福建省溪源溪流域中小型洪水徑流系數的探討分析

吳佳琦

福建省溪源水庫管理處 福建 福州 350001

一、溪源溪流域及溪源水庫基本概況

福州大學城主要的溪流為溪源溪，為閩江下游南港的支流，發源于閩侯縣竹岐鄉春光村，流經閩侯縣竹岐、上街兩鄉鎮，三面環山，西南天臺山為最高峰1117m，東部河谷地帶田地連片，審批岸線葛岐水閘以上流域面積208km2，河長43km，河道比降8.64‰；其中主流山地(高程10m以上)匯水面積150km2，河長31.9km，河道比降18.8‰；下游平原(高程10m以下)，河道發散，流經榕橋、青洲、葛岐等地，沿途匯集福州大學城區內澇水，于葛岐水閘排澇站入閩江南港，匯水面積58km2，河長11.1km，河道比降0.15‰。

溪源溪流域屬山溪性流域，匯流時間較短，常常是洪水已進庫，預報還未收到，給洪水預報和水庫調度造成困難，溪源溪流域水文自動測報系統包括15個遙測站，分布在208平方公里的樞紐控制流域內。溪源溪上游、中游河道狹窄，坡陡流急，蜿蜒曲折，天然落差近千米，河床基巖裸露，人口稀少，植被覆蓋良好，基本保持天然狀態，無污染，沿河山坡林果種植較多，水源清澈透明，水質優良，是理想的水源地。下游在苦竹后河床逐漸開闊，坡度減緩，水流平緩，但河床沖淤明顯，河勢變化較大，人口逐漸增加，工農業發達，防洪排澇形勢嚴峻。

溪源水庫位于溪源溪上游干流，壩址以上河道峽谷呈“V”字型，兩岸山勢對稱，河床基巖裸露，出露巖層致密堅硬。壩址以上匯水面積83.6km2，水庫總庫容為2428萬m3。工程主要由攔河壩、引水系統、發電廠房和升壓開關站以及溪源溪輸水管道等建筑物組成。溪源水庫壩址下游主要的溪流有大清坑溪(22.4km2)、苦溪(5.6km2)、溪坪溪(12.2km2)、可溪(8.3km2)等。溪源水庫對減輕下游大學城和上街洪澇起著重要作用，同時還兼顧供水的任務，本工程的建設對防洪治澇，保障大學城防洪安全和教學工作順利開展都具有十分重要的意義。

二、流域水文氣象及洪水特性

福州市地處亞熱帶季風氣候區，處于中低緯度，東臨臺灣海峽，溫暖濕潤，雨量充沛，四季常青，每年4-9月為雨季。造成本地區降水的天氣系統為鋒面雨和臺風雨，據福州市氣象站統計年平均降水量1394mm，降水主要集中于4-10月約占全年的80%。據溪源宮水文站以上雨量站1957-2004年實測資料統計，多年平均年降水量為1854mm，年平均徑流深1150mm，年徑流系數0.62。

據福州市氣象站1971-2004年資料統計，年平均氣溫19.8℃，最冷一月份平均氣溫10.2℃，極端最低氣溫-4℃(出現于1955年1月22日)，最熱七月份平均氣溫28.6℃，極端最高氣溫41.7℃(發生在2003年8月3日)；年無霜期280天左右；平均相對濕度77%，平均水氣壓19.1hpa；水面蒸發量1060mm；臺風平均每年2-3次影響本區，一般發生在5月中旬至11月中旬，最晚12月下旬(如2004年)，盛行期為7月中旬至9月下旬，風向多為東南風其次為北風和西北風，平均風速2.6m/s，最大風速可達28m/s(1964年8月2日)。

水庫庫區地下水可劃分為三類：①喀斯特裂隙水，分布于石灰巖地帶，由降水補給以泉的形式排出地表；②裂隙水，主要埋藏于頁巖風化帶內，由降水補給以下降泉排出地表；③孔隙水，主要潛藏于河谷沖積層孔隙內，水量比較豐富。

