降雨徑流關(guān)系檢驗(yàn)法在小河站設(shè)站年限分析中的應(yīng)用
——以司各莊水文站為例

(河北省唐山水文水資源勘測(cè)局，河北 唐山 063000)

1 司各莊水文站概況

小青龍河司各莊水文站位于北緯39°27′，東經(jīng)118°31′，司各莊站以上流域面積219 km2。1965年設(shè)站時(shí)，測(cè)驗(yàn)河段設(shè)在司各莊村東200 m處，河段順直，兩岸堤，細(xì)沙河床，高水有沖淤變化。上游約60 m有12孔木橋一座,上游左岸約100 m有一小支流匯入。上游約750 m和960 m是孟新干渠廢址。1967年撤站。

小青龍河改道后，于1983年重建司各莊站。測(cè)驗(yàn)河段位于司各莊公路橋北60～260 m，河段順直，順直河段在2 000 m以上。該段為人工開挖的梯形河道，細(xì)沙河床。夏季蒲草、三棱草長(zhǎng)滿河槽。洪水時(shí)沖淤變化不大。上游750 m和960 m分別有孟新干渠的廢河道匯入，基下350 m處有季節(jié)性人工擋水壩一座。主流擺動(dòng)易變，枯季水流紊亂，基本水尺斷面無法測(cè)流，只能選擇臨時(shí)斷面。

2 降雨徑流關(guān)系檢驗(yàn)法的應(yīng)用分析

2.1 資料選用情況

(1)雨量站分布情況介紹。司各莊以上流域共設(shè)配套雨量站6個(gè)，各雨量站所占權(quán)重見表1。

表1 司各莊水文站以上流域雨量站情況統(tǒng)計(jì)表

(2)洪水過程、時(shí)段降雨量及日降雨量的選用。洪水過程：選用建站以來具有代表性的實(shí)測(cè)各級(jí)洪水過程，包括大、中、小洪水，為方便地下水分割應(yīng)盡量選擇峰后無雨的單峰型洪水。 時(shí)段降雨量：選擇流域內(nèi)與所選洪水資料對(duì)應(yīng)且代表性較高的單站降雨資料。日降雨量：選擇自6月1日開始至所選雨洪資料之間的單站日降雨量。

為了在匯流參數(shù)檢驗(yàn)時(shí)不再重復(fù)選擇雨洪資料，并且使計(jì)算結(jié)果具有代表性，根據(jù)推理公式的基本形式及產(chǎn)生的環(huán)境，對(duì)選用的雨洪資料再加以界定，條件如下：徑流深大于1 mm的雨洪配套資料。選擇降水及洪水過程為單峰的資料。選擇降水量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、洪峰流量及徑流量級(jí)比較大的資料。選擇短歷時(shí)超強(qiáng)單峰降水形成的典型尖瘦型純超滲產(chǎn)流雨洪資料。選擇久旱不雨后降水量大(降水量在100 mm以上)，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)無論形成洪水大小的雨洪資料。

圖1 司各莊站長(zhǎng)系列P+Pa～R關(guān)系圖

2.2 次洪降雨量計(jì)算

選擇降雨時(shí)段為1 h，根據(jù)每個(gè)雨量站所占流域權(quán)重，采用加權(quán)法計(jì)算流域時(shí)段面降雨量。

2.2.1 次洪產(chǎn)流量計(jì)算

為減少工作量，不再制作退水曲線，用目估法確定退水分割點(diǎn)，根據(jù)起漲點(diǎn)、退水拐點(diǎn)及洪水過程線包圍的面積計(jì)算次洪徑流深。計(jì)算公式為：

地面徑流深Rs、地下徑流深Rg的計(jì)算同次洪徑流深R。

圖2 司各莊站(1984年～1993年)系列P+Pa～R關(guān)系圖

圖3 司各莊站(1990年～2004年)系列P+Pa～R關(guān)系圖

2.2.2 流域前期影響雨量計(jì)算

(1)日雨量計(jì)算。根據(jù)司各莊、史家洼、羿各莊、扒齒港、曹家河漕、李莊戶六個(gè)單站日雨量資料及各站所占權(quán)重，采用加權(quán)法計(jì)算面平均降雨量。

