大港河流量數(shù)值模擬方法初探

劉君華 管 凱

（江蘇省水文水資源勘測局無錫分局，江蘇 無錫 214031）

1 流域概況

大港河小流域?qū)僖伺d凰川水系，凰川水系位于宜興東南丁蜀鎮(zhèn)洑東境內(nèi)，南以江、浙兩省界嶺為界，北以白泥山為界，西以上壩大潮山、蘭右山諸山為界，東臨太湖。東西長9.4 km，南北寬3.8 km，流域面積35 km2。地勢呈狹長形盆地，西高東低，南北兩側(cè)山地綿延，年均降水量1324 mm?；舜ǜ闪饔晌飨驏|位于流域中部，由新港、大港入太湖。

2 降雨徑流

2.1 降雨徑流分析

大港河小流域主要承接洑東山區(qū)來水，是一個相對封閉、面積較小的流域。2009年4月在大港河設(shè)立大港水文站，至今已有4年多的實測資料。2012年4～7月因大港河駁岸改造斷流，故選取2010年、2011年、2013年的資料進行分析，2010年、2011年、2013年降水、流量過程見圖1、圖2、圖3。

本流域?qū)偕絽^(qū)性小流域，受地形、地貌等下墊面條件影響，洪水陡漲緩落，匯流時間一般4～6 h，有時更短，一次洪水總歷時2～5 d。當降雨量低于40 mm 時，降雨對徑流的影響幾乎無法測出，只有當降雨量大于40 mm 且出現(xiàn)連續(xù)降雨過程才能導致流域徑流量上升，并產(chǎn)生洪峰流量。洪峰來臨前連續(xù)降雨量和徑流量呈線性正相關(guān)，但洪峰流量直接受雨強和降雨量的影響，當雨強減弱或總降雨量降低后，洪峰迅速減退。

圖1 2010年大港降水、流量過程線

圖2 2011年大港降水、流量過程線

圖3 2013年大港降水、流量過程線

從圖1、圖2、圖3 中可看出徑流的產(chǎn)生主要集中在2月底至9月初，由于正好處在每年的桃花汛和主汛期間，雨量豐沛，因此，降雨產(chǎn)生徑流的過程基本一致。2010年降雨量為1258.3 mm，汛期雨量649.1 mm，占年降雨量的51.6%，汛期徑流占年徑流的57.5%，實測最大洪峰流量為9月3日26.6 m3/s；2011年降雨量為1117.4 mm，汛期雨量877.5 mm，占年降雨量的78.5%，汛期徑流占年徑流的97.9%，實測最大洪峰流量為6月18日28.4 m3/s。2013年降雨量為1024.9 mm，汛期雨量534.2 mm，占年降雨量的52.1%，汛期徑流占年徑流的71.6%，實測最大洪峰流量為6月7日28.0 m3/s。非汛期也有連續(xù)降雨且累計雨量大于40 mm，卻無徑流產(chǎn)生，原因是前期干旱，降雨量全部被土壤植被吸收，表層土壤水未達飽和而無法形成徑流。

2.2 徑流系數(shù)計算

大港河小流域出口斷面包括大港和新港兩條入湖河道，以大港為主，故流域產(chǎn)匯流應包含兩部分。但由于新港無實測資料，所以只能按比例統(tǒng)計，大港約占總出口斷面的3/4，流域面積按26 km2計算，新港約占1/4，流域面積按9 km2計算，流域徑流系數(shù)計算見表1。

3 水文模型計算

三水源新安江模型是一個完整的流域水文模型：蒸散發(fā)計算采用三層蒸發(fā)模型；產(chǎn)流計算采用蓄滿產(chǎn)流理論；用自由水蓄水庫結(jié)構(gòu)將總徑流劃分為地表徑流、壤中流和地下徑流三種；流域匯流計算采用線性水庫；河道匯流采用馬斯京根分段連續(xù)演算或滯后演算法。模型結(jié)構(gòu)分為：蒸散發(fā)計算、產(chǎn)流計算、分水源計算和匯流計算4 個層次結(jié)構(gòu)。

根據(jù)流域內(nèi)大港站2010年、2011年、2013年降雨和徑流過程，采用三水源新安江模型中的日模型模擬計算徑流。模型中相對敏感的參數(shù)蒸散發(fā)折減系數(shù)KC 是影響產(chǎn)流量計算最為重要的參數(shù)，它決定于氣象因素和土壤特性及植被狀況等一些下墊面因素，這里KC 根據(jù)江蘇省水文水資源勘測局研究成果取0.95；自由水容量SM 參數(shù)對地面徑流的多少起著決定性作用，是一個重要參數(shù)，宜南山區(qū)由于土層很薄，因此SM 取5；流域面積AA 按全流域的3/4 比例取26；其他參數(shù)按一般濕潤地區(qū)取值；原始資料中流量、降雨量取大港站實測資料，蒸發(fā)量取宜興站資料。

根據(jù)模擬流量過程和實測流量過程的相似程度，經(jīng)多次試算，最終確定了模型的各項參數(shù)，詳見圖4。模擬的流量過程和實測流量過程十分接近，率定成果及誤差情況見表2。

由于大港站實測資料系列較短，且缺乏每場洪水的實測資料，不能進行次模型的計算，故無法更好地率定模型中的其他參數(shù)。模型結(jié)構(gòu)的合理性須經(jīng)過長系列資料的檢驗，若系列代表性好，模型可推廣用于宜興山區(qū)及附近其他山區(qū)徑流預測預報，此處只作了一般性的探討，待資料進一步完善后再作深入研究。

4 結(jié)語

大港河小流域?qū)崪y降雨徑流關(guān)系一致性較好，徑流系數(shù)在宜興南部山丘區(qū)具有代表性，應用水文模型模擬本流域徑流效果良好。大港河小流域具有較好的實驗條件，故決定增加洪峰流量測次，進一步精確率定模型的各項參數(shù)，為附近資料缺乏地區(qū)的產(chǎn)匯流計算提供參照，為防汛抗旱和水資源開發(fā)利用提供更有力的技術(shù)支撐。

表1 大港河小流域徑流系數(shù)計算表

圖4 三水源新安江模型參數(shù)

表2 數(shù)值模擬誤差統(tǒng)計表