河北省廊坊水文水资源勘测局 河北廊坊 065000
摘要:河北省坡底水文站属于国家水文基准站，目前积累了40多年的水文测验资料。本文对该小流域的降雨径流关系进行了分析，推求了该流域的降雨径流关系、流域下渗系数及流域汇流系数等指标，为区域水利工程规划提高了宝贵数据。
关键词: 小流域；降雨径流关系； 下渗系数；汇流系数
1、流域概况
河北省坡底水文站属于海河流域，该站设在子牙河水系沙河路罗川上。流域集水面积283km2, 主河道长26.8Km ,流域坡度15.2‰，流域宽度10.6Km。流域面积小，源短流急，水位暴涨暴落。断面以上都是支流小溪，河网密度大。属于季节性河流，洪水多发生在6—9月份，多数发生在七月下旬至八月上旬。本站位于深山区，断面以上山峰叠起，地势起伏，一般在海拔400—1000m,个别山峰高达1700—1800m。山间部分零星土地主要种植小麦、大豆、玉米及谷物。由于连年绿化，封山育林。无荒山秃岭，植被较好。土质以黄、黑土为主。
2、降雨径流分析法
以1973年建站至2004年间各场洪水的降雨径流资料为基础，绘制降雨～径流关系图。
2.1资料选用情况
（1）雨量站分布情况介绍
坡底站以上流域共设配套雨量站11个，各雨量站所占权重见表1。
（2）洪水过程、降雨过程及日降雨量的选用情况
洪水过程：选用建站以来具有代表性的实测各级洪水过程，包括大、中、小洪水，为方便地下水分割应尽量选择峰后无雨的单峰型洪水。 时段降雨量：选择流域内与所选洪水资料对应且代表性较高的单站降雨资料。日降雨量：为计算前期影响雨量，选择自6月1日开始至所选雨洪资料之间的单站日降雨量。
为了在汇流参数检验时不再重复选择雨洪资料，并且使计算结果具有代表性，根据推理公式的基本形式及产生的环境，选择降水及洪水过程为单峰的资料。选择降水量大、持续时间长、洪峰流量及径流量级比较大的资料。选择短历时超强单峰降水形成的典型尖瘦型纯超渗产流雨洪资料。洪水过程：选用建站以来具有代表性的实测洪水过程，包括“63.8”、“96.8”、2019年“7.19”两次特大洪水和其它中、小洪水（单峰）共20场洪水过程。
2.2次洪降雨量计算
选择降雨时段为1小时，根据各站权重采用算术平均法计算流域逐时段面降雨量。
为减少工作量，不再制作退水曲线，用目估法确定退水分割点，根据起涨点、退水拐点及洪水过程线包围的面积计算次洪径流深[1]。计算公式为：
地面径流深Rs、地下径流深Rg的计算同次洪径流深R。
2.3流域前期影响雨量计算
（１）日雨量计算
根据坡底、 路罗、大戈廖、杨庄、清沟、五花、芝麻峪、前坪、白岸、大西庄、王三铺11个单站日雨量资料及各站所占权重，采用加权法计算面平均降雨量。
（２）Pa值计算
流域前期影响雨量(Pa值)采用Pa,t+1=K*(Pt+Pa,t-Rt)递推公式计算，并以流域土壤最大损失量（Im值）作控制。
Pa,t+1=K×(Pt+Pa,t-Rt)是对 Pa，t+1= K×(Pa，t+Pt)计算公式的改进，引进了由于降水形成径流而减少的土壤含水量。日折减系K的取值范围一般在0.8～0.95之间，经验取值0.90；Im为流域最大损失量，范围一般在80～120mm之间[2]，Im取值100mm。Pt为流域平均日降水量。计算Pa，t+1时从产生次洪降雨的前一个月算起，若流域前期干旱，初始影响雨量Pa，t取0值；若流域前期有降水，初始影响雨量Pa，t取Im/2值。
2.4建立(P+Pa)～R关系图
选取1973年～2004年间的实测洪水20次，计算其(P+Pa)及R值，分别点绘长系列、10年系列、15年系列、20年系列、25年系列样本的(P+Pa)～R关系图，并通过点群中心定线，作为(P+Pa)～R关系图的标准线。绘制长短系列(P+Pa)～R关系图。
2.5计算结论
以1973年建站至2004年间各场洪水的降雨径流资料为基础，绘制降雨~径流关系图，计算其合格率以相对误差低于20%为标准进行比较，合格率为65%。
3、稳定下渗率计算
以降雨径流资料为基础，计算1973至2004年间所选择符合条件洪水稳定下渗率的平均值ƒc标.
