淺談水文預(yù)報(bào)中的蓄滿產(chǎn)流計(jì)算

包蒙香 許秋媛

摘 要：水文預(yù)報(bào)是一項(xiàng)直接服務(wù)于國家安全和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可或缺的重要基本工作，是幫助人類有效地預(yù)防洪水、減少洪災(zāi)損失，有效利用水資源的非工程措施之一。它不僅為防汛抗旱、水資源管理等水利工作提供決策依據(jù)，而且關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定[1]。

關(guān)鍵詞：水文預(yù)報(bào);蓄滿產(chǎn)流

一、資料審查

在水文預(yù)報(bào)之前，需要對原始資料進(jìn)行簡要的代表性、一致性、可靠性的審查，使得水文預(yù)報(bào)精度得以保證。建立產(chǎn)流模型所用的氣象、水文資料通常分別用于率定期和檢驗(yàn)期。率定期的資料用來確定模型參數(shù)，在我國南方濕潤地區(qū)，一般選連續(xù) 的5-10年為宜，并要求包含豐、平、枯水三種代表年份。檢驗(yàn)期資料用來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)的合理性、有效性，以及分析外延誤差等。

二、產(chǎn)流機(jī)制分析

一個(gè)流域的產(chǎn)流方式不是絕對的，也很難以簡單的指標(biāo)作定量化描述，常需作綜合分析。

上表中1、2兩行內(nèi)容屬于定量指標(biāo)，一般比較容易分析判斷，3-5行屬于定性的判斷指標(biāo)，6-9行構(gòu)成綜合性的分析內(nèi)容。在進(jìn)行1-5行內(nèi)容分析之后，有時(shí)還不能判定流域的產(chǎn)流方式，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行綜合性分析。

三、蓄滿產(chǎn)流計(jì)算

3.1 流域日平均雨量計(jì)算

根據(jù)基本資料，流域日平均降雨量P由加權(quán)平均計(jì)算得到：

式中，為第i個(gè)雨量站的實(shí)測雨量數(shù)據(jù);為第i個(gè)雨量站的權(quán)重系數(shù)。

3.2 流域蒸發(fā)量推算

采用三層蒸散發(fā)模式

三層蒸散發(fā)模式按照先上層后下層的次序，具體分以下四種情況計(jì)算：

a.當(dāng)WU+P≥Ep時(shí)

Eu=Ep，El=0，Ed=0

b.當(dāng)WU+P

Eu=WU+P，El=（Ep-Eu）*WL/WLM，Ed=0

c.當(dāng)WU+P

Eu=WU+P，El=C*（Ep-Eu），Ed=0

d.當(dāng)WU+P

Eu=WU+P，El=WL，Ed=C*（Ep-Eu）-El

式中，WU-----上層土壤含水量， mm;

P -----降雨量，mm;

Ep -----流域蒸發(fā)能力，mm;

WL-----下層土壤含水量，mm;

WLM-----下層土壤含水容量，mm;

C-----蒸發(fā)擴(kuò)散系數(shù)。

3.3 蓄滿產(chǎn)流計(jì)算

蓄滿產(chǎn)流是產(chǎn)流機(jī)制的一種概化。其基本假設(shè)為：任一地點(diǎn)上，土壤含水量達(dá)蓄滿（即達(dá)田間持水量）前，降雨量全部補(bǔ)充土壤含水量，不產(chǎn)流;當(dāng)土壤蓄滿后，其后續(xù)降雨量全部產(chǎn)生徑流。

根據(jù)蓄滿產(chǎn)流的基本概念，蓄滿產(chǎn)流模型的產(chǎn)流量計(jì)算式可表達(dá)為

R=PE+W-WM

由于前期氣候，下墊面等的空間分布不均勻性，導(dǎo)致流域土壤缺水量空間不均勻的結(jié)果。一般可由流域蓄水容量曲線表征土壤缺水量空間分布的不均勻性。流域蓄水容量曲線是將流域內(nèi)各點(diǎn)包氣帶的蓄水容量，按從小到大的順序排列得到的一條蓄水容量與相應(yīng)面積關(guān)系的統(tǒng)計(jì)曲線。

