冀东沿海东洋河流域产汇流参数特性分析

冀东沿海东洋河流域产汇流参数特性分析摘要：流域产汇流参数是水文预报的基础工作，也是工程规划设计的重要依据。本文结合东洋河峪门口水文站实测资料，阐述了山区流域产汇流参数在不同条件下的计算方法，分析计算了流域前期影响雨量Pa、最大损失量Im、稳定下渗率fc、汇流参数m值，并利用计算的参数对历史洪水进行了检验，计算精度较高，对本流域及类似流域产汇流规律研究、洪水预报、工程设计均有一定参考价值。关键词：降雨产流；暴雨洪水；历史洪水；水文预报；误差分析AnalysisOntheRunoffandConvergenceParameterIntheBasinofDongyanghealongtheCoastofEasternHebeiProvinceLIWei-hua（Tang–QinHydrologyandWaterResourcesSurveyBureauinHeBeiProvince，Tangshan,063000）Abstract:Theparameterofwatershedrunoffandconvergenceisthebasicworkforhydrologicalforecastingandtheimportantbasisforprojectplanninganddesign.Sothispaperexpandsparametersoftherunoffmethodindifferentconditionsofmountainarea,withmeasureddataoftheYumenkouhydrometricstationinDongyanghe,analysisandcalculatesthemaximumlossofwatershed—Im,antecedentrainfall—Pa,steadyinfiltrationrate—fc,andconcentrationparameter—m.Withtheparametersitmakesinspectiontohistoricalflood.Thiswayhashighcalculatedprecision.IthassomereferencevalueforresearchoftheregularpatternofwatershedrunoffconvergenceinDongyangheandotherssimilarbasin,floodforecastingandprojectdesigning.Keywords:runoff;rainstormandflood；historicalflood；hydrologicalforecasting；erroranalysis.1流域概况峪门口水文站位于冀东沿海东洋河，设站目的为山区小面积代表站，控制流域面积157km2。东洋河为洋河东部支流，洋河水系位于河北省东北部，是冀东沿海独流入海的第二大河流。东洋河发源于秦皇岛市青龙县界岭下，在战马王注入洋河水库。河长32km，流域面积300km2，河道纵坡14.3‰，流域平均宽度10km。本流域属暖温带半湿润季风型大陆性气候，多年平均气温、降水量、水面蒸发量分别为9.9℃、689.8mm、957.2mm。2参数确定分析降水产生径流主要包括两部分内容：一是次降水产生的径流量，二是径流量在流域出口断面形成的流量过程。以上两方面即为径流分析中的产流与汇流。目前普遍使用汇流参数分析计算流域汇流[1]。2.1前期影响雨量Pa的计算通常用流域前期影响雨量Pa作为衡量流域的指标，即反映流域蓄水量的大小，计算公式为：式中：Pa,t+1为t+1日的土壤含水量，mm；Pa,t为t日开始时的土壤含水量，mm；Pt为t日降水量，mm；Rt为t日径流深，mm；K为流域蓄水的日消退系数。日折减系K取经验值0.90[2]，计算Pa,t+1时从产生次洪降雨的前一个月算起，若流域前期干旱，初始影响雨量Pa,t取0值；若流域前期有降水，初始影响雨量Pa,t按公式Pa,t+1=K×(Pt+Pa,t-Rt)估算。2.2流域最大损失量Im的确定Im是反映流域最大损失的综合指标，由于该地区无土壤田间持水量实测资料，故采用水文资料分析确定，计算公式为：P-（R+E）=Im计算[3]。