淺談山丘區(qū)流域匯流單位線使用經(jīng)驗(yàn)

劉桂桂 鞏軼歐 劉丙賀

摘 要：山丘區(qū)中小流域目前以降雨徑流型預(yù)報(bào)方法為主，該方法屬經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的一種傳統(tǒng)洪水預(yù)報(bào)方法，其預(yù)報(bào)分降雨產(chǎn)流和匯流兩個(gè)部分，文中以匯流部分為重點(diǎn)對(duì)實(shí)例流域在以匯流單位線法為主的預(yù)報(bào)流域?qū)ζ涫褂媒?jīng)驗(yàn)進(jìn)行了分析論述，提出了特定流域在應(yīng)用匯流單位線進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)時(shí)需注意的事項(xiàng)和應(yīng)用技巧。文中所述結(jié)論具有一定的區(qū)域局限性，可為相關(guān)區(qū)域降雨徑流預(yù)報(bào)工作提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：山丘區(qū)流域；降雨徑流；影響因素；研究分析

前言

在山丘區(qū)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(fā)生較大洪水時(shí)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(yù)報(bào)流域出口斷面徑流過程的預(yù)報(bào)方法簡(jiǎn)稱為降雨徑流型洪水預(yù)報(bào)。該預(yù)報(bào)方法主要分為計(jì)算降雨產(chǎn)流和降雨在流域匯流兩個(gè)部分。

1 降雨徑流的產(chǎn)生和影響產(chǎn)流的主要因素

在一個(gè)閉合流域內(nèi)，自降雨開始至流域出口斷面出現(xiàn)徑流過程，一般經(jīng)過流域蓄滲、坡地漫流和河槽匯流三個(gè)階段。降雨到達(dá)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(fā)，若降雨持續(xù)且降雨強(qiáng)度大于下滲強(qiáng)度，超滲的雨水成為地面徑流，并呈細(xì)溝狀沿流域坡面流動(dòng)，滲入地下的雨水會(huì)形成地下徑流過程，但該過程與對(duì)應(yīng)該次降雨實(shí)測(cè)到的洪水過程一般無關(guān)。若降雨強(qiáng)度進(jìn)一步加大則會(huì)形成片狀流進(jìn)入河網(wǎng)，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(shí)存在流域蓄滲和蒸發(fā)現(xiàn)象。

影響產(chǎn)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(zhì)因素，也稱下墊面因素，包括流域面積、地形、土壤種類、土壤結(jié)構(gòu)、植被情況、水利農(nóng)業(yè)措施、地下水或不透水巖層埋深；二是氣象及土壤濕潤(rùn)情況因素，包括降雨量、降雨強(qiáng)度或歷時(shí)、降雨在時(shí)間及空間的分布、土壤含水量、氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)力等與流域蒸發(fā)能力有關(guān)的因素。

2 降雨匯入河網(wǎng)過程及影響因素介紹

前面介紹了降雨在經(jīng)過流域蓄滲、蒸發(fā)、洼地截留等損失后，剩余雨量會(huì)通過坡地漫流和河網(wǎng)匯流最終通過流域出口斷面，先出現(xiàn)坡地漫流，此時(shí)雨水沿流域坡地向流域內(nèi)各網(wǎng)狀細(xì)流匯集，各分支細(xì)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(wǎng)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(qiáng)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(shí)雨量在整個(gè)流域內(nèi)均勻分布、均勻下滲、損失量相比同樣量級(jí)的降雨降在局部地區(qū)要大，因此其產(chǎn)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(huì)導(dǎo)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(huì)有大量雨水在土壤顆粒膨脹到極限前下滲損失，導(dǎo)致徑流減小。

（3）降雨強(qiáng)度：降雨強(qiáng)度是指一定時(shí)段內(nèi)的降雨量與降雨歷時(shí)的比值，同樣量級(jí)的降雨，若降雨歷時(shí)短，即雨強(qiáng)大，其提供給流域下滲的時(shí)間就較短，下滲損失就較小，其比同樣量級(jí)降雨但雨強(qiáng)小的降雨產(chǎn)流量要大。

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

3 流域匯流單位線簡(jiǎn)介

流域匯流單位線的定義是：在單位時(shí)段內(nèi)，由均勻分布在流域上的一個(gè)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(gè)單位時(shí)段。實(shí)際使用時(shí)實(shí)現(xiàn)用某次降雨總量，在產(chǎn)流方案相關(guān)圖中查出該降雨對(duì)應(yīng)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(yù)報(bào)徑流過程。單位線的推求就是該過程的反算，由實(shí)例洪水反推而得。

4 實(shí)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(qū)，集水面積677km2，斷面以上河長(zhǎng)61km，至河口的距離5.7km。該流域?yàn)槲沂”┯曛行闹?，永翠河洪水多發(fā)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(yù)報(bào)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(yù)報(bào)成果準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵。在作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)，可參照單位線選型表進(jìn)行。選擇時(shí)主要考慮：（1）一次降雨總量；（2）時(shí)段最大降雨量；（3）降雨歷時(shí)及強(qiáng)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(yè)預(yù)報(bào)時(shí)，按以下步驟進(jìn)行：

（1）計(jì)算流域平均雨量P。（2）計(jì)算流域前期影響雨量Pa。（3）用暴雨開始時(shí)刻的Pa，在P+Pa～R相關(guān)圖上查出各時(shí)段徑流深（即凈雨量）。當(dāng)初始時(shí)段面雨量較小，Pa值偏高查相關(guān)圖時(shí)，容易造成初始時(shí)段徑流深大于面雨量的結(jié)果，在作業(yè)預(yù)報(bào)時(shí)應(yīng)采取降雨增量對(duì)應(yīng)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(jì)算各時(shí)段凈雨所產(chǎn)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(yù)報(bào)的地面徑流過程。

4.4 實(shí)例流域預(yù)報(bào)分析

以2013年帶嶺站6次洪水預(yù)報(bào)過程為例總結(jié)如下，實(shí)例預(yù)報(bào)情況見表1。（1）流域前期土壤含水量不同時(shí)，相近的流域平均雨量和降雨歷時(shí)，其各自洪峰流量差異較大，如表1中7.31和8.9場(chǎng)次洪水。（2）降雨歷時(shí)不同時(shí)，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(chǎng)次洪水。（3）降雨中心分布不同時(shí)，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(chǎng)次洪水。

5 結(jié)束語

流域匯流單位線法是降雨徑流型流域洪水預(yù)報(bào)的常用方法，但因流域洪水影響因素眾多且成因復(fù)雜，目前還難以利用定量的數(shù)學(xué)模型關(guān)系來預(yù)報(bào)暴雨洪水，因此流域匯流單位線法仍是目前主要預(yù)報(bào)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(yù)報(bào)結(jié)果會(huì)存在明顯差異，因此分析和總結(jié)流域匯流單位線的使用經(jīng)驗(yàn)和具體流域的預(yù)報(bào)特點(diǎn)，對(duì)指導(dǎo)和改進(jìn)預(yù)報(bào)精度將會(huì)起到非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)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。