流域水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用研究

馬琰 焦鴻雁

【摘 ?要】為持續(xù)提升臨界雨量分析能力，增強(qiáng)洪水預(yù)警的科學(xué)性與有效性，文章著眼實(shí)際，依托雙曲正切流模型、單位線流域匯流模型等水文模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)地區(qū)暴雨洪水的模擬評(píng)估，旨在完成快速預(yù)警，防范安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，記錄臨界雨量，完成水文數(shù)據(jù)的積累。

【關(guān)鍵詞】臨界雨量;流域水文模型;分析機(jī)制;雨量預(yù)警;應(yīng)用策略

前言

近些年來，我國(guó)山洪災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及群眾的生命安全產(chǎn)生了極大的威脅，為管控山洪風(fēng)險(xiǎn)，將其危害性降低到可接受的范圍內(nèi)。相關(guān)部門對(duì)誘發(fā)山洪的地形地貌、地層巖性以及臨界雨量等要素進(jìn)行了深入研究，并將臨界雨量作為山洪災(zāi)害預(yù)警的重要指標(biāo)，進(jìn)行持續(xù)性的觀測(cè)。

1.臨界雨量分析的意義

對(duì)臨界雨量分析工作現(xiàn)實(shí)意義的探討，有助于相關(guān)部門、技術(shù)團(tuán)隊(duì)等主體，快速轉(zhuǎn)變理念認(rèn)知，正視其臨界雨量分析方法、結(jié)果準(zhǔn)確度的重大意義，以此為基礎(chǔ)，推動(dòng)相關(guān)流域水文模型在臨界雨量分析環(huán)節(jié)中的高效應(yīng)用。

從過往研究經(jīng)驗(yàn)來看，降水是誘發(fā)山洪災(zāi)害的主要外部動(dòng)力因素，當(dāng)區(qū)域內(nèi)降水達(dá)到一定的數(shù)量級(jí)或者強(qiáng)度，就可以誘發(fā)山洪災(zāi)害。為更好地把握降水強(qiáng)度與山洪災(zāi)害之間的關(guān)系，學(xué)術(shù)界提出了臨時(shí)雨量的概念，通過對(duì)臨時(shí)雨量的科學(xué)分析，在很大程度上，可以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)山洪災(zāi)害發(fā)生的區(qū)域、時(shí)間以及波及范圍。但是由于山洪發(fā)生區(qū)域地形地質(zhì)以及土壤巖性的影響，山洪災(zāi)害往往在較短的時(shí)間內(nèi)快速發(fā)生，因此使得臨界雨量數(shù)據(jù)的觀察周期較短，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不高，尤其部分地區(qū)缺少臨界雨量的相關(guān)數(shù)據(jù)，這種局面的出現(xiàn)，無疑推高了臨界雨量分析工作開展的整體難度。目前，對(duì)于臨界雨量的分析，主要采取降水頻率分析法、內(nèi)插法、比擬法等手段，這些分析方法，在很大程度上依賴工作人員經(jīng)驗(yàn)，分析結(jié)果往往難以達(dá)到預(yù)期要求。同時(shí)臨時(shí)雨量分析環(huán)節(jié)，還需要綜合考量相關(guān)區(qū)域的降水持續(xù)時(shí)間、地形坡度、土壤類型、植被覆蓋率等多種要素，要素條件的變化，將會(huì)使得整個(gè)流域水文形態(tài)發(fā)生改變。為提升臨界雨量分析結(jié)果的精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)全面、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，應(yīng)當(dāng)將改變?cè)械姆治龇椒?，嘗試采用流域水文模型開展臨時(shí)雨量的分析與確認(rèn)，通過模型強(qiáng)大的數(shù)據(jù)挖掘、分析以及匯總能力，解決過往臨界雨量分析中存在的問題，排除外部干擾因素的影響，增強(qiáng)臨界雨量分析的精準(zhǔn)性與可操作性。

2.流域水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用策略

流域水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用，要求工作人員從實(shí)際出發(fā)，充分利用雙曲正切產(chǎn)流模型、流域匯流模型，對(duì)臨界雨量開展全面的分析以及評(píng)估工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界雨量的精準(zhǔn)把握，為山洪預(yù)警工作的開展提供方向性引導(dǎo)。

