降雨径流量预报在长汀子水文站的应用

李孝鹏

(黑龙江省牡丹江水文局，黑龙江 牡丹江 157000)



降雨径流量预报在长汀子水文站的应用

李孝鹏

(黑龙江省牡丹江水文局，黑龙江 牡丹江 157000)

摘要：根据降雨做预报是水文预报中的一个重要方法，根据由降雨预报径流包括产流与汇流两个部分。长汀子水文站位于牡丹江左岸支流海浪河中游，是海浪河唯一一个建站较早、资料较全的国家基本水文站，具有至2004年的降水、蒸发、水位、流量等观测资料，集水面积2 424 km2，距河源130.1 km，距河口76 km，该水文站是海林和牡丹江市防洪抗旱指挥决策的重要水情信息依据站。文章选用长汀子水文站1956—2004年共48 a资料编制降雨径流量预报方案，为防汛抗旱提供可靠、科学的依据。

关键词：产流；汇流；流域蓄水量；产流量；径流深；基流；单位线

1基本概念

在中小流域的水文站中，上游通常没有控制河道上游来水的水文站，即使有水文站，也因径流汇集较快，无法获得较长的预见期，在大流域用相应水位或流量演算法做预报，也常常遇到要根据降雨计算区间入流的问题，因此，根据降雨做预报，虽然牵涉到流域上径流的产生和汇集等一系列复杂的水文过程，但仍是水文预报中的一个重要方法。由降雨预报径流包括产流与汇流2个部分。

下面以长汀子水文站为例介绍一下降雨径流量预报的实际应用：

2预报方案编制

长汀子站设于1952年，1956年6月改为流量站，观测项目比较齐全，至2004年共积累降水、蒸发用水位资料为48 a。长汀子水文站位于牡丹江左岸支流海浪河中游，是海浪河唯一一个建站较早、资料较全的国家基本水文站，具有至2004年的降水、蒸发、水位、流量等观测资料，集水面积2 424 km2，距河源130.1 km，距河口76 km，该水文站是海林和牡丹江市防洪抗旱指挥决策的重要水情信息依据站。

3产流部分

从长汀子站以上流域特性看，除了个别年份(前期比较干旱)有超渗产流现象外，大部分是属于蓄满产流，我们进行产流分析时，确定该流域为蓄满产流。

降雨径流计算采用下列公式：

Wm′=(1+b)Wm

当P+a

当P+a≥Wm′，

R=P+W0-Wm

(1)

式中：Wm′为蓄水量中最大值；b为反映流域内蓄水容量不均匀系数；R为径流深；P为降雨量；W0为流域前期蓄水量；Wm为流域平均最大蓄水量。

3.1产流参数的选用

最大初损值Im的选用：根据长汀子站历年资料，我们选用了1957年6月17—25日的资料做为典型年进行lm分析。6月17日Pa为23.3mm，6月17—23日降水量为139.1 mm，相应产流量为62.0 mm，雨期蒸发量为21.2 mm。

依据水量平衡原理：Im=P+Pa-R-Es

Im=79.2 mm，因此，选用lm为80mm

b的选用：根据流域特点，选用b为0.30。

3.2流域逐日降水量、蓄水量及产流量的计算

在产流方案中，从48 a流量资料中选用了52次孤立洪峰及峰形较好的复式洪峰(分大、中、小水)参加计算。

流域逐日平均降水量计算：采用流域内的五处雨量站，进行面积加权法计算。

流域蓄水量Pa的计算及产流量R：流域内包气带土壤含水量的变化是影响降雨形成径流过程的一个主要因素，但又没有全流域土壤含水量的实测资料，只能用间接的方法求得流域前期蓄水量Pa：

有雨时：Pa,t+1=K(Pt+ Pa,t)；无雨时：Pa,t+1=K Pa,t

令5月1日Pa=Im/2,当Pa,t+1≥Im时，则以Pa,t+1=Im为控制。

K为土壤含水量折减系数，通过各月蒸发能力来进行计算，用E601型蒸发器观测的资料，将历年各月最大蒸发量的均值，做为各月流域蒸发能力，来进行计算K值，没有E601蒸发资料的年份，用φ20 cm蒸发资料乘以换算系数，换算成E601蒸发资料。