(2)Pa值計(jì)算。流域前期影響雨量(Pa值)采用Pa,t+1=K×(Pt+Pa,t-Rt)遞推公式計(jì)算，并以流域土壤最大損失量(Im值)作控制。

Pa,t+1為t+1日的土壤含水量，mm；Pa,t為t日開始時(shí)的土壤含水量，mm；Pt為t日降水量，mm；Rt為t日徑流深，mm；K為日折減系數(shù)，取經(jīng)驗(yàn)值0.85。

Pa,t+1=K×(Pt+Pa,t-Rt)是對(duì) Pa,t+1= K×(Pa,t+Pt)計(jì)算公式的改進(jìn)，引進(jìn)了由于降水形成徑流而減少的土壤含水量。日折減系K的取值范圍一般在0.8～0.95之間，經(jīng)驗(yàn)取值0.85；Im為流域最大損失量，范圍一般在80～120 mm之間，Im取值100 mm；Pt為流域平均日降水量。計(jì)算Pa,t+1時(shí)從產(chǎn)生次洪降雨的前一個(gè)月算起，若流域前期干旱，初始影響雨量Pa,t取0值；若流域前期有降水，初始影響雨量Pa,t取Im/2值。

流域前期影響雨量(Pa值)的使用也有區(qū)別，洪峰形成在下午3點(diǎn)以后，Pa值計(jì)算至下午3點(diǎn)前較計(jì)算至8點(diǎn)更為合理。

2.3 檢驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 建立(P+Pa)～R關(guān)系圖

選取1984年—2004年間的實(shí)測(cè)洪水15次，計(jì)算其(P+Pa)及R值，分別點(diǎn)繪長(zhǎng)系列、5個(gè)10年系列及5個(gè)15年系列樣本的(P+Pa)～R關(guān)系圖，并通過點(diǎn)群中心定線，作為(P+Pa)～R關(guān)系圖的標(biāo)準(zhǔn)線。圖1～圖3為長(zhǎng)短系列(P+Pa)～R關(guān)系圖。

2.3.2 精度評(píng)定

單點(diǎn)評(píng)定：從圖上查得次洪徑流深R計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)值，與實(shí)測(cè)次洪徑流深R實(shí)相比較，并計(jì)算誤差 ΔR=R計(jì)-R實(shí)和ΔR/R實(shí)，當(dāng)滿足：

(1)|ΔR/R實(shí)|≤20%且|ΔR|≤20 mm；或

(2)|ΔR|≤3mm時(shí)；

點(diǎn)據(jù)評(píng)定為合格。綜合評(píng)定：合格率=合格點(diǎn)據(jù)/總點(diǎn)據(jù)×100%。

2.3.3 檢驗(yàn)結(jié)論

長(zhǎng)系列的降雨徑流合格率為92.9%；10 a系列的降雨徑流總點(diǎn)據(jù)合格率為87.5%；15年系列降雨徑流總點(diǎn)據(jù)合格率為100%。按照檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，短系列合格率與長(zhǎng)系列合格率相比，當(dāng)短系列合格率也達(dá)到60%以上時(shí)，即達(dá)設(shè)站目的。因此，降雨徑流關(guān)系檢驗(yàn)的設(shè)站年限為10 a。

3 結(jié)語

小河站設(shè)站年限檢驗(yàn)是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的工作，本文采用降雨徑流關(guān)系檢驗(yàn)法，選取1984年—2004年間的實(shí)測(cè)資料，計(jì)算其(P+Pa)及R值，分別點(diǎn)繪長(zhǎng)系列、5個(gè)10年系列及5個(gè)15年系列樣本的(P+Pa)～R關(guān)系圖，并通過點(diǎn)群中心定線，作為(P+Pa)～R關(guān)系圖的標(biāo)準(zhǔn)線。對(duì)司各莊水文站設(shè)站年限進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，長(zhǎng)系列的降雨徑流合格率為92.9%；10年系列的降雨徑流總點(diǎn)據(jù)合格率為87.5%；15年系列降雨徑流總點(diǎn)據(jù)合格率為100%。按照檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，短系列合格率與長(zhǎng)系列合格率相比，當(dāng)短系列合格率也達(dá)到60%以上時(shí)，即達(dá)設(shè)站目的。因此，降雨徑流關(guān)系檢驗(yàn)的設(shè)站年限為10年。

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