流域降雨徑流預(yù)報(bào)中土壤含水量計(jì)算分析

摘 要：在降雨徑流類(lèi)型流域洪水預(yù)報(bào)工作中，降雨前期流域土壤含水量是個(gè)重要分析計(jì)算指標(biāo)，其對(duì)預(yù)報(bào)成果精度起著重要作用。流域降雨前期土壤含水量計(jì)算涉及幾個(gè)重要參數(shù)，即折減系數(shù)k、蒸發(fā)能力Em、流域降雨最大初損值Im，這些參數(shù)都需由具體流域?qū)嵗龜?shù)據(jù)分析求得。文章以西南岔河南岔站為例，對(duì)該流域的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算分析，得到了該區(qū)域的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)范圍，為流域洪水預(yù)報(bào)基礎(chǔ)工作夯實(shí)了實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：西南岔河流域；降雨徑流預(yù)報(bào)；土壤含水量；參數(shù)計(jì)算；經(jīng)驗(yàn)參數(shù)范圍

前言

在中小流域，由于流域面積較小，往往僅有一處流域出口控制站，在洪水預(yù)報(bào)時(shí)必須利用測(cè)站上游流域降雨來(lái)預(yù)報(bào)洪水，這種利用流域上游降雨來(lái)預(yù)報(bào)測(cè)站洪水的預(yù)報(bào)方法稱(chēng)為降雨徑流預(yù)報(bào)。在利用流域降雨預(yù)報(bào)洪水徑流時(shí)必須事先確定流域降雨前期的土壤含水量，以便根據(jù)不同土壤含水量來(lái)分析和計(jì)算徑流過(guò)程，因?yàn)樵谙嗤慕涤炅考?jí)時(shí)，流域前期土壤含水量不同，其產(chǎn)流量存在較大差異。不同流域之間因流域特性不同，其土壤蒸發(fā)和雨水下滲規(guī)律也不同，必須具體流域具體計(jì)算分析各自的土壤含水量參數(shù)。

1 流域平均前期土壤含水量參數(shù)計(jì)算方法介紹

在某次降雨前流域原有的土壤含水量稱(chēng)為前期土壤含水量。它的大小與本次降雨的下滲損失量直接有關(guān)，是影響降雨產(chǎn)流的主要因素。目前，實(shí)測(cè)的土壤含水量資料很少，且土壤含水量在流域上的分布規(guī)律也比較復(fù)雜，因此，還不能用直接的方法求得。通常是用雨量資料間接推算。這種方法只是求得一個(gè)反映前期土壤濕潤(rùn)情況的指標(biāo)pa，又稱(chēng)前期影響雨量。計(jì)算流域逐日pa值公式如下：

pa.t=kpt-1+k2pt-2+k3pt-3+……+knpt-n （1）

式（1）中Pa.t—第t日的土壤含水量指標(biāo)（mm）；pt-1、pt-2、pt-3、……pt-n—第t日，前一天、二天、…n天的日雨量（mm）；K—日折減系數(shù)，與土壤的蒸發(fā)能力有關(guān)；n—計(jì)算天數(shù)（d），一般取15-30天。因土壤含水量有一個(gè)飽和限度值，式（1）計(jì)算出的pa值必須規(guī)定一個(gè)最大限度，也稱(chēng)為最大初損值Im，因此計(jì)算流域土壤含水量pa值的前提是首先要求出折減系數(shù)K和最大初損值Im。

1.1 折減系數(shù)K值得確定

目前，根據(jù)土壤蒸發(fā)能力確定K值得方法如下：由Et=pa.t-pa.t+1=pa.t-Kpa.t=pa.t（1-K），可以得出K=1-（Et/pa.t），因土壤含水量達(dá)到最大時(shí)，其蒸發(fā)能力也達(dá)到最大，因此上式可改寫(xiě)為：

