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产流量预报

2020-04-09 21:00

根据流域内一次降雨过程,预报相应的径流量。降雨中不转化为径流的一部分雨水,称为损失,主要包括截留、洼地填蓄、土层吸水和雨期蒸散发。降雨扣除损失后即为径流量。产流预报的关键是如何估算降雨损失。

由于流域水文系统固有的空间不均匀性和时间非平稳性,降雨产流过程十分复杂。野外的大量观测和试验研究结果表明,产流机制主要有3种类型:①超渗地表径流,这一概念首先由霍顿(Horton,R. E.)于1933年提出。认为当降雨强度超过下渗能力时即产生超渗雨,超渗雨沿坡面流动汇集,形成地表径流。②饱和地表径流,即直接降落在永久性河系水面及其邻近的饱和面上的降雨。③壤中流,因土壤中存在植物根系洞穴、裂隙等较大的通道,导致雨水通过未饱和的土壤汇集。对于一个给定的流域,前期土壤湿润状况对降雨产流有着重要影响,在估算损失时应着重考虑和研究。

降雨产流预报中,流域降雨量为输入,产流量为输出。流域降雨量以流域面上的平均雨深计。产流量的计算系根据流域出口控制站的实测流量过程。先将前期洪水未退完的水量划分出去,再按地下水的消退规律,分割出地下径流量,所余部分即为本次降雨所对应的地表径流和壤中流的产流量,又称直接径流。

鉴于降雨产流过程的复杂性,不能对每一环节都用数学物理方程定量描述,实际预报常作某些假设和简化,以求最终结果尽量逼近流域原型输出。产流量预报的主要途径和方法有降雨径流相关、下渗扣损、概念性模型。

降雨径流相关

通过一定的物理成因分析,将降雨、径流与最主要的影响因素建立经验相关关系。例如,以前期影响雨量为参数的降雨径流相关法,或进而考虑降雨强度、历时及季节等因素的多参数降雨径流合轴相关图,或者以起涨流量作为流域土湿指标的降雨径流相关图。前期影响雨量是表示流域前期湿润状况的一种间接指标,也称前期降雨指数(API),由前期降雨量乘折减系数逐日递推计算确定。降雨径流相关法,开始出现于20世纪40年代,数学上属一元或多元非线性回归,既考虑影响径流的主要因素,又反映流域降雨产流的非线性特性,方法简便,有一定的精度,在实际预报中广泛应用。但因属经验相关,严格来说,只能用于内插,不可外推。

下渗扣损

在降雨损失中,通常土层吸水所占比例最大,下渗是径流形成的主要环节。因此可按霍顿下渗理论和概念,根据实际资料,采用分析法或损失累积曲线等方法,推求下渗曲线,据此,从降雨过程中扣除下渗部分,推得产流量。将下渗过程概化为初损、后渗两部分,分别从降雨过程中扣除。还可在初损后损法基础上,引进产流区概念,利用实际资料建立产流区的时段平均下渗曲线,进行产流计算,称为产流区扣损法。

概念性模型

将降雨产流过程,包括降雨、蒸散发、截留、填洼、地表径流、壤中流、地下水等,分成若干个子过程,每个子过程用一定的数学关系式加以定量化,再按各部分因果关系组合成概念性模型。模型中的参数,利用实际资料通过计算机率定后,即可用于作业预报。20世纪60年代和70年代前期,这类模型大量涌现,如美国的斯坦福模型、萨克拉门托模型及日本的水箱模型。中国的蓄满产流模型于60年代提出,认为中国南方湿润地区,雨量丰沛,地下水位较高,包气带不厚,包气带缺水量相对易于满足。该模型假定流域上某一点的雨量在满足包气带缺水量后,就变成径流(包括地表径流和地下径流)。包气带缺水量的空间分布,则以流域蓄水容量曲线表示,曲线的线型用抛物线方程或指数方程。

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