福建省溪源溪流域中小型洪水徑流系數(shù)的探討分析

吳佳琦

福建省溪源水庫管理處 福建 福州 350001

一、溪源溪流域及溪源水庫基本概況

福州大學(xué)城主要的溪流為溪源溪，為閩江下游南港的支流，發(fā)源于閩侯縣竹岐鄉(xiāng)春光村，流經(jīng)閩侯縣竹岐、上街兩鄉(xiāng)鎮(zhèn)，三面環(huán)山，西南天臺山為最高峰1117m，東部河谷地帶田地連片，審批岸線葛岐水閘以上流域面積208km2，河長43km，河道比降8.64‰；其中主流山地(高程10m以上)匯水面積150km2，河長31.9km，河道比降18.8‰；下游平原(高程10m以下)，河道發(fā)散，流經(jīng)榕橋、青洲、葛岐等地，沿途匯集福州大學(xué)城區(qū)內(nèi)澇水，于葛岐水閘排澇站入閩江南港，匯水面積58km2，河長11.1km，河道比降0.15‰。

溪源溪流域?qū)偕较粤饔?，匯流時間較短，常常是洪水已進(jìn)庫，預(yù)報還未收到，給洪水預(yù)報和水庫調(diào)度造成困難，溪源溪流域水文自動測報系統(tǒng)包括15個遙測站，分布在208平方公里的樞紐控制流域內(nèi)。溪源溪上游、中游河道狹窄，坡陡流急，蜿蜒曲折，天然落差近千米，河床基巖裸露，人口稀少，植被覆蓋良好，基本保持天然狀態(tài)，無污染，沿河山坡林果種植較多，水源清澈透明，水質(zhì)優(yōu)良，是理想的水源地。下游在苦竹后河床逐漸開闊，坡度減緩，水流平緩，但河床沖淤明顯，河勢變化較大，人口逐漸增加，工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，防洪排澇形勢嚴(yán)峻。

溪源水庫位于溪源溪上游干流，壩址以上河道峽谷呈“V”字型，兩岸山勢對稱，河床基巖裸露，出露巖層致密堅硬。壩址以上匯水面積83.6km2，水庫總庫容為2428萬m3。工程主要由攔河壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和升壓開關(guān)站以及溪源溪輸水管道等建筑物組成。溪源水庫壩址下游主要的溪流有大清坑溪(22.4km2)、苦溪(5.6km2)、溪坪溪(12.2km2)、可溪(8.3km2)等。溪源水庫對減輕下游大學(xué)城和上街洪澇起著重要作用，同時還兼顧供水的任務(wù)，本工程的建設(shè)對防洪治澇，保障大學(xué)城防洪安全和教學(xué)工作順利開展都具有十分重要的意義。

二、流域水文氣象及洪水特性

福州市地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，處于中低緯度，東臨臺灣海峽，溫暖濕潤，雨量充沛，四季常青，每年4-9月為雨季。造成本地區(qū)降水的天氣系統(tǒng)為鋒面雨和臺風(fēng)雨，據(jù)福州市氣象站統(tǒng)計年平均降水量1394mm，降水主要集中于4-10月約占全年的80%。據(jù)溪源宮水文站以上雨量站1957-2004年實測資料統(tǒng)計，多年平均年降水量為1854mm，年平均徑流深1150mm，年徑流系數(shù)0.62。

據(jù)福州市氣象站1971-2004年資料統(tǒng)計，年平均氣溫19.8℃，最冷一月份平均氣溫10.2℃，極端最低氣溫-4℃(出現(xiàn)于1955年1月22日)，最熱七月份平均氣溫28.6℃，極端最高氣溫41.7℃(發(fā)生在2003年8月3日)；年無霜期280天左右；平均相對濕度77%，平均水氣壓19.1hpa；水面蒸發(fā)量1060mm；臺風(fēng)平均每年2-3次影響本區(qū)，一般發(fā)生在5月中旬至11月中旬，最晚12月下旬(如2004年)，盛行期為7月中旬至9月下旬，風(fēng)向多為東南風(fēng)其次為北風(fēng)和西北風(fēng)，平均風(fēng)速2.6m/s，最大風(fēng)速可達(dá)28m/s(1964年8月2日)。

水庫庫區(qū)地下水可劃分為三類：①喀斯特裂隙水，分布于石灰?guī)r地帶，由降水補(bǔ)給以泉的形式排出地表；②裂隙水，主要埋藏于頁巖風(fēng)化帶內(nèi)，由降水補(bǔ)給以下降泉排出地表；③孔隙水，主要潛藏于河谷沖積層孔隙內(nèi)，水量比較豐富。

