降雨徑流量預(yù)報(bào)在長(zhǎng)汀子水文站的應(yīng)用

李孝鵬

(黑龍江省牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江 157000)

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降雨徑流量預(yù)報(bào)在長(zhǎng)汀子水文站的應(yīng)用

李孝鵬

(黑龍江省牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江 157000)

摘要：根據(jù)降雨做預(yù)報(bào)是水文預(yù)報(bào)中的一個(gè)重要方法，根據(jù)由降雨預(yù)報(bào)徑流包括產(chǎn)流與匯流兩個(gè)部分。長(zhǎng)汀子水文站位于牡丹江左岸支流海浪河中游，是海浪河唯一一個(gè)建站較早、資料較全的國(guó)家基本水文站，具有至2004年的降水、蒸發(fā)、水位、流量等觀測(cè)資料，集水面積2 424 km2，距河源130.1 km，距河口76 km，該水文站是海林和牡丹江市防洪抗旱指揮決策的重要水情信息依據(jù)站。文章選用長(zhǎng)汀子水文站1956—2004年共48 a資料編制降雨徑流量預(yù)報(bào)方案，為防汛抗旱提供可靠、科學(xué)的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)流；匯流；流域蓄水量；產(chǎn)流量；徑流深；基流；單位線

1基本概念

在中小流域的水文站中，上游通常沒(méi)有控制河道上游來(lái)水的水文站，即使有水文站，也因徑流匯集較快，無(wú)法獲得較長(zhǎng)的預(yù)見(jiàn)期，在大流域用相應(yīng)水位或流量演算法做預(yù)報(bào)，也常常遇到要根據(jù)降雨計(jì)算區(qū)間入流的問(wèn)題，因此，根據(jù)降雨做預(yù)報(bào)，雖然牽涉到流域上徑流的產(chǎn)生和匯集等一系列復(fù)雜的水文過(guò)程，但仍是水文預(yù)報(bào)中的一個(gè)重要方法。由降雨預(yù)報(bào)徑流包括產(chǎn)流與匯流2個(gè)部分。

下面以長(zhǎng)汀子水文站為例介紹一下降雨徑流量預(yù)報(bào)的實(shí)際應(yīng)用：

2預(yù)報(bào)方案編制

長(zhǎng)汀子站設(shè)于1952年，1956年6月改為流量站，觀測(cè)項(xiàng)目比較齊全，至2004年共積累降水、蒸發(fā)用水位資料為48 a。長(zhǎng)汀子水文站位于牡丹江左岸支流海浪河中游，是海浪河唯一一個(gè)建站較早、資料較全的國(guó)家基本水文站，具有至2004年的降水、蒸發(fā)、水位、流量等觀測(cè)資料，集水面積2 424 km2，距河源130.1 km，距河口76 km，該水文站是海林和牡丹江市防洪抗旱指揮決策的重要水情信息依據(jù)站。

3產(chǎn)流部分

從長(zhǎng)汀子站以上流域特性看，除了個(gè)別年份(前期比較干旱)有超滲產(chǎn)流現(xiàn)象外，大部分是屬于蓄滿產(chǎn)流，我們進(jìn)行產(chǎn)流分析時(shí)，確定該流域?yàn)樾顫M產(chǎn)流。

降雨徑流計(jì)算采用下列公式：

Wm′=(1+b)Wm

當(dāng)P+a

當(dāng)P+a≥Wm′，

R=P+W0-Wm

(1)

式中：Wm′為蓄水量中最大值；b為反映流域內(nèi)蓄水容量不均勻系數(shù)；R為徑流深；P為降雨量；W0為流域前期蓄水量；Wm為流域平均最大蓄水量。

3.1產(chǎn)流參數(shù)的選用

最大初損值Im的選用：根據(jù)長(zhǎng)汀子站歷年資料，我們選用了1957年6月17—25日的資料做為典型年進(jìn)行l(wèi)m分析。6月17日Pa為23.3mm，6月17—23日降水量為139.1 mm，相應(yīng)產(chǎn)流量為62.0 mm，雨期蒸發(fā)量為21.2 mm。