换算系数是根据长汀子站1964年、1965年5—9月φ20cm同E601同时观测资料，并参考海浪河水系蒸发换算系数分析确定的，具体见表1。

表1　φ20与E601换算系数表

用此来计算流域的蓄水量Pa。通过计算得计算径流深R，同相应实测径流量比较误差较小又没有系统误差，即合格率最高。此时采用的K值即为所求。详见表2。

表2　5—9月E601最大平均值表

实测径流深的计算：1956年洪水是有实测资料记载以来的第1位洪水，但只有水位而没有实测流量资料，由于长汀子站历年水位流量关系比较稳定，我们用1957、1960年综合水位流量关系推求出1956年流量资料，1957年以后均有实测资料[2]。

基流的分割：本方案用综合退水曲线，将前次洪峰过程和本次洪峰退至基流，然后平割基流。根据当年汛期最小流量，其范围在15～30 m3/s。前期比较干旱的年份基流采用15 m3/s，一般水年份基流采用20 m3/s。前期较丰水年份基流采用30 m3/s。从起涨到落平一般控制15～20 d。

综合退水曲线的采用：本站综合退水曲线采用的是退水曲线的外包线。参照相应的降水量产生的径流，进行前峰退水及峰后雨造成的径流分割，退至基流为止。

实测径流深R的计算公式为：

R实=3.6×∑QIΔt/A

(2)

式中：R实为实测径流，mm；3.6为1h换算系数；∑QI为时段径流量之和，m3/s；A为流域面积，km2；Δt为时段，h。

根据水利部颁发的《水文情报预报规范》中，将R实与同次降水计算出的R计进行比较，其误差在R实的20%以内即为合格，上限误差>20 mm时，以20 mm为上限，许可误差<3 mm时以3 mm为下限，本次计算共75个点据60次合格，方案的合格率为60/75×100%=80%，为乙级方案。见相关因素统计表。

4汇流部分

由于暴雨洪水资料较少，我们从历年实测资料中选出1956、1957、1960、1964、1965、1971、1972、1989、1991、2000、2001年共12次洪水，进行单位线分析。由于流域集水面积小，较大洪水时，雨量分布均匀，下垫面也较为一致，所以不进行分块计算，又考虑应用时主要是预报洪峰值及主要过程，所以没有进行水源划分，把地面径流和壤中流合并起来进行汇流计算。

流域平均时段净雨量计算：由于1956、1960年流域内只有出口断面长汀子一处雨量站，代表性较差，计算时段雨量时，引用了流域外的雨量站并结合吉林省水文图集，勾绘等值线图，用等雨量线面积加权法进行日雨量计算，然后利用附近有时段雨量资料的站按比例分配，求得流域时段雨量，1957年由于降雨量分布均匀，计算时段雨量采用算术平均法，其余年份流域内雨量站较多，用面积加权法求出时段雨量。采用降雨量开始时的Pa，用累积时段雨量法计算净雨过程。

地面径流量计算：用综合退水曲线结合时段雨量进行前峰退水及峰后雨造成的径流分割，退至基流后，把地面及壤中流合并计算出地面径流量。

单位线计算：单位线时段Δt选取采用6 h，Δt=(1/2～1/4)tP，能满足推算地面径流过程的要求，根据时段净雨及假定单位线，求出地面径流过程，并与实测径流过程拟合，着重于峰值及其附近过程的吻合，此假定的单位线即为所求的单位线。

表3　海浪河　长汀子站降雨径流相关因素统计表

注：本站集水面积：2424 km2；方案合格率：60÷75×100% =80.0%；为乙级方案。

5结语

1)产流部分有几处误差偏大，原因主要是峰量较小、雨量分布不均匀等所致。

2)本方案在应用时，因本流域较小，暴雨中心不明显，主要是根据雨型及其时空分布与单位线原型进行对照，近似于降雨过程对应的单位线就利用其单位线进行作业预报。由降雨预报径流包括2个部分：①一次降雨可以产生多少径流量；②这些径流量在流域出口断面将形成的过程，即产流和汇流，这两种现象实际上是相互交错不可分割的，在预报工作中也是联系在一起的。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部水文局.水文预报[M].北京：水利电力出版社，1984：26-71.

[2]中华人民共和国水利部.水文情报预报技术手册[M].北京：中国水利水电出版社，2010：50-100.

中图分类号：TV121.2

文献标识码：B

[作者简介]李孝鹏(1988-)，男，黑龙江林口人，助理工程师，从事水文测站工作。

[收稿日期]2015-09-18

文章编号：1007-7596(2016)01-0094-03