淺談山丘區流域匯流單位線使用經驗

劉桂桂 鞏軼歐 劉丙賀

摘 要：山丘區中小流域目前以降雨徑流型預報方法為主，該方法屬經驗性較強的一種傳統洪水預報方法，其預報分降雨產流和匯流兩個部分，文中以匯流部分為重點對實例流域在以匯流單位線法為主的預報流域對其使用經驗進行了分析論述，提出了特定流域在應用匯流單位線進行洪水預報時需注意的事項和應用技巧。文中所述結論具有一定的區域局限性，可為相關區域降雨徑流預報工作提供參考借鑒。

關鍵詞：山丘區流域；降雨徑流；影響因素；研究分析

前言

在山丘區一些中小流域，流域面積一般小于5000km2，在流域出口僅有一處流量控制站，上游干流無水文控制站。這樣的流域在夏汛期間發生較大洪水時僅有流域上游降雨為已知因素，這種以降雨為主要因素來預報流域出口斷面徑流過程的預報方法簡稱為降雨徑流型洪水預報。該預報方法主要分為計算降雨產流和降雨在流域匯流兩個部分。

1 降雨徑流的產生和影響產流的主要因素

在一個閉合流域內，自降雨開始至流域出口斷面出現徑流過程，一般經過流域蓄滲、坡地漫流和河槽匯流三個階段。降雨到達流域表面后，最初除少量降落在河、湖水面上的雨量直接成為徑流外，部分雨水被流域蓄滲、蒸發，若降雨持續且降雨強度大于下滲強度，超滲的雨水成為地面徑流，并呈細溝狀沿流域坡面流動，滲入地下的雨水會形成地下徑流過程，但該過程與對應該次降雨實測到的洪水過程一般無關。若降雨強度進一步加大則會形成片狀流進入河網，然后再匯聚于河道干流，形成一次徑流過程，在地面徑流形成過程中同時存在流域蓄滲和蒸發現象。

影響產流的主要因素可分為兩大類：一是流域自然地理和水文地質因素，也稱下墊面因素，包括流域面積、地形、土壤種類、土壤結構、植被情況、水利農業措施、地下水或不透水巖層埋深；二是氣象及土壤濕潤情況因素，包括降雨量、降雨強度或歷時、降雨在時間及空間的分布、土壤含水量、氣溫、濕度、風向風力等與流域蒸發能力有關的因素。

2 降雨匯入河網過程及影響因素介紹

前面介紹了降雨在經過流域蓄滲、蒸發、洼地截留等損失后，剩余雨量會通過坡地漫流和河網匯流最終通過流域出口斷面，先出現坡地漫流，此時雨水沿流域坡地向流域內各網狀細流匯集，各分支細流又逐漸匯入干流，隨后自流域干流上游向下游傳遞，最終形成流域出口斷面從起漲到洪峰最終又回落的徑流過程。降雨自匯入河網并最終形成出口斷面徑流一般受以下幾種因素影響，即：降雨分布情況、雨型、降雨強度、流域前期土壤含水量等因素，至于水工建筑物等人為因素影響本次暫不考慮。

（1）降雨分布情況：全流域均勻降雨時雨量在整個流域內均勻分布、均勻下滲、損失量相比同樣量級的降雨降在局部地區要大，因此其產生的徑流總量要小。

（2）雨型：雨型可概括分為先大后小和先小后大兩種，先小后大型降雨因前期小雨會導致土壤顆粒膨脹致使下滲量減小，徑流增大；相反如果前期降雨較大，會有大量雨水在土壤顆粒膨脹到極限前下滲損失，導致徑流減小。

（3）降雨強度：降雨強度是指一定時段內的降雨量與降雨歷時的比值，同樣量級的降雨，若降雨歷時短，即雨強大，其提供給流域下滲的時間就較短，下滲損失就較小，其比同樣量級降雨但雨強小的降雨產流量要大。