三、 流域產流方式論證

溪源溪流域植被良好，水系發育。第一，由于植被良好，植物根系發達，存在質地疏松的腐殖層，這層土壤的下滲能力很大，不易形成超滲產流。第二，包氣帶只在20-30cm范圍內缺水，缺水量不過30-50mm，土壤水很容易達到田間持水量。第三，溪源溪流域多年平均降水量1854mm，雨量多集中在4至10月，階段雨量占全年雨量的80%左右，多年平均徑流深1150mm，屬濕潤地區。所以，在溪源溪流域，產流方式主要是蓄滿產流，所謂蓄滿，是指包氣帶的含水量達到田間持水量。在土壤濕度未達到田間持水量時不產流，所有的降雨都被土壤吸收，成為張力水。而當土壤濕度達到田間持水量后，所有的降雨（減去同期蒸發）都產流。

可以用新安江模型來模擬產流過程。

四、 流域資料介紹

選取溪源水庫壩頭以上流域進行計算，控制流域面積83.6 km2。溪源溪流域面積208 km2，河長43 km2，流域設有9個雨量站， 6個水位雨量站，各站點情況如下表：

表1 ：溪源溪流域水雨情站點布設表

4.1 水雨情資料

溪源壩頭控制流域的日降雨、日水位、日流量資料大約10年的資料。

（1） 日雨量資料

溪源壩頭控制流域共有6個水位雨量站和9個雨量站。

每個雨量站都有同期的雨量資料，不需要內插和從外流域移用，年內不連續。

（2） 日流量資料

溪源壩頭為控制站，因此日流量資料只要溪源壩頭的資料就可以了。壩頭流量資料的時間分布情況和雨量站的一樣，都只有10年資料。

4.2 洪水資料

洪水資料收集了2009-2019年10年的資料，總共13場次代表洪水，因溪源水庫建庫以來多經歷中小型洪水，最大場次洪水為10年一遇。資料的時段長為1h。

（1） 降雨資料

總共13場降雨資料。在沒有雨量記錄的時刻全部記為0。時段長為1h。

（2）流量資料

總共有13場洪水的流量資料。每場洪水的流量資料的起始時刻和結束時刻與對應的降雨資料保持一致。沒有記錄的時刻用內插求得。同期的降雨資料、流量資料時間分布如下表：

表2 ：次模洪號表

五、各場次洪水調度情況

溪源水庫所在的溪源溪流域普降暴雨，降雨強度大、歷時長，汛期經過科學調度，水庫充分發揮滯洪、削峰、錯峰的作用，有效減輕下游防洪壓力。

六、徑流系數的率定

根據溪源水庫歷年實際中小型洪水入庫情況測算徑流系數，如下表：

6.1 徑流系數的分析

將上表中12場洪水分為3類，分別為：汛期暴雨產生徑流、汛期臺風雨產生徑流及非汛期大雨產生徑流，對這3種情況產生徑流分別進行分析：

（1）暴雨產生徑流（20090807、20100406、20130922、20140618、20170801、20180824）

產流方式主要是蓄滿產流，滲入地面下的降雨量在滿足土壤缺水量之后，形成地面以下徑流，形成流量過程線緩漲緩落變化，時間上遲于地面徑流，地面徑流1-2天基本推盡，地下徑流長達1-2周。

前期土壤濕潤，含水量較高。經計算這3場來水的徑流系數分別為0.69、0.7、0.66、0.68、0.72、0.71，估算在這種情況下徑流系數約為0.65-0.75左右。

（2）臺風雨產生徑流（20110830、20120802、20170723、20150808、20150929、20160709、20160927、）

產流方式前期主要是超滲產流 ，中后期呈蓄滿產流，特點是一場洪水過程中地下徑流比重較小，受流域調蓄作用小，流量過程線陡漲陡落。前期土壤久旱，臺風雨強較大。經計算這種情況下洪水徑流系數分別為0.8、0.71、0.81、0.85、0.74、0.73、0.87，估算在這種情況下徑流系數在0.7-0.85左右。

七、結語

流域降雨徑流隨著氣候、下墊面、人類活動等影響降水產流因素變化，在溪源溪流域主要影響因素是大氣降雨，通過分析，找出降雨與徑流的變化規律，建立符合實際的降雨徑流關系，使洪水預報工作更加準確。