依據(jù)水量平衡原理：Im=P+Pa-R-Es

Im=79.2 mm，因此，選用lm為80mm

b的選用：根據(jù)流域特點(diǎn)，選用b為0.30。

3.2流域逐日降水量、蓄水量及產(chǎn)流量的計(jì)算

在產(chǎn)流方案中，從48 a流量資料中選用了52次孤立洪峰及峰形較好的復(fù)式洪峰(分大、中、小水)參加計(jì)算。

流域逐日平均降水量計(jì)算：采用流域內(nèi)的五處雨量站，進(jìn)行面積加權(quán)法計(jì)算。

流域蓄水量Pa的計(jì)算及產(chǎn)流量R：流域內(nèi)包氣帶土壤含水量的變化是影響降雨形成徑流過(guò)程的一個(gè)主要因素，但又沒(méi)有全流域土壤含水量的實(shí)測(cè)資料，只能用間接的方法求得流域前期蓄水量Pa：

有雨時(shí)：Pa,t+1=K(Pt+ Pa,t)；無(wú)雨時(shí)：Pa,t+1=K Pa,t

令5月1日Pa=Im/2,當(dāng)Pa,t+1≥Im時(shí)，則以Pa,t+1=Im為控制。

K為土壤含水量折減系數(shù)，通過(guò)各月蒸發(fā)能力來(lái)進(jìn)行計(jì)算，用E601型蒸發(fā)器觀測(cè)的資料，將歷年各月最大蒸發(fā)量的均值，做為各月流域蒸發(fā)能力，來(lái)進(jìn)行計(jì)算K值，沒(méi)有E601蒸發(fā)資料的年份，用φ20 cm蒸發(fā)資料乘以換算系數(shù)，換算成E601蒸發(fā)資料。

換算系數(shù)是根據(jù)長(zhǎng)汀子站1964年、1965年5—9月φ20cm同E601同時(shí)觀測(cè)資料，并參考海浪河水系蒸發(fā)換算系數(shù)分析確定的，具體見(jiàn)表1。

表1　φ20與E601換算系數(shù)表

用此來(lái)計(jì)算流域的蓄水量Pa。通過(guò)計(jì)算得計(jì)算徑流深R，同相應(yīng)實(shí)測(cè)徑流量比較誤差較小又沒(méi)有系統(tǒng)誤差，即合格率最高。此時(shí)采用的K值即為所求。詳見(jiàn)表2。

表2　5—9月E601最大平均值表

實(shí)測(cè)徑流深的計(jì)算：1956年洪水是有實(shí)測(cè)資料記載以來(lái)的第1位洪水，但只有水位而沒(méi)有實(shí)測(cè)流量資料，由于長(zhǎng)汀子站歷年水位流量關(guān)系比較穩(wěn)定，我們用1957、1960年綜合水位流量關(guān)系推求出1956年流量資料，1957年以后均有實(shí)測(cè)資料[2]。

基流的分割：本方案用綜合退水曲線，將前次洪峰過(guò)程和本次洪峰退至基流，然后平割基流。根據(jù)當(dāng)年汛期最小流量，其范圍在15～30 m3/s。前期比較干旱的年份基流采用15 m3/s，一般水年份基流采用20 m3/s。前期較豐水年份基流采用30 m3/s。從起漲到落平一般控制15～20 d。

綜合退水曲線的采用：本站綜合退水曲線采用的是退水曲線的外包線。參照相應(yīng)的降水量產(chǎn)生的徑流，進(jìn)行前峰退水及峰后雨造成的徑流分割，退至基流為止。

實(shí)測(cè)徑流深R的計(jì)算公式為：

R實(shí)=3.6×∑QIΔt/A

(2)

式中：R實(shí)為實(shí)測(cè)徑流，mm；3.6為1h換算系數(shù)；∑QI為時(shí)段徑流量之和，m3/s；A為流域面積，km2；Δt為時(shí)段，h。

