阜新彰北沙丘前沿區降雨徑流規律分析

白寶豐

（遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

阜新彰北沙丘區是科爾沁沙地南部前沿區，包括阿爾鄉、章古臺、四合城、大四家子、大冷、馮家、大德、后新秋8個鄉鎮，位于彰武縣北部，區域行政面積為1407km2，其中平原面積為1026km2。科爾沁沙地南侵在彰武境內形成東西長50km、南北寬 15km、面積約 750km2的沙丘區，多以流動半流動沙丘為主要分布。

針對彰北沙丘區獨特的地形地質及氣候特征，根據水文資料的積累情況，選定資料相對完整的大清溝小流域作為徑流模擬單元。

1 模型的選用

從理論上說，模擬干旱地區的徑流過程，應采用超滲產流模式。沙丘前沿地區下滲能力強、含水層很厚，具有蓄滿產流的機制同時，還具有超滲坡面產流特性。一般情況下，降雨下滲沙丘自底向上逐層蓄滿，形成部分蓄滿的土壤水分結構，進而形成飽和流并側向流入河道，這是沙丘出流河的主要水源；當降雨強度較大時，也會形成沙丘坡面流，自下墊面表層流入河道，這屬于超滲雨產生的徑流過程[2]。說明蓄滿產流和超滲產流在實際產流過程中并不是孤立存在的，這兩種產流方式可能同時存在或相互轉變，它會受到前期土壤含水量、包氣帶厚度、地形和降雨強度等多種因素的影響。所以對流域產流機制的界定不能單從是否為濕潤或干旱地區來判斷，這與下墊面情況密切相關，因此，利用新安江模型模擬降雨徑流規律是可行性的。

2 區域產流特征

科爾沁沙地的原生態為無數個沙丘、沙地以及丘間湖泡、沼澤組成，之中只有少量的水體以地下徑流的形式向四周流動，絕大部分水量形成區域小循環，少量流出水量成較大區域水文循環的一部分。沙丘前沿河流破壞了這種原始的水平衡方式，使地下水無間斷、緩慢地向河流滲透，使河流兩側切割形成了一些水文小循環的組合體，這個產流特點，使自然降雨的產流面積只是一些小的水循環體的組合，成為地表徑流的產流面積。該產流面積由截然不同的幾種地貌組成，即沙丘形成的陡坡、陡崖與河灘（階）地。其中灘（階）地所占比重較大，由于河流受地下水的深割作用，水位甚低。

3 代表流域徑流過程的模擬

3.1 資料的選取

大清溝流域集水面積為94km2，流域內共有4個雨量站、2個水文站、2個蒸發測站。本文選取1982-1998年各測站的日降水、時降水、日蒸發以及實測流量資料對17年日流量和次徑流過程進行模擬，選擇其中15場次徑流用來率定模型的參數率定。

3.2 流域單元的劃分

根據流域內雨量站的分布，按自然子流域將整個流域分為4個單元流域，各單元流域的面積權重及其到出口斷面的河段數見表1。

3.3 水文資料的處理

新安江模型要求以降雨、蒸散發能力作為系統輸入。各單元流域蒸發資料取后新秋、鬧德海兩站φ20cm蒸發資料折算成陸面蒸發，其平均值作為本區域實際蒸發能力。對各單元流域雨量數據的處理則是根據各雨量站和各單元的空間位置，將雨量分配到各單元流域上。用插值法將各時段雨量、流量的原始資料轉化為1h資料。

表1 大清溝以上流域劃分

表2 大清溝新安江模型次徑流模擬參數表

3.4 模型評定標準

本模型利用確定性系數即Nash與Sutcliffe在1970年提出的模型效率系數來評價模型模擬的精度[1]，它可以比較直觀地體現實測與模擬流量的擬合程度的好壞。公式為：

式中：Qobs,i為實測流量過程；Qsim,i為模擬流量過程；為實測流量過程的均值；n為模擬的時段數。

3.5 模型的應用

取大清溝流域1982～1998年中的15次徑流過程進行模擬，時段長為1h，模型參數采用日模型模擬率定[3]的結果，對個別參數作相應調整，所有參數的初始值均取自日模型的成果。次徑流模擬參數見表2，率定期次徑流特征值見表 3。

從新安江模型率定的特征值結果來看：在15次徑流過程中，總計有15場洪量合格，合格率為100%，有12場洪峰合格，合格率為80%；對于確定性系數來說，總計有11場大于0.7。但有幾場峰現時差較大，這主要是由資料內插雨量被均化所致。因此，總體來說，新安江模型可以應用到該流域的次徑流過程模擬中。

表3 率定期次徑流特征值表

4 結 語

次降雨過程的模擬效果較好，模擬精度較高，可以應用于次降水的產流量計算以及水源劃分。因此利用新安江模型模擬的大清溝實驗流域的次降雨徑流規律是可靠的，可以應用于生產。利用該模擬結果，預測大清溝水庫的入庫水量是可行的，可作為大清溝水庫水資源調度的主要依據。

當然，本實驗流域徑流過程的模擬效果還有待進一步提高，由于降雨資料在面雨量的處理及時段雨量的處理中出現的雨量均化問題，對模型的模擬效果會造成一定的影響，故在今后降雨資料的處理上還有待改進，采用更為合理的空間插補方法對降雨資料進行計算。

[1]李致家.洪水預報誤差置信限與誤差評定方法研究[J].河海大學學報，2005（1）：32-36.

[2]趙人俊.流域水文模擬[M].北京：水利電力出版社，1984.

[3]譚炳卿，金光炎.水文模型與參數識別(第一版)[M].北京：中國科學技術出版社，1998.