤含水量不為零，這時初始土壤含水量在流域上的分布直接影響降雨產(chǎn)流量值。流域平均土壤含水量W為

解得

當a+PE≤WMM時，

當a+PE>WMM時，R=PE-（WM-W）

四、參數(shù)確定（人工調(diào)試法）

模型參數(shù)的率定一般過程可由下圖描述[2]

4.1 ?參數(shù)率定

以 一定年份年數(shù)據(jù)進行率定參數(shù) Kc ：為了獲得足夠的數(shù)據(jù)資料，在考慮 Kc 的物理意義，從而設計 Kc 的范圍值 以及步長，取 多 個參數(shù) Kc 值。按照該流域蓄滿產(chǎn)流模型進行編程得出的 Kc 對應的年徑流量，并分別與實際年徑流量進行比較， 求出相對誤差，得到相對誤差最小對應的 Kc ，則這一 Kc 值就是率定參數(shù) Kc 的大小。

4.2 參數(shù)優(yōu)選

根據(jù)國家《水文情報預報規(guī)范》，考慮參數(shù) Kc 優(yōu)化原則， 結(jié)合產(chǎn)流模型和已知資料，用實測徑流總量相對誤差作為模型模擬精度的評價標準，即在率定 Kc 時，使計算年份資料的相對誤差盡可能不超過相關(guān)要求。

4.3 相關(guān)性分析

對計算徑流深與實測徑流深進行對比分析，由于在實際過程中，每天都有徑流，但計算過程中，由于簡化以及精度較低等原因，無降雨的時候忽略了地下水對徑流的補充以及該流域與相鄰流域之間的水量交換等，使得徑流均按0計算，從而導致相關(guān)性受到一定影響。

五、模型誤差分析

率定的 Kc 已經(jīng)最優(yōu)化，但是可以看到與實測資料相比，依舊存在誤差，這個誤差來源應該有以下幾個方面：

⑴雨量站代表性的影響：

由于降雨工程具有空間上分布不均勻，因此根據(jù)下墊面的地理環(huán)境所建立的雨量站的位置和個數(shù)，決定了該次降雨收集的雨量數(shù)據(jù)具有一致性、代表性、可靠性的程度。

⑵預報方法的影響：

徑流計算過程中所使用的水文模型屬于概念性的流域水文模型，其本身的精度就有限，沒有根據(jù)計算流域的實際情況建立水文模型進行分析計算。

⑶實測流量過程的影響：

降雨量、蒸發(fā)量、實測流量資料量測過程當中，會受到人為、儀器等很多因素影響， 實測資料本身不一定是真實值，這一點上會直接影響到 Kc 的率定，從而影響后續(xù)計算部分。

⑷模型參數(shù)的影響：

數(shù)據(jù)資料尺度缺乏一定的代表性，根據(jù)水文規(guī)范，參數(shù)率定至少需要 10 年以上的資料，而且對于洪水次數(shù)也有著一定的要求。因此，運用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)率定參數(shù)Kc ，也會有一定的誤差，從而影響后面的計算結(jié)果。

參考文獻：

[1] 張奕非，周歡，劉中寬.水文服務中的水文預報研究[J].大觀周刊.2011，22：263-265

[2] 包為民.水文預報[M].北京：中國水利水電出版社.2017

作者簡介：

包蒙香（1997.11.24-）女，漢族，廣西壯族自治區(qū)，本科生，研究方向：水文與水資源工程

許秋媛（1998.11.12-）女，壯族，廣西壯族自治區(qū)，本科生，研究方向：水文與水資源工程