錫林河流域地下徑流退水過程規律分析

王洪升

（內蒙古自治區錫林郭勒盟水文勘測局，內蒙古錫林浩特 026000）

洪水退水曲線是洪峰后的洪水過程線，由地表和地下退水曲線組成，地下徑流退水過程指在洪峰之后降雨很少或無降雨時期內洪水連續消退的過程。如果不計流域降雨匯流過程中的損失量（地面儲蓄、下滲、蒸發等因素），流域的退水曲線可根據退水期的蓄量和出流量之間的線性關系、結合退水曲線指數消退方程Qt=Q0e-t/k，建立流量和時間的關系。

不同的流域，土壤下滲能力、飽和含水量，蒸散發量、植被的好壞、地形地貌和氣候條件等不同，地下徑流的退水規律并不一定相同，需要從實測資料中進行分析。文章選擇了實測降雨、流量資料較全的錫林河流域錫林浩特水文站，從歷年實測資料中選取出2場次符合要求的洪水退水過程進行分析，從中找出錫林河流域地下徑流退水的規律。

1 流域概況

錫林河流域屬于內陸河流域，地勢南高北低，南部為丘陵崗地高原草原，北部為平緩的波狀高原草原。錫林河發源于赤峰市克什克騰旗巴彥查干蘇木哈登布拉格嘎查寶爾圖西南山頂，河源地理坐標東經117°03′、北緯43°44′，河源高程1 439 m。

集水面積約為3 852 km2，河長約304 km，河道平均比降1.10%，氣候條件屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候，多年平均降雨量300 mm。

2 錫林河流域錫林浩特站次洪退水曲線計算方法與分析

2.1 流量過程線分析

降雨量如圖1所示，流量過程如圖2所示。

圖1 降雨量

圖2 流量過程

實測降雨量與流量是研究洪水退水規律的基本依據。通由圖1、圖2可知，錫林河流域汛期降水比較集中，徑流年內變化較大，汛期徑流量較多，占年總量的50%以上。尤其是7月、8月降水比較集中，常出現歷時短、強度大、覆蓋面積小的局部暴雨，形成洪水，洪水具有峰高、量小的特性。

實測流量資料顯示，通常各次洪水首尾連續相接，需要從中取得次洪總產流量R及流量過程Q-t，對實測Q-t進行分劃。地下水退水曲線的關鍵是分劃Q-t延伸地下徑流退水段是否正確。

通過對錫林河流域錫林浩特水文站歷年實測降雨、流量資料的分析，從中選取出符合要求的2場次洪水退水過程，選擇原則為在地下徑流退水過程中無降雨發生或降雨較少。

選取的2場洪水退水過程特征及對應的降雨徑流特征，可知1974年洪水地下徑流穩定退水期是8月11～19日，1979年洪水的地下徑流穩定退水期是7月30日～8月11日。

2.2 地下水退水曲線分析

退水曲線常用指數消退方程表示：

式中：Q0、Qt——退水曲線上相隔t時間始、末的流量；k——系數，關系直線的坡度，為常數，即蓄泄系數，是推求退水曲線需求定的唯一參數，因次是時間。

根據相鄰時段流量相關法：

Qt=Qt+1表示相鄰時段流量關系時，并令Kr=Qt+1/Qt可得Qt+1=Qte-1/k，Krr=Qt+1/Qt=e-1/k，k=-1/lnKr，Kr稱流量消退系數，為無因次數，其含義與K相當，也為常數。

由Kr=Qt+1/Qtt=e-1/k，繪制地下水退水段相關圖，Qt+1-Qt關系線應呈直線，并可直接由坡度求得Kr，求得退水曲線。

作選定的2場次洪水地下水退水段的Qt+1-Qt相關圖，取峰后無降雨徑流補給的退水段，單位時段取為日。2次洪水的退水曲線，隨著水源比重的變化，Kr值自退洪初期至后期遞增，即自上而下退水速度遞減。2次洪水對比，其上部由于水源比重的影響，退水曲線有差別，呈分叉狀，Kr也不等。關系線下部點據密集，可得基本重合的公共直線，即為地下水退水段。根據兩場洪水退水流量的水源比重及壤中流的終止點。

1979年2場次洪水的穩定退水段基本呈直線關系，根據公式Kr=Qt+1/Qt可求得Kr值，1974年次洪Kr=0.87,1979年次洪Kr=0.89，平均Kr=0.88。分別以2場次洪水地表徑流的終止點為起點做地下水退水曲線及延長線，Kr值取平均值0.88。

1974年Qt+1-Qt相關圖如圖3所示，1979年Qt+1-Qt相關圖如圖4所示，退水曲線如圖5所示。

圖3 1974年Qt+1-Qt相關圖

圖4 1979年Qt+1-Qt相關圖

圖5 退水曲線

由圖可知，2條退水曲線是相似的平行漸進曲線，說明錫林河流域地下徑流退水過程符合線性水庫退水規律。

3 符合精度分析

1974年、1979年退水曲線的計算值與實測值符合精度對比如表1、表2所示。

表1 1974年退水曲線計算值與實測值符合精度對比

表2 1979年退水曲線計算值與實測值符合精度對比

（1）相關線基本呈直線性關系，線上查的流量與實測流量符合精度均在88%以上。

（2）地下徑流的退水過程基本呈線性，說明地下徑流的退水過程符合線性水庫退水規律，計算值與實測值比較的結果顯示精度較好。計算值與實測值符合精度多數均在80%以上，平均精度達到93%。

4 結語

對選擇的退水過程對應的前期降雨量以及流量過程線進行分析，并分別計算了錫林河流域2場次洪水地下徑流退水曲線對應的Kr值（流量消退系數），分別繪制退水曲線。從退水曲線在圖中的表現形式可知，錫林河流域的地下徑流退水特性服從線性水庫退水規律。通過對降雨量和Kr值及降雨強度進行綜合分析，降雨量和降雨強度對Kr值存在影響，隨著降雨量增加、流量增大，退水曲線中的Kr值出現減小的趨勢。由此可知，降雨特征對錫林河流域地下徑流退水的影響較大。降雨強度的大小決定了產流方式，雨強較小、降雨歷時較長時，流域以蓄滿產流為主。隨著降雨歷時增長，更多降雨滲入土壤形成壤中流和地下徑流，使地下水位抬高，退水速度加快，導致Kr值減小。雨強較大、歷時較短，雨強大于滲強時，坡面開始積水，向下坡流動，形成坡面流。由于降水歷時短、下滲量較小，不足以形成大量的地下徑流，因此暴雨期間地下水基本按原有規律消退，對Kr值不會產生過大的影響，流域以超滲產流為主。通過分析與計算，可為流域洪水過程的基流分割、地下徑流的匯流計算、制定降雨徑流預報方案等提供參考依據。