場次洪水徑流分割方法實(shí)例分析

摘 要：降雨徑流量預(yù)報(bào)是傳統(tǒng)實(shí)用的短期洪水預(yù)報(bào)方法之一，其預(yù)報(bào)方案中的降雨徑流相關(guān)圖的制作涉及對(duì)場次洪水進(jìn)行徑流分割，以便確定與某次降雨完整對(duì)應(yīng)的徑流過程。徑流分割也就是推求退水過程，目前分割徑流方法多樣，流域特性不同，分割方法帶來的誤差也各不相同。文章以永翠河帶嶺站為例，采用不同方法對(duì)其徑流分割結(jié)果精度進(jìn)行對(duì)比分析，最終選擇整體誤差最小的方法來做為該站常用徑流分割法。

關(guān)鍵詞：降雨徑流；相關(guān)圖；凈雨量；徑流分割方法；對(duì)比分析

1 概述

在一些中小流域，預(yù)報(bào)站上游通常沒有控制河道上游來水的水文站，因此必須根據(jù)上游降雨情況來預(yù)報(bào)其所產(chǎn)生洪水。由降雨預(yù)報(bào)徑流包括兩個(gè)部分：一是一次降雨可以產(chǎn)生多少凈流量（或稱凈雨量），簡稱產(chǎn)流過程；二是這些徑流量在流域出口斷面將形成一個(gè)什么樣的過程，簡稱匯流過程。在分析產(chǎn)流過程時(shí)，需建立流域降雨～徑流相關(guān)圖，以便用來查得某次降雨所產(chǎn)生的徑流量，這些工作需要對(duì)歷史洪水進(jìn)行分析，也就是針對(duì)多個(gè)場次洪水，分析計(jì)算出每次洪水的降雨～徑流量對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用這些點(diǎn)據(jù)來點(diǎn)繪相關(guān)圖。有時(shí)候某次洪水過程并非由單一對(duì)應(yīng)的降雨過程形成，若前期兩次降雨的間隔時(shí)間較短，前一次降雨形成的徑流過程還沒有完全退完，第二個(gè)徑流過程又接著出現(xiàn)，在流域出口斷面測得的流量過程線中，部分時(shí)間的流量是由兩個(gè)過程迭加成的，見圖1。圖中流量AC、DE中都包括了前期的退水流量BC、EF，必須分割后才能得到本次降雨產(chǎn)生的流量AB、DE。

為了分割前期徑流，要掌握流域的退水規(guī)律，也就是應(yīng)將前期徑流過程的退水部分，如圖1中OBEG線推算出來，文章主要針對(duì)如何選用合適的退水曲線推算方法來進(jìn)行實(shí)例分析。

2 永翠河帶嶺站場次洪水退水曲線計(jì)算方法對(duì)比分析

永翠河屬湯旺河二級(jí)支流，西南岔河左岸一級(jí)支流，位于伊春市帶嶺區(qū)，流域面積677km2，該站為黑龍江省小面積徑流實(shí)驗(yàn)站，洪水具有典型山區(qū)河流特征；即洪水漲落迅速（總歷時(shí)一般小于5天），洪峰停留時(shí)間較短（一般2小時(shí)之內(nèi)），洪水匯流時(shí)間短（成洪暴雨開始至洪水起漲時(shí)刻）小于12小時(shí)。流域控制站帶嶺站洪水預(yù)報(bào)采用降雨徑流相關(guān)法，即先由產(chǎn)流方案中的降雨徑流相關(guān)圖求出凈雨深，然后利用該凈雨深通過匯流方案中的流域經(jīng)驗(yàn)單位線求得洪水過程。因流域經(jīng)驗(yàn)單位線都是分割完前期徑流后得到的洪水過程，因此在匯流計(jì)算中應(yīng)將洪水起漲點(diǎn)之前流量按退水曲線延續(xù)下來加入由單位線計(jì)算的洪水過程中。下面利用幾種方法對(duì)該站退水曲線進(jìn)行對(duì)比計(jì)算分析。具體對(duì)比分析項(xiàng)目為該站7月份綜合退水曲線的確定，按不同水位級(jí)選擇峰后無雨時(shí)段較長的10個(gè)年份7月逐日平均流量作為數(shù)據(jù)樣本，采用退水公式法、相鄰時(shí)段流量相關(guān)法和綜合退水曲線法分別進(jìn)行該站7月份綜合退水曲線分析確定，最后用2003年7月一次實(shí)際退水過程對(duì)各方法進(jìn)行檢驗(yàn)，分析其精度差異。

