摘要：西巴漏河南起济南垛庄水库，北入小清河，是典型的山溪型河流，河流受降雨影响最大，为更好的研究区域产流机制，通过流域内四处雨量站、两处流量监测站两年的资料进行分析，选着适合本流域的产流计算模型。
关键词：产流计算模型；产流系数；误差评定
Abstract: xi ba lou river from Henan to ji nan duo zhuang reservoir, North into xiaoqing river, is a typical mountain stream river, the river is the most affected by rainfall, in order to better study the regional production mechanism, Based on the data of four rainfall stations and two flow monitoring stations in the river basin for two years, a suitable flow calculation model was selected.
Key words: flow calculation model; Flow coefficient; Error assessment
一、引言
西巴漏河，源于济南市章丘区垛庄镇，主河流经埠村、山后寨、枣园等乡镇，至绣惠镇金盘村汇入绣江河，全长68.8km。其主要支流有：发源于曹范乡的横河、大冶河，发源于文祖镇的大寨河。流域总面积537Km2。本文分析的产流区域位于西巴漏河南段（垛庄水库至月宫桥），流域产流面积66.9Km2 ，此区域位于济南南部山区，河道两侧为山脉，流域内有雨量站四处（官营、北麦腰村、南垛庄、北明桥），流量监测断面两处（北明桥和月宫桥）。多年平均年降雨量650 m m左右，且多集中在7、8、9三个月，其降水量占全年降水量的75%左右。受季风影响，降雨量由东南向西北递减，且多以暴雨形式出现。
通过流域内布设的官营、北麦腰村、南垛庄、北明桥雨量站资料，分析探索流域内的产流机理，从而推求产流计算模型。
二、流域产流机理
流域产流，目前能够解释其形成物理条件的径流成分只有超渗地面径流、饱和地面径流、壤中水径流和地下水径流4种。这些径流成分中能够汇集至流域出口断面的部分就组成流域产流量。与组成它的产流成分不同，流域产流量是可以直接测验的。根据径流形成原理，流域产流量服从次降雨包气带水量平衡方程式。
对只有一个相对不透水层的包气带：
当降雨强度大，能超过地面下渗能力，但历时短，仅能使包气带上层带到田间持水量时
P=E+(Wmu-Wou)+(Wd-Wol)+R
R=Rs+ Rint
当降雨强度大，能超过地面下渗能力，且历时长，能使整个包气带达到田间持水量时
P=E+(Wm-Wo) +R
R=Rs+Rint+Rg
以上公式中，Wou、Wmu分别为包气带上层的初始流域需水量（mm）、达到田间持水量时流域蓄水量（mm）；Wo 为初始流域蓄水量（mm）；Wm 为包气带达到田间持水量时流域蓄水量（mm）；Wd、Wol分别为包气带下层的初始流域蓄水量（mm）、雨止时刻流域蓄水量（mm）；Rs 、Rg分别为超渗地面径流和滴啊下水径流中能汇集至流域出口的部分（mm）；Rint为壤中水径流能够汇集至流域出口断面的部分（mm）；其他符号意义同前。
三、流域产流模式
有流域产流机理发现，影响流域产流量的因子与其组成的径流成分有关。尽管流域产流量的组成情况可分为多种，但从影响流域产流量的因子来看却只能归纳为两种情况：一是影响因子为P、E、Wo；二是影响因子为P、E、Wo、i。
若流域产流量与降雨强度无关，则其一定包括地下水径流，地面径流可以为超渗地面径流，也可以为饱和地面径流，还可能包括壤中水径流。
若流域产流量与降雨强度有关，则其一定不包括地下水径流，地面径流一般为超渗地面径流，也可以为饱和地面径流，可以包括壤中水径流。
这两种模式就是我们传统意义上的“蓄满产流”模式和“超渗产流”模式。因此，区别两种产流模式的是影响流域产流量的因子，而不应将它们与产流机制或产流物理条件混淆。
四、西巴漏河流域产流模式的资料准备
1、资料的选取
2016年7月21日-24日西巴漏河流域出现强降雨后的两测流断面资料，如下表
2018年6月25日-27日和8月19日-22日西巴漏河流域出现两场强降雨后的两测流断面资料，如下表
2、参数计算
1）产流面积Fc:针对本流域特征，认为降雨量小于5mm不产流。因雨量站建站时间不等，故按不同时期雨量站数划分泰森多边形，在该流域外选清泉、大北头、卢张、三德范、大冶5个雨量站。若某雨量站在次雨洪过程中降雨量小于5mm，则将该雨量站所代表面积予以扣除，依此计算产流面积。
2）面雨量P:计算出产流面积后，按泰森多边形加权平均求产流面积上的面平均雨量，即为面雨量P。
3）径流深R:由实测次洪水过程割除地下径流，得到地面径流过程。切割地下径流时以洪水明显起涨点为起点，退水拐点为终点连、一直线，直线以下即为地下径流，予以扣除。退水拐点的确定近三年的3场洪水过程拐点较明显的场次分析得知，以拐点流量占洪峰流量的10%左右夹确定较合理。将斜直线以上径流总量除以产流面积，即得本次降雨形成的径流深。
4）前期影响雨量Pa:
（1）
式中 t－－本次降雨前天数，计至20d；
－－土壤含水量折减系数，统一取
=0. 85；