三、 流域產(chǎn)流方式論證

溪源溪流域植被良好，水系發(fā)育。第一，由于植被良好，植物根系發(fā)達(dá)，存在質(zhì)地疏松的腐殖層，這層土壤的下滲能力很大，不易形成超滲產(chǎn)流。第二，包氣帶只在20-30cm范圍內(nèi)缺水，缺水量不過30-50mm，土壤水很容易達(dá)到田間持水量。第三，溪源溪流域多年平均降水量1854mm，雨量多集中在4至10月，階段雨量占全年雨量的80%左右，多年平均徑流深1150mm，屬濕潤地區(qū)。所以，在溪源溪流域，產(chǎn)流方式主要是蓄滿產(chǎn)流，所謂蓄滿，是指包氣帶的含水量達(dá)到田間持水量。在土壤濕度未達(dá)到田間持水量時不產(chǎn)流，所有的降雨都被土壤吸收，成為張力水。而當(dāng)土壤濕度達(dá)到田間持水量后，所有的降雨（減去同期蒸發(fā)）都產(chǎn)流。

可以用新安江模型來模擬產(chǎn)流過程。

四、 流域資料介紹

選取溪源水庫壩頭以上流域進(jìn)行計算，控制流域面積83.6 km2。溪源溪流域面積208 km2，河長43 km2，流域設(shè)有9個雨量站， 6個水位雨量站，各站點情況如下表：

表1 ：溪源溪流域水雨情站點布設(shè)表

4.1 水雨情資料

溪源壩頭控制流域的日降雨、日水位、日流量資料大約10年的資料。

（1） 日雨量資料

溪源壩頭控制流域共有6個水位雨量站和9個雨量站。

每個雨量站都有同期的雨量資料，不需要內(nèi)插和從外流域移用，年內(nèi)不連續(xù)。

（2） 日流量資料

溪源壩頭為控制站，因此日流量資料只要溪源壩頭的資料就可以了。壩頭流量資料的時間分布情況和雨量站的一樣，都只有10年資料。

4.2 洪水資料

洪水資料收集了2009-2019年10年的資料，總共13場次代表洪水，因溪源水庫建庫以來多經(jīng)歷中小型洪水，最大場次洪水為10年一遇。資料的時段長為1h。

（1） 降雨資料

總共13場降雨資料。在沒有雨量記錄的時刻全部記為0。時段長為1h。

（2）流量資料

總共有13場洪水的流量資料。每場洪水的流量資料的起始時刻和結(jié)束時刻與對應(yīng)的降雨資料保持一致。沒有記錄的時刻用內(nèi)插求得。同期的降雨資料、流量資料時間分布如下表：

表2 ：次模洪號表

五、各場次洪水調(diào)度情況

溪源水庫所在的溪源溪流域普降暴雨，降雨強(qiáng)度大、歷時長，汛期經(jīng)過科學(xué)調(diào)度，水庫充分發(fā)揮滯洪、削峰、錯峰的作用，有效減輕下游防洪壓力。

六、徑流系數(shù)的率定

根據(jù)溪源水庫歷年實際中小型洪水入庫情況測算徑流系數(shù)，如下表：

6.1 徑流系數(shù)的分析

將上表中12場洪水分為3類，分別為：汛期暴雨產(chǎn)生徑流、汛期臺風(fēng)雨產(chǎn)生徑流及非汛期大雨產(chǎn)生徑流，對這3種情況產(chǎn)生徑流分別進(jìn)行分析：

（1）暴雨產(chǎn)生徑流（20090807、20100406、20130922、20140618、20170801、20180824）

產(chǎn)流方式主要是蓄滿產(chǎn)流，滲入地面下的降雨量在滿足土壤缺水量之后，形成地面以下徑流，形成流量過程線緩漲緩落變化，時間上遲于地面徑流，地面徑流1-2天基本推盡，地下徑流長達(dá)1-2周。

前期土壤濕潤，含水量較高。經(jīng)計算這3場來水的徑流系數(shù)分別為0.69、0.7、0.66、0.68、0.72、0.71，估算在這種情況下徑流系數(shù)約為0.65-0.75左右。

（2）臺風(fēng)雨產(chǎn)生徑流（20110830、20120802、20170723、20150808、20150929、20160709、20160927、）

產(chǎn)流方式前期主要是超滲產(chǎn)流 ，中后期呈蓄滿產(chǎn)流，特點是一場洪水過程中地下徑流比重較小，受流域調(diào)蓄作用小，流量過程線陡漲陡落。前期土壤久旱，臺風(fēng)雨強(qiáng)較大。經(jīng)計算這種情況下洪水徑流系數(shù)分別為0.8、0.71、0.81、0.85、0.74、0.73、0.87，估算在這種情況下徑流系數(shù)在0.7-0.85左右。

七、結(jié)語

流域降雨徑流隨著氣候、下墊面、人類活動等影響降水產(chǎn)流因素變化，在溪源溪流域主要影響因素是大氣降雨，通過分析，找出降雨與徑流的變化規(guī)律，建立符合實際的降雨徑流關(guān)系，使洪水預(yù)報工作更加準(zhǔn)確。