根據(jù)水利部頒發(fā)的《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》中，將R實(shí)與同次降水計(jì)算出的R計(jì)進(jìn)行比較，其誤差在R實(shí)的20%以內(nèi)即為合格，上限誤差>20 mm時(shí)，以20 mm為上限，許可誤差<3 mm時(shí)以3 mm為下限，本次計(jì)算共75個(gè)點(diǎn)據(jù)60次合格，方案的合格率為60/75×100%=80%，為乙級(jí)方案。見(jiàn)相關(guān)因素統(tǒng)計(jì)表。

4匯流部分

由于暴雨洪水資料較少，我們從歷年實(shí)測(cè)資料中選出1956、1957、1960、1964、1965、1971、1972、1989、1991、2000、2001年共12次洪水，進(jìn)行單位線分析。由于流域集水面積小，較大洪水時(shí)，雨量分布均勻，下墊面也較為一致，所以不進(jìn)行分塊計(jì)算，又考慮應(yīng)用時(shí)主要是預(yù)報(bào)洪峰值及主要過(guò)程，所以沒(méi)有進(jìn)行水源劃分，把地面徑流和壤中流合并起來(lái)進(jìn)行匯流計(jì)算。

流域平均時(shí)段凈雨量計(jì)算：由于1956、1960年流域內(nèi)只有出口斷面長(zhǎng)汀子一處雨量站，代表性較差，計(jì)算時(shí)段雨量時(shí)，引用了流域外的雨量站并結(jié)合吉林省水文圖集，勾繪等值線圖，用等雨量線面積加權(quán)法進(jìn)行日雨量計(jì)算，然后利用附近有時(shí)段雨量資料的站按比例分配，求得流域時(shí)段雨量，1957年由于降雨量分布均勻，計(jì)算時(shí)段雨量采用算術(shù)平均法，其余年份流域內(nèi)雨量站較多，用面積加權(quán)法求出時(shí)段雨量。采用降雨量開(kāi)始時(shí)的Pa，用累積時(shí)段雨量法計(jì)算凈雨過(guò)程。

地面徑流量計(jì)算：用綜合退水曲線結(jié)合時(shí)段雨量進(jìn)行前峰退水及峰后雨造成的徑流分割，退至基流后，把地面及壤中流合并計(jì)算出地面徑流量。

單位線計(jì)算：?jiǎn)挝痪€時(shí)段Δt選取采用6 h，Δt=(1/2～1/4)tP，能滿足推算地面徑流過(guò)程的要求，根據(jù)時(shí)段凈雨及假定單位線，求出地面徑流過(guò)程，并與實(shí)測(cè)徑流過(guò)程擬合，著重于峰值及其附近過(guò)程的吻合，此假定的單位線即為所求的單位線。

表3　海浪河　長(zhǎng)汀子站降雨徑流相關(guān)因素統(tǒng)計(jì)表

注：本站集水面積：2424 km2；方案合格率：60÷75×100% =80.0%；為乙級(jí)方案。

5結(jié)語(yǔ)

1)產(chǎn)流部分有幾處誤差偏大，原因主要是峰量較小、雨量分布不均勻等所致。

2)本方案在應(yīng)用時(shí)，因本流域較小，暴雨中心不明顯，主要是根據(jù)雨型及其時(shí)空分布與單位線原型進(jìn)行對(duì)照，近似于降雨過(guò)程對(duì)應(yīng)的單位線就利用其單位線進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)。由降雨預(yù)報(bào)徑流包括2個(gè)部分：①一次降雨可以產(chǎn)生多少?gòu)搅髁浚虎谶@些徑流量在流域出口斷面將形成的過(guò)程，即產(chǎn)流和匯流，這兩種現(xiàn)象實(shí)際上是相互交錯(cuò)不可分割的，在預(yù)報(bào)工作中也是聯(lián)系在一起的。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)水利部水文局.水文預(yù)報(bào)[M].北京：水利電力出版社，1984：26-71.

[2]中華人民共和國(guó)水利部.水文情報(bào)預(yù)報(bào)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010：50-100.

中圖分類(lèi)號(hào)：TV121.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

[作者簡(jiǎn)介]李孝鵬(1988-)，男，黑龍江林口人，助理工程師，從事水文測(cè)站工作。

[收稿日期]2015-09-18

文章編號(hào)：1007-7596(2016)01-0094-03