2.1 退水公式法

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)論，流域逐日流量消退過程可用公式表示，即Qt=Q0*e-at式中為t時(shí)刻的逐日流量；Q0為初始退水時(shí)刻流量；a為系數(shù)；t為時(shí)段（日）。上式中的系數(shù)a需由歷史退水資料分析確定，文章采用上面所述10個(gè)年份的7月實(shí)測退水?dāng)?shù)據(jù)，利用回歸分析法分析出系數(shù)a在0.25～0.40之間，最終取均值0.33，因此流域7月份綜合退水公式為Qt=Q0*e-0.33t。

2.2 相鄰時(shí)段流量相關(guān)法

根據(jù)選定的時(shí)段△t，在歷史洪水中選擇峰后無雨的多次退水流量過程，在該過程線上摘錄相鄰時(shí)斷的流量Qt與Qt+△t，將Qt與Qt+△t按對(duì)應(yīng)相關(guān)點(diǎn)據(jù)點(diǎn)繪相關(guān)圖，定出一條綜合相關(guān)線即為綜合退水曲線。實(shí)際使用時(shí)，根據(jù)需要退水的時(shí)段流量在線上查出對(duì)應(yīng)的Qt+△t，再用查出的Qt+△t查出Qt+△t+△t，依此類推，直至查到穩(wěn)定退水階段，該站7月相鄰時(shí)斷相關(guān)退水曲線圖2。

2.3 綜合退水曲線法

該方法比較簡單，就是直接選擇歷史洪水中峰后無雨的退水段直接畫過程線，將各次洪水的退水段點(diǎn)繪在一張圖上，然后選擇最底端的曲線（虛線）作為綜合退水曲線，見圖3。實(shí)際使用時(shí)就是選擇實(shí)際洪水中需要退水的時(shí)段，然后直接取用其后時(shí)段綜合退水曲線上的流量。

2.4 各退水流量計(jì)算方法對(duì)比分析

選擇2007年7月一次洪水的退水過程作為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，分別用各種方法來對(duì)該次洪水進(jìn)行退水演算，計(jì)算結(jié)果見表1。由表1可知，各種退水曲線的平均誤差都較小，但以綜合退水曲線法的精度為最高，平均誤差僅為0.81m3/s，相鄰時(shí)段曲線法精度次之，平均誤差為4.05m3/s，公式法計(jì)算精度相對(duì)較高，平均誤差為15.2m3/s。

3 結(jié)束語

（1）流量退水計(jì)算是水文預(yù)報(bào)的重要工作環(huán)節(jié)，其計(jì)算精度直接決定著預(yù)報(bào)成果的準(zhǔn)確性。因此，在實(shí)際工作中應(yīng)選擇多種方法對(duì)測站退水曲線進(jìn)行實(shí)例擬合計(jì)算分析，以便得出最佳的計(jì)算方法。（2）由上述分析可知，本站公式法計(jì)算退水過程誤差相對(duì)較大，實(shí)際原因主要是各次退水過程隨著河網(wǎng)蓄水量的大小、分布、地面和地下徑流組成比例等而變。公式中將一些變量作為常量來處理，這樣與實(shí)際退水過程將有出入，該方法用于無測站流域比較實(shí)用。（3）相鄰時(shí)段流量相關(guān)法因其沒有考慮各種不同因素對(duì)退水過程的影響，與公式法存在同樣的弊端，主要是代表性不夠全面的問題，例如降雨強(qiáng)度就直接影響流域的洪水過程線形狀，但其比公式法的優(yōu)越性在于其部分間接代表了流域退水實(shí)況。（4）流域綜合退水曲線法代表性比較全面，尤其是在底水階段其綜合了多次洪水的退水過程，因此其計(jì)算誤差較小，在有水文測站的流域，應(yīng)優(yōu)先選擇綜合退水曲線法計(jì)算洪水退水過程。（5）文章所述結(jié)論和觀點(diǎn)因引述的實(shí)測資料和流域代表性的局限，難免會(huì)有偏頗之處，還有待完善和改進(jìn)，僅供交流參考。

參考文獻(xiàn)

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[4]金光炎.水文水資源隨機(jī)分析[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1985.

作者簡介：鞏軼歐（1982-），女，工程師，主要從事水文水資源分析工作。

劉桂桂（1979-），女，工程師，主要從事水文水資源分析工作。

田長濤（1969-），男，工程師，主要從事水文水資源分析工作。