大伙房流域降雨径流模型

大伙房流域降雨径流模型

大伙房流域降雨径流预报模型又简称“DHF ”模型，该模型于1973年由辽宁省大伙房水库管理局刘爱杰、王本德等人提出，至今已使用30余年，为水库洪水调度做出了很大贡献。

“DHF ”模型是适用于我国湿润地区的超渗产流模型，目前已在辽宁省多个水库的水情自动测报系统中使用，效果较好。

建立在“DHF ”模型基础上的降雨径流预报方案，在大伙房流域经过调试和精度验证后进行使用，在使用中平均精度令人满意。尤其在“957”特大洪水调度中，发挥了显著作用，准确预报出了第一非常溢洪道溢流时间和水库最高库水位，为省防制定调度决策提供了科学依据，使水库工程发挥了强大的调蓄作用，最大限度地配合了下游抢险，共减免下游直接经济损失74.89亿元。

“DHF ”模型由两部分组成，一是八参数超渗产流计算模型，引用双层入渗曲线进行扣损计算，并以抛物线描述表层蓄水量和下层渗率的分布状况；二是八参数变强度、变速度的经验单位线汇流计算模型，参数随降雨分布而变，采用“前期影响净雨”描述汇流速度的变化。这是一个集总的概念模型，模型的参数多半在满足其物理意义的前提下确定，只有6个需要优选法选定或试错法确定。

1 大伙房模型概化流程

流域下垫面分为表层、下层和地下水蓄存三部分，计算流程如图10-1所示。

2 大伙房模型产流计算

产流模型将下垫面分为表层，下层和深层三部分。表层土壤中的张力水蓄量与植物截流、填洼储存合称表层蓄水量a

S ，其极值为表层蓄水容量

S ；下层土壤中的张力水蓄量称为下层蓄水量a

U ，其极值为下

层蓄水容量

U ；地下水储水层的蓄水量以

a V 表示，其极值为地下水库蓄水容量

V 。

图10-1 大伙房产流模型概化流程图

其中：

S 0-表层蓄水容量； U 0-下层蓄水容量；

D 0-下层蓄水容量（U 0）与地下水库蓄水容量（V 0）之和； g-不透水面积占全流域面积之比值； K c -流域蒸散发能力与大水体蒸发量的比值； A-表层蓄水容量曲线形状参数； B-下渗率抛物线分配曲线形状参数； K-下层下渗曲线曲率；

2.1 不透水面积上的径流计算

根据上面的流程图，不透水面积上直接产生径流，通过下式来计算：

c E

y g P =* （1）

/E D C R P P E P K E C

=-=- （2）

式中P 为时段降雨量，KC 是流域蒸散发能力与ER 大水体蒸发量的比值，C 为日降雨观测的时段数，g 为流域不透水面积占总流域面积的比值。

2.2 地面壤中流的计算

地面壤中流通过下式计算

u y R f

=- （3）

2.2.1 表层扣损R 的计算

当

m C S P aS +<时，

000(1()/())a

C a m C R P S S S S P aS =+-+-+ （4）

当

m C S P aS +≥时，

0()

C a R P S S =-- （5）

式中Sa 是表层流域平均蓄水量，Sm 是相应于Sa 的点蓄水量；a 为曲线形状参数。Sm 和Sa 由下式计算得到：

1/001(1/)a m a S aS S S ⎡⎤

=--⎣⎦ （6）

[]

/1(1/)a M m M S S a S S =-- （7）

式中

M

S 为表层点最大蓄水量，当

m M S S =时，则

a S S =，并有

M S aS = （8）

其中

C

P 通过下式来计算：

C D C

P P E y =-- （9）

2.2.2 下渗计算

时段平均总下渗率f 与a D

的关系:

10()

a f Z D D =- (10)

时段平均下层下渗率

u

f 与

a

D 的关系:

20()

u a f Z u u =- (11)

其中

2

00

2

/121;1k tu D k t

Z e Z e --=-=-，

1

k 和

2

k 的关系如下:

1200

/k k u D = (12)

1

k 和

2

k 分别是反映总下渗和下层下渗曲线曲率系数；

a D 是

a

u 的函数，二者的关系式如下:

00

/001(1/)u D a a D D u u ⎡⎤=--⎣⎦

(13)

D 是下层蓄水容量

u 与地下水库蓄水容量

V 之和。

2.2.3 径流深计算公式

总径流y 的计算公式：

2202020()1B

n a Z u R y R Z u u Z u Z Bu ⎡⎤

+=+-+-⎢⎥

⎣⎦ (14)

当

220

n R Z u Z Bu +≥时，得

20()a u

y R Z u u R f =--=- (15)

地面壤中流u

y 的计算公式：

当

110

n Z D R Z BD +<时，

00/11001110

(1/)(1)

u D B

n u a Z D R y R Z D u u Z D Z BD +=--+-

(16)

当

110

n Z D R Z BD +≥时，

00

/100(1/)u D u a y R Z D u u =-- (17)

n

D 和

n

u 通过下列两式计算

00/()

001(1/)u BD n a D BD u u ⎡⎤=--⎣⎦ (18)

1/001(1/)B n a u Bu u u ⎡⎤=--⎣⎦

(19)

地下径流

L

y 的计算：

L W L y K R = (20)

其中W

K 为

L

y 与

L

R 之比值，在干旱地区L

R 全部渗入深层，不形成地下径流，则

W K =；在湿润地

区

L

R 全部形成地下径流流入河道，所以

1

W K =。

L

R 为地下水库下渗强度，为总径流与壤中流之差，即：

L u

R y y =- (21)

2.3 大伙房模型蒸散发计算

（1）当降雨量超过流域蒸发能力时，即净渗雨强0

C P >，产生下渗，土壤蓄水量增加，此时：

表层蓄水量计算公式

(1)001(1()/)a a t mt ct S S S P aS +⎡⎤=--+⎣⎦

(22)

式中t 为单位日，以8:00为日分界；m

S 以式（6）计算

当

mt ct S P aS +≥时，上式可写成