K=1-（Em/Im）（2）

式（2）中Em值不易直接得到，一般采用時(shí)段內(nèi)水面蒸發(fā)最大值來(lái)代替。

1.2 流域最大初損值Im的確定

在歷年實(shí)測(cè)雨洪資料中選擇久旱未雨后降雨較大且產(chǎn)生徑流的資料，認(rèn)為該次降雨的前期土壤含水量接近于零，即pa≈0，所以

Im=p-R-Em（3）

實(shí)際計(jì)算時(shí)，久旱未雨且隨之降雨且產(chǎn)流的情況比較少，因此實(shí)際Im值在計(jì)算時(shí)需要pa值配合計(jì)算多次才能得到，具體說(shuō)就是某次雨洪過(guò)程第一次計(jì)算的Im，并不接近流域?qū)嶋HIm，而是比實(shí)際Im略小的階段性Im，這時(shí)需利用該階段性Im計(jì)算出階段性K值，然后利用階段性K計(jì)算出對(duì)應(yīng)pa，pa加階段性Im才接近實(shí)際Im，再重新計(jì)算K和pa，反復(fù)重復(fù)上述計(jì)算直至Im，趨于穩(wěn)定不變，此時(shí)計(jì)算的Im才最終接近實(shí)際流域最大土壤含水量。

2 實(shí)例流域計(jì)算分析

2.1 流域概況介紹

西南岔河為湯旺河下游右岸支流，流域面積2757km2，屬典型的山溪性河流，河長(zhǎng)121km。流域地處湯旺河下游，位于黑龍江省伊春市帶嶺區(qū)和南岔區(qū)。流域洪水為暴雨徑流型洪水，流域控制站南岔站漲洪歷時(shí)約24h，洪峰持續(xù)時(shí)間約2h，落洪歷時(shí)約72h。

2.2 流域最大初損值Im計(jì)算分析

選擇該站5次歷史洪水計(jì)算其最大降雨初損值，首先直接由公式Im'=p-R-Em初次計(jì)算出流域含水量，因雨前流域土壤含水量并非為零，因此該值并非實(shí)際值，該值加上流域前期土壤含水量pa值后才接近流域?qū)嶋H含水量，利用式K=1-（Em/Im）求出階段性K值，然后利用式pa.t=kpt-1+k2pt-2+k3pt-3+……+knpt-n求出該次雨洪過(guò)程的pa，流域土壤含水量Im=Im'+pa，該值才接近實(shí)際土壤含水量，然后再重復(fù)上述計(jì)算過(guò)程，算出另一個(gè)k值、pa和Im，直至所求Im值基本不變?yōu)橹梗?jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

2.3 流域土壤含水量折算系數(shù)和最大蒸發(fā)能力計(jì)算分析

流域土壤蒸發(fā)能力K=1-（Em/Im），式中Em值采用測(cè)站歷年同期最大蒸發(fā)觀測(cè)值（E601型蒸發(fā)器），計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 西南岔河流域南岔站K、Em值計(jì)算成果表

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)分析可知，流域6-7月份土壤含水量折算系數(shù)k在0.35-0.82之間，土壤最大含水量Im在56-80之間。其中1979和2005年的雨洪過(guò)程因其降雨歷時(shí)較長(zhǎng)雨間蒸發(fā)觀測(cè)值誤差較大，而且徑流過(guò)程不易集中，徑流深計(jì)算欠準(zhǔn)，導(dǎo)致參數(shù)k、Em、Im偏小，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)資料經(jīng)驗(yàn)值，最后確定流域6月、7月Im值為80mm，k為0.90。

流域Im和k的計(jì)算與蒸發(fā)量關(guān)系密切，由于觀測(cè)條件所限，目前各站僅有少數(shù)測(cè)站有E601型觀測(cè)資料，而且其觀測(cè)值在降雨期間由于濺水等原因，存在一定的誤差，直接影響參數(shù)計(jì)算的成果精度，這些都是今后在工作中應(yīng)注意避免的問(wèn)題。雨洪樣本的選擇對(duì)參數(shù)計(jì)算影響也較大，其降雨和徑流的對(duì)應(yīng)關(guān)系必須一致，否則會(huì)加大徑流深誤差。文章所舉實(shí)例數(shù)據(jù)較少，僅提供方法參考。

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

作者簡(jiǎn)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(zhǎng)濤（1969-），男，工程師，主要從事水文水資源分析工作。