3.1 资料选用情况
稳定入渗率是指土壤含水量接近饱和后单位时间内的土壤稳定下渗量，所以稳定入渗率ƒc只存在于蓄满产流之中。从现有的降雨径流关系资料中选择16场降水量大、持续时间长、洪峰流量及径流量特别是地下径流量占总径流量比重较大的单峰型洪水资料。
3.2 计算方法
根据降雨量、降雨强度的大小、持续时间长短及前期土壤含水量等特性的不同，在计算稳定入渗率ƒc时采用相应方法，计算方法采用前推法。
对于降水量大，持续时间长，但是洪峰起涨前土壤含水量未达流域最大损失量（Im值）时，采用前推法。
如图1所示，绘制峰型对应的时段降雨与洪水过程线图P～t、Q～t，从降雨时段末起往前推计算累计降雨量（净雨），使其等于总产流量，即：P计=Rs+Rg，图中C、D段之间的累计降雨所对应的时段为产流历时，用ƒc从CD之间的降雨柱状图上切割，则阴影部分为下渗量，稳定下渗率ƒc计算公式如下：
ƒc =( P计- Rs)/ tc
注：根据ƒc在降雨柱状图上的切割位置，如果ƒc值均小于时段降雨，那么直接用上述公式计算；如果ƒc值大部分小于时段降雨，个别几个时段大于时段降雨，则说明这几个时段不产流，计算时应该从P计中减去不产流的时段降雨，从tc中减去不产流的时段降雨所对应的时间，然后用上述公式计算即可。
3.3 计算结果分析
长系列1973年建站开始至2004年间选择适合计算稳定下渗率ƒc的洪水累计16次，经计算ƒc的变化范围在0.8～5.4之间，长系列稳定下渗率ƒc平均值为3.2 mm/h.。
4、汇流参数m计算
选择自1973建站至2004年间洪水资料，分别计算汇流参数m，点绘Qm/F～m关系图，通过点群中心做一曲线作为标准曲线，计算其合格率，合格率大于60%时，求出稳定的汇流参数m值。由于大水次数较少，不再做长短系列汇流参数m值的比较。
4.1 资料选用情况
利用推理公式计算汇流参数m=0.278L/（τJ1/3Qm1/4）适用于土壤含水量较大、能出现蓄满产流时的情形，所以在分析计算汇流参数m值时，所选资料必须是降雨及洪水量级均较大的水文资料。
4. 2计算方法
采用推理公式法：m=0.278L/(τJ1/3Qm1/4)
式中：τ为汇流历时，单位为小时，L为河长，单位为公里，J为流域坡度，Qm为净峰流量。
（一）判别汇流方式：
当Rs/tc＞Qm /0.278F时，流域为部分汇流。
当Rs/tc≤Qm /0.278F时，流域为全面汇流。
（二）m值计算
首先计算τ值，然后计算m值。
（1）当部分汇流时：τ=0.278RsF/Qm，直接用公式计算τ值，然后代入m计算公式求得m值。
（2）当全面汇流时：τ=0.278RsτF/ Qm，因Rsτ未知，需试算或图解求τ值，然后代入m计算公式求得m值。
(3)τ值计算采用试算法
假设汇流历时为τ，用求出的稳定下渗率ƒc分割地下径流，将τ历时内的地表径流Rsτ累加（从降雨柱状图的最大降雨产流往两边计算，求出Rsτ），计算ΣRsτ/τ。若ΣRsτ/τ= Qm /0.278F，则Rsτ即为所求，否则重新试算。将Rsτ值代入公式即可求得τ值。
4.3 计算结果分析
（1）对14次洪峰流量较大的的洪水资料进行汇流参数计算。
（2）点绘净雨量Qm/F与汇流参数m的关系图，通过点群中心定线作为标准线，见图4-1。由图可知， Qm/F与汇流参数m的关系点距在高水时散乱，以单点的相对误差作标准，≤25%为合格，计算其合格率。经分析长系列计算稳定汇流系数m为1.98。
参考文献
[1]史培军，宫鹏,等.土地利用/土地覆盖变化研究的方法与实践[M].北京：科学出版社，2000。
[2]李昌峰，高俊峰.土地利用变化对水资源影响研究的现状和趋势[J].土壤.2002。
[3]范世香，裴铁播，森林对地表径流影响的模拟实验初探.水科学进展，[J]，1992。
论文作者:关红玉
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第04期
论文发表时间:2019/6/21
标签：径流论文; 流域论文; 洪水论文; 雨量论文; 资料论文; 时段论文; 降雨量论文; 《工程管理前沿》2019年第04期论文;