式中：P为前期影响雨量与次降雨量之和，mm；R为径流深，mm；E为蒸发损失量，mm。选取1986.9.1、1988.7.18、1995.6.15三场前期影响雨量很小的降水径流过程计算Im值，经计算，Im平均值为100.4mm。2.3稳定下渗率fc的确定稳定下渗率是指土壤达到饱和后单位时间内的土壤稳定下渗量，采用图解法或前推法计算稳定入渗率ƒc[4]。（1）图解法对于降水量大，持续时间长，洪水起涨前土壤含水量达到土壤最大损失量（Im值）时，采用图解法，见图1。图1图解法计算ƒc示意图选取单峰型雨洪资料，计算累计净雨量，点绘时段累计净雨量Pt～t图（见上图）。在Pt轴上截取OA=Rs，过点A作曲线Pt～t的切线AB，切点C的横坐标tc为产流历时，纵坐标Ptc为产流历时内对应的降雨量。稳定下渗率计算公式为：（2）前推法对于降水量大，持续时间长，但是洪峰起涨前土壤含水量未达流域最大损失量（Im值）时，采用前推法。图2前推法计算ƒc示意图如图2示，绘制峰型对应的时段降雨与洪水过程线图P～t、Q～t，从降雨时段末起往前推计算累计降雨量（净雨），使其等于总产流量，即：P计=Rs+Rg，图中C、D段之间的累计降雨所对应的时段为产流历时，用ƒc从CD之间的降雨柱状图上切割，则阴影部分为下渗量，稳定下渗率ƒc计算公式为。根据ƒc在降雨柱状图上的切割位置，如果ƒc值均小于时段降雨，则直接用上述公式计算；如果ƒc值大部分小于时段降雨，个别几个时段大于时段降雨，说明这几个时段不产流，计算时应该从P计中减去不产流的时段降雨，从tc中减去不产流的时段降雨所对应的时间，然后用上述公式计算即可。统计分析峪门口站16场较大洪水资料，按上述两种方法分析计算ƒc。计算所得最大下渗率为5.0mm/h，最小下渗率为1.3mm/h，平均下渗率为2.6mm/h。2.4汇流参数m的确定采用推理公式法：式中：τ为汇流历时，h；L为河长，km；J为流域坡度；Qm为净峰流量，m3/s。汇流参数m的确定首先要判别汇流方式：当Rs/tc＞Qm/0.278F时，为部分汇流；当Rs/tc≤Qm/0.278F时，为全面汇流。m值计算过程中汇流历时τ的计算至关重要，当部分汇流时：τ=0.278RsF/Qm，直接用公式计算τ值，然后代入m计算公式求得m值。当全面汇流时：τ=0.278RsτF/Qm，因Rsτ未知，需试算或图解求τ值，然后代入m计算公式求得m值[5]。2.4.1试算法假设汇流历时为τ，用求出的稳定下渗率ƒc分割地下径流，将τ历时内的地表径流Rsτ累加（从降雨柱状图的最大降雨产流往两边计算，求出Rsτ），计算ΣRsτ/τ。若ΣRsτ/τ=Qm/0.278F，则Rsτ即为所求，否则重新试算。将Rsτ值代入公式即可求得τ值。2.4.2图解法图3图解法计算汇流参数m示意图见图3，根据求出的稳定下渗率ƒc，切割降雨柱状图，计算不同历时t的净雨（地面径流）Rst（同Rsτ计算），从最大净雨往两边累加，找出一个时段t1的最大Rst1，求出Rst1/t1，然后找出两个时段t2的最大Rst2，求出Rst2/t2，依次类推。点绘Rst/t～t的关系线，在纵轴上截取OB=Qm/0.278F，过B点做横轴的平行线BA与曲线Rst/t～t相交于点A，点A的横坐标即为所求的τ值。通过对峪门口站16次洪峰流量较大的洪水资料进行汇流参数计算，依计算结果点绘Qm/F与汇流参数m的关系图，通过点群中心定线作为标准线，根据汇流参数m随Qm/F的加大而逐渐趋于稳定（0.32）的特性，则取m值为0.32。3检验3.1利用降雨～径流关系检验统计峪门口水文站自建站至今较大的雨洪过程，并建立降雨～径流关系（P+Pa～R）。通过选取1973.7.5、1979.6.24、1994.7.9、1997.8.1四场典型雨洪过程作降雨～径流关系精度检验，其预测径流深最大绝对误差为7.2mm、最大相对误差为12.7%，精度可以达到预测洪水总量要求。3.2洪峰流量检验利用m值检验洪峰流量，由于m值在洪峰流量越大时越稳定，故选取三场较大洪水过程进行预测检验。利用本流域降雨径流关系，查得不同降雨量相应径流深R，根据径流深R、汇流参数m，利用下面公式计算：注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。