－－第7日降雨量与其所产生的径流深之差。
计算中，当
>
（土壤最大缺水量）时，取
=
。西巴漏河流域取
=120mm 。
五、西巴漏河流域产流模式的选择
1、Philip公式产流计算
t （2）
（3）
式中
－－下渗率(mm/h)；
－－土壤最大缺水量；
－－前期影响雨量(mm)；
－－时间(h)；
－－入渗系数；
－－稳渗率(mm/h)。
参数
，
采用网格法和模式搜索法编制True Basic计算程序进行优选。各场次洪水参数最佳值由误差函数即目标函数（OF）最小来确定。
式中
－－第i场洪水实测径流深(mm)
－－第i场洪水计算径流深(mm)
对
，
参数优选值进行拟合，并由拟合式所得值计算径流深，进而计算产流量，以检验拟合式准确度及模型计算精度。
参数拟合式为:
分散型（部分面积产流），以
为参数。由下式确定:
（4）
（5）
采用分散型（部分面积产流）公示，进行推求后，产流系数为1.09。
以计算径流深所得的产流量绝对误差小于等于3%为合格标准，进行Philip分散型公式产流计算误差评定，所得结果如下表：
该公式计算合格率为46.7%。
2、南京水文所公式（NRIHM）
流域空间平均损失率曲线与流域损失率空间分布曲线相结合，构成南京水文所产流计算模型，根据降水强度大于损失强度的原则进行时段产流量计算。在以地表径流为主的地区，采用一层模型，壤中流较丰富的地区采用两层模型。
一层模型采用两种损失率曲线（Philip下渗曲线与Horton下渗曲线）和两种损失率流域分布曲线（n次抛物线型与e指数型），按全流域分配曲线及部分流域分配曲线的不同组合，构成8种产流模型。对半干旱半湿润地区，采用稳渗率为零的Philip曲线与n次抛物线型的损失率全流域分布曲线相结合的产流计算模型较适宜，其计算式为：
（6）
式中 
－－时段产流量(mm )；
－－时段降雨量(mm)；
－－计算时段(h)；
－－t时刻下渗量(mm) ；
－－（
）时刻下渗量（mm）。
当t为计算起始时刻，则相应的
为土壤前期影响雨量
。当
时，则有
具体计算时选取计算时段
=1h，取
=0.3，参数A可编制True Basic程序由计算机确定。
最终确定参数A拟合式为:
分散型（部分面积产流）
采用分散型（部分面积产流）公示，进行推求后，产流系数为1.15。
以计算径流深所得的产流量绝对误差小于等于3%为合格标准，进行南京水文所分散型公式产流计算误差评定，所得结果如下表：
本模型计算合格率为70.0%。
3、SCS模型
SCS模型降雨径流基本关系为:
（7）
式中
－－降雨量（mm）；
－－径流量（mm ）；
－－初损（mm）；
－－扣损量（mm）；
－－流域当时可能滞留量（mm）。
对一次降雨，按水量平衡原理
=
+
+
，并考虑初损未满足时不产流，得:
（8）
式中参数
影响因素复杂，变化幅度大，不便取值。为此，模型制作者引入一元因次参数
，称曲线编号（Curve Number）。并规定:
（9）
是反映降雨前流域特征的一个综合参数，与流域前期土壤湿润状况（AMC）、坡度、植被、土壤类型和土地利用方式有关。实际应用时，根据流域特征，查得
值，求出流域平均的
值后，可由次降雨求出产流量。
对我国半干旱半湿润地区，用前5天雨量作为前期土壤湿润程度的判定标准不很贴切，宜用前期影响雨量划分。统计各场次雨洪前期影响雨量，综合分析得流域AMC等级及相应的各种地类
值表。如表1、表2。
表1 AMC等级表（生长期）
表2 CN值表
注：表1、表2适用于砾质、砂质丘陵区。
西巴漏河流域土地类型及土地利用状况，2016-2018年有关部门进行了调查，其基本情况见表3。
表3 土地利用状况
应用上述成果，进行产流计算，采用SCS模型公示，进行推求后，产流系数为1.13。
以计算径流深所得的产流量绝对误差小于等于3%为合格标准，进行SCS模型公式产流计算误差评定，所得结果如下表：
SCS模型公式产流计算结果
其结果表明，本模型计算合格率为56.7%。
结论
文中采用三种特色各异的方法进行了西巴漏河流域产流计算。各方法计算合格率是Philip分散型公式为46.7%，SCS模型为56.7%，南京水文所分散型公式为70.0%。
SCS模型充分考虑了流域下垫面特点，Philip公式应用较广，对均质土壤适用性很好，南京水文所公式（NRIHM）从流域水文尺度观点出发，将流域损失率的空间分布与流域下渗损失曲线结合（即n次抛物线型的损失率全流域分布曲线与Philip型下渗曲线相结合）进行产流计算，模型弹性较大，适用性较好。加之较好地处理了西巴漏河流域产流参数的综合，模型在该流域计算精度较高。
据此，推荐南京水文所公式（NRIHM）为西巴漏河流域产流计算模型。
参考文献
[1]朱晓原,张留柱.水文测验实用手册[M].北京:中国水利水电出版社,2013.
[2] GB50179-2015,河流流量测验规范[S].
[3]SL247-2012,水文资料整编规范[S].
作者简介
张明（1981-），男，山东济南人，工程师，本科，主要水文水资源管理工作。
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论文作者:张明1,尚耐会2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：径流论文; 流域论文; 雨量论文; 模型论文; 流量论文; 河流论文; 水文论文; 《基层建设》2019年第10期论文;