2.1雙曲正切產(chǎn)流水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用

雙曲正切產(chǎn)流水文模型作為現(xiàn)階段應(yīng)用頻率較高的分析機(jī)制，在很大程度上，滿足了臨界雨量分析工作的開展要求，實(shí)現(xiàn)臨界雨量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)評(píng)估，對(duì)于山洪災(zāi)害的預(yù)警提供了數(shù)據(jù)支撐。該模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為R=H（t）-Ft[H（t）/F（t）];F（t）=S（-B）t+Kt;B=p/I。數(shù)學(xué)公式中R表示區(qū)域一段時(shí)間內(nèi)范圍的降水量;t表示降水持續(xù)的時(shí)間;H表示t時(shí)間內(nèi)降水量;Ft表示t時(shí)間內(nèi)，區(qū)域可能損失的降水量;S表示區(qū)域范圍內(nèi)的綜合吸水能力;B表示降水前流域內(nèi)土壤的濕度情況;P表示區(qū)域內(nèi)影響降水量的主要因素;I表示區(qū)域?qū)τ诮邓奈{能力。通過對(duì)上述要素的合理化分析與全面整合，雙曲正切產(chǎn)流水文模型，可以快速判斷影響臨時(shí)雨量的主要因素，并分析在相關(guān)因素影響下，地區(qū)降水量的變化以及可能誘發(fā)的影響，進(jìn)而評(píng)估臨界雨量。整個(gè)模型的操作難度較低，計(jì)算量較少，適合臨界雨量等數(shù)據(jù)缺乏區(qū)域的分析、預(yù)警工作，憑借自身優(yōu)勢(shì)，雙曲正切產(chǎn)流水文模型逐步成為現(xiàn)階段主流的臨界雨量分析模型，并在實(shí)踐過程中，表現(xiàn)較好的使用效果。

2.2流域匯流水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用

流域匯流水文模型是基于區(qū)域范圍降水，利用必要的演算方法，將降水?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為流域洪水的過程線，幫助相關(guān)部門更加清晰地掌握臨界雨量變化情況。目前流域匯流水文模型主要利用納什瞬時(shí)單位線，對(duì)臨界雨量開展系統(tǒng)化的觀測(cè)、計(jì)算。納什瞬時(shí)單位線將流域匯流中模擬出多個(gè)等效線性水庫，將水庫的調(diào)蓄作用納入到數(shù)據(jù)分析模型之中，通過這種處理方式，形成了完整的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，

整個(gè)模型中分別對(duì)降水量、區(qū)域面積等進(jìn)行了系統(tǒng)化分析，通過這種方式，將區(qū)域范圍內(nèi)的雨量匯總到同一模型之中，進(jìn)行全方位的考量，以獲取臨界雨量的準(zhǔn)確信息。這種臨時(shí)雨量的分析方式，較為精準(zhǔn)地反映出了區(qū)域降水、排水之間的相互關(guān)系，相互關(guān)系的梳理，使得流域水文模型姣好地實(shí)現(xiàn)降雨分析，排除了外部因素的干擾，全面、客觀地反映出臨界雨量的相關(guān)變化情況。

3.流域水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用要點(diǎn)

為確保流域水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用成效，消除應(yīng)用環(huán)節(jié)的認(rèn)知誤區(qū)，確保分析工作的有序開展，工作人員需要準(zhǔn)確把握流域水文模型的應(yīng)用重難點(diǎn)，通過參數(shù)選用、參數(shù)驗(yàn)證等手段，實(shí)現(xiàn)流域水文模型的科學(xué)化、高效化應(yīng)用。

在利用流域水文模型對(duì)臨界雨量進(jìn)行系統(tǒng)性分析過程中，工作人員需要從多個(gè)角度出發(fā)，有針對(duì)性地進(jìn)行環(huán)境要素、地理要素的梳理，將區(qū)域水文下墊面的吸水性能、導(dǎo)水性能、漏水性能以及持水性能進(jìn)行客觀分析，在此基礎(chǔ)上，明確降水過程中以及降水后的，水文分配、徑流分布等相關(guān)情況。對(duì)于水文墊面的分析，應(yīng)當(dāng)著重評(píng)估地理位置、地貌特征、地質(zhì)條件、植被覆蓋率等相關(guān)要素，在這些要素的框架下，合理劃分為下墊面的區(qū)域位置，以提升臨界雨量分析的精準(zhǔn)度[1]。以某地區(qū)為例，技術(shù)團(tuán)隊(duì)在對(duì)該區(qū)域臨界雨量進(jìn)行分析的過程中，劃定了12種影響產(chǎn)流以及6種影響匯流的墊面因素，在此基礎(chǔ)上，借助相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)水文下墊面模型的取值范圍進(jìn)行了明確，如表1所示：

通過對(duì)水文下墊面基本要素的分析，工作人員可以針對(duì)性地完善流域水文模型，確保相關(guān)參數(shù)符合實(shí)際分析評(píng)估的基本要求。例如在參數(shù)選擇過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)下墊面產(chǎn)生匯流作用的要素情況，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)，將匯流過程更為精準(zhǔn)地呈現(xiàn)出來，以此保證區(qū)域山洪災(zāi)害發(fā)生評(píng)估的精準(zhǔn)度。

4.結(jié)語

流域水文模型在臨界雨量分析中的應(yīng)用，可以在較短的時(shí)間周期內(nèi)，快速獲取降水?dāng)?shù)據(jù)，獲取臨界雨量的基本情況。為更好地發(fā)揮流域水文模型的分析作用，文章多角度出發(fā)，積極探討流域水文模型在臨界雨量分析中應(yīng)用的路徑與方法，旨在構(gòu)建起完備的分析機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟曉燕.基于中國(guó)山洪水文模型的動(dòng)態(tài)臨界雨量研究及應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技，2019（2）：131-132.