（4）流域前期土壤含水量：流域前期土壤含水量對降雨損失影響十分明顯，前期干旱，土壤下滲量就大，產流則小，反之產流則大。

3 流域匯流單位線簡介

流域匯流單位線的定義是：在單位時段內，由均勻分布在流域上的一個單位徑流深形成的流域出口斷面徑流過程線。目前常用10mm徑流深來代表一個單位時段。實際使用時實現用某次降雨總量，在產流方案相關圖中查出該降雨對應的徑流深，也就是凈雨深（扣除損失后的雨量），再用該次凈雨量與10mm的比值來逐段乘單位線上的流量，既得預報徑流過程。單位線的推求就是該過程的反算，由實例洪水反推而得。

4 實例分析

4.1 流域概況

永翠河是西南岔河上游左岸較大支流之一，地貌屬小興安嶺山地，流域控制站帶嶺水文站位于黑龍江省伊春市帶嶺區，集水面積677km2，斷面以上河長61km，至河口的距離5.7km。該流域為我省暴雨中心之一，永翠河洪水多發生在七、八月集中暴雨期。

4.2 流域已有匯流單位線分析

該站預報方案中共有30次洪峰分析出的24條單位線，含13種類型。各類型單位線差別較大，因此，選擇的單位線是否合適，是預報成果準確與否的關鍵。在作業預報時，可參照單位線選型表進行。選擇時主要考慮：（1）一次降雨總量；（2）時段最大降雨量；（3）降雨歷時及強度；（4）雨型；（5）前期影響雨量；（6）徑流深；（7）暴雨中心位置。

4.3 流域匯流單位線使用說明

在作業預報時，按以下步驟進行：

（1）計算流域平均雨量P。（2）計算流域前期影響雨量Pa。（3）用暴雨開始時刻的Pa，在P+Pa～R相關圖上查出各時段徑流深（即凈雨量）。當初始時段面雨量較小，Pa值偏高查相關圖時，容易造成初始時段徑流深大于面雨量的結果，在作業預報時應采取降雨增量對應的徑流深值（即查P+Pa～R值減去Pa～R值）。（4）選單位線類型。（5）計算各時段凈雨所產生的部分徑流量。（6）累加各部分徑流量，再加上退水過程，即得預報的地面徑流過程。

4.4 實例流域預報分析

以2013年帶嶺站6次洪水預報過程為例總結如下，實例預報情況見表1。（1）流域前期土壤含水量不同時，相近的流域平均雨量和降雨歷時，其各自洪峰流量差異較大，如表1中7.31和8.9場次洪水。（2）降雨歷時不同時，相近的流域平均雨量和流域土壤含水量，其各自洪峰流量差異也較大，如表1中7.5和7.31場次洪水。（3）降雨中心分布不同時，相近的流域平均雨量和流域土壤含水量，其各自洪峰流量差異也較大，如表1中8.9和7.31場次洪水。

5 結束語

流域匯流單位線法是降雨徑流型流域洪水預報的常用方法，但因流域洪水影響因素眾多且成因復雜，目前還難以利用定量的數學模型關系來預報暴雨洪水，因此流域匯流單位線法仍是目前主要預報手段。如前所述，相同的單位線類型在流域前期水文要素的差異情況影響下，其預報結果會存在明顯差異，因此分析和總結流域匯流單位線的使用經驗和具體流域的預報特點，對指導和改進預報精度將會起到非常重要的作用。

參考文獻

[1]長江水利委員會.水文預報方法[M].（第二版）.北京：水利電力出版社，1993.

[2]葛守西.現代洪水預報技術[M].北京：中國水利水電出版社，1999.

[3]水利部.水文情報預報規范[S].北京：中國水利水電出版社，2000.

作者簡介：劉桂桂（1979-），女，黑龍江伊春市人，工程師。

鞏軼歐（1982-），女，黑龍江伊春市人，工程師。

劉丙賀（1982-），男，黑龍江伊春市人，工程師。