根據(jù)蓄水容量曲線，可得流域平均蓄水容量WM為

一般情況下，降雨前的初始土壤含水量不為零，這時(shí)初始土壤含水量在流域上的分布直接影響降雨產(chǎn)流量值。流域平均土壤含水量W為

解得

當(dāng)a+PE≤WMM時(shí)，

當(dāng)a+PE>WMM時(shí)，R=PE-（WM-W）

四、參數(shù)確定（人工調(diào)試法）

模型參數(shù)的率定一般過程可由下圖描述[2]

4.1 ?參數(shù)率定

以 一定年份年數(shù)據(jù)進(jìn)行率定參數(shù) Kc ：為了獲得足夠的數(shù)據(jù)資料，在考慮 Kc 的物理意義，從而設(shè)計(jì) Kc 的范圍值 以及步長，取 多 個(gè)參數(shù) Kc 值。按照該流域蓄滿產(chǎn)流模型進(jìn)行編程得出的 Kc 對應(yīng)的年徑流量，并分別與實(shí)際年徑流量進(jìn)行比較， 求出相對誤差，得到相對誤差最小對應(yīng)的 Kc ，則這一 Kc 值就是率定參數(shù) Kc 的大小。

4.2 參數(shù)優(yōu)選

根據(jù)國家《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》，考慮參數(shù) Kc 優(yōu)化原則， 結(jié)合產(chǎn)流模型和已知資料，用實(shí)測徑流總量相對誤差作為模型模擬精度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即在率定 Kc 時(shí)，使計(jì)算年份資料的相對誤差盡可能不超過相關(guān)要求。

4.3 相關(guān)性分析

對計(jì)算徑流深與實(shí)測徑流深進(jìn)行對比分析，由于在實(shí)際過程中，每天都有徑流，但計(jì)算過程中，由于簡化以及精度較低等原因，無降雨的時(shí)候忽略了地下水對徑流的補(bǔ)充以及該流域與相鄰流域之間的水量交換等，使得徑流均按0計(jì)算，從而導(dǎo)致相關(guān)性受到一定影響。

五、模型誤差分析

率定的 Kc 已經(jīng)最優(yōu)化，但是可以看到與實(shí)測資料相比，依舊存在誤差，這個(gè)誤差來源應(yīng)該有以下幾個(gè)方面：

⑴雨量站代表性的影響：

由于降雨工程具有空間上分布不均勻，因此根據(jù)下墊面的地理環(huán)境所建立的雨量站的位置和個(gè)數(shù)，決定了該次降雨收集的雨量數(shù)據(jù)具有一致性、代表性、可靠性的程度。

⑵預(yù)報(bào)方法的影響：

徑流計(jì)算過程中所使用的水文模型屬于概念性的流域水文模型，其本身的精度就有限，沒有根據(jù)計(jì)算流域的實(shí)際情況建立水文模型進(jìn)行分析計(jì)算。

⑶實(shí)測流量過程的影響：

降雨量、蒸發(fā)量、實(shí)測流量資料量測過程當(dāng)中，會(huì)受到人為、儀器等很多因素影響， 實(shí)測資料本身不一定是真實(shí)值，這一點(diǎn)上會(huì)直接影響到 Kc 的率定，從而影響后續(xù)計(jì)算部分。

⑷模型參數(shù)的影響：

數(shù)據(jù)資料尺度缺乏一定的代表性，根據(jù)水文規(guī)范，參數(shù)率定至少需要 10 年以上的資料，而且對于洪水次數(shù)也有著一定的要求。因此，運(yùn)用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)率定參數(shù)Kc ，也會(huì)有一定的誤差，從而影響后面的計(jì)算結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張奕非，周歡，劉中寬.水文服務(wù)中的水文預(yù)報(bào)研究[J].大觀周刊.2011，22：263-265

[2] 包為民.水文預(yù)報(bào)[M].北京：中國水利水電出版社.2017

作者簡介：

包蒙香（1997.11.24-）女，漢族，廣西壯族自治區(qū)，本科生，研究方向：水文與水資源工程

許秋媛（1998.11.12-）女，壯族，廣西壯族自治區(qū)，本科生，研究方向：水文與水資源工程