流域降雨径流预报中土壤含水量计算分析

流域降雨径流预报中土壤含水量计算分析

在降雨径流类型流域洪水预报工作中，降雨前期流域土壤含水量是个重要分析计算指标，其对预报成果精度起着重要作用。流域降雨前期土壤含水量计算涉及几个重要参数，即折减系数k、蒸发能力Em、流域降雨最大初损值Im，这些参数都需由具体流域实例数据分析求得。文章以西南岔河南岔站为例，对该流域的各项参数进行了实例计算分析，得到了该区域的经验参数范围，为流域洪水预报基础工作夯实了实践基础。

标签：西南岔河流域；降雨径流预报；土壤含水量；参数计算；经验参数范围

前言

在中小流域，由于流域面积较小，往往仅有一处流域出口控制站，在洪水预报时必须利用测站上游流域降雨来预报洪水，这种利用流域上游降雨来预报测站洪水的预报方法称为降雨径流预报。在利用流域降雨预报洪水径流时必须事先确定流域降雨前期的土壤含水量，以便根据不同土壤含水量来分析和计算径流过程，因为在相同的降雨量级时，流域前期土壤含水量不同，其产流量存在较大差异。不同流域之间因流域特性不同，其土壤蒸发和雨水下渗规律也不同，必须具体流域具体计算分析各自的土壤含水量参数。

1 流域平均前期土壤含水量参数计算方法介绍

在某次降雨前流域原有的土壤含水量称为前期土壤含水量。它的大小与本次降雨的下渗损失量直接有关，是影响降雨产流的主要因素。目前，实测的土壤含水量资料很少，且土壤含水量在流域上的分布规律也比较复杂，因此，还不能用直接的方法求得。通常是用雨量资料间接推算。这种方法只是求得一个反映前期土壤湿润情况的指标pa，又称前期影响雨量。计算流域逐日pa值公式如下：

pa.t=kpt-1+k2pt-2+k3pt-3+……+knpt-n （1）

式（1）中Pa.t—第t日的土壤含水量指标（mm）；pt-1、pt-2、pt-3、……pt-n—第t日，前一天、二天、…n天的日雨量（mm）；K—日折减系数，与土壤的蒸发能力有关；n—计算天数（d），一般取15-30天。因土壤含水量有一个饱和限度值，式（1）计算出的pa值必须规定一个最大限度，也称为最大初损值Im，因此计算流域土壤含水量pa值的前提是首先要求出折减系数K和最大初损值Im。

1.1 折减系数K值得确定

目前，根据土壤蒸发能力确定K值得方法如下：由Et=pa.t-pa.t+1=pa.t-Kpa.t=pa.t（1-K），可以得出K=1-（Et/pa.t），因土壤含水量达

到最大时，其蒸发能力也达到最大，因此上式可改写为：

K=1-（Em/Im）（2）

式（2）中Em值不易直接得到，一般采用时段内水面蒸发最大值来代替。

1.2 流域最大初损值Im的确定

在历年实测雨洪资料中选择久旱未雨后降雨较大且产生径流的资料，认为该次降雨的前期土壤含水量接近于零，即pa≈0，所以

Im=p-R-Em（3）

实际计算时，久旱未雨且随之降雨且产流的情况比较少，因此实际Im值在计算时需要pa值配合计算多次才能得到，具体说就是某次雨洪过程第一次计算的Im，并不接近流域实际Im，而是比实际Im略小的阶段性Im，这时需利用该阶段性Im计算出阶段性K值，然后利用阶段性K计算出对应pa，pa加阶段性Im才接近实际Im，再重新计算K和pa，反复重复上述计算直至Im，趋于稳定不变，此时计算的Im才最终接近实际流域最大土壤含水量。

2 实例流域计算分析

2.1 流域概况介绍

西南岔河为汤旺河下游右岸支流，流域面积2757km2，属典型的山溪性河流，河长121km。流域地处汤旺河下游，位于黑龙江省伊春市带岭区和南岔区。流域洪水为暴雨径流型洪水，流域控制站南岔站涨洪历时约24h，洪峰持续时间约2h，落洪历时约72h。

2.2 流域最大初损值Im计算分析

选择该站5次历史洪水计算其最大降雨初损值，首先直接由公式Im’=p-R-Em 初次计算出流域含水量，因雨前流域土壤含水量并非为零，因此该值并非实际值，该值加上流域前期土壤含水量pa值后才接近流域实际含水量，利用式K=1-（Em/Im）求出阶段性K值，然后利用式pa.t=kpt-1+k2pt-2+k3pt-3+……+knpt-n 求出该次雨洪过程的pa，流域土壤含水量Im=Im’+pa，该值才接近实际土壤含水量，然后再重复上述计算过程，算出另一个k值、pa和Im，直至所求Im值基本不变为止，计算结果见表1。

2.3 流域土壤含水量折算系数和最大蒸发能力计算分析

流域土壤蒸发能力K=1-（Em/Im），式中Em值采用测站历年同期最大蒸发观测值（E601型蒸发器），计算结果见表2。

表2 西南岔河流域南岔站K、Em值计算成果表

3 结束语

经分析可知，流域6-7月份土壤含水量折算系数k在0.35-0.82之间，土壤最大含水量Im在56-80之间。其中1979和2005年的雨洪过程因其降雨历时较长雨间蒸发观测值误差较大，而且径流过程不易集中，径流深计算欠准，导致参数k、Em、Im偏小，结合相关文献资料经验值，最后确定流域6月、7月Im值为80mm，k为0.90。

流域Im和k的计算与蒸发量关系密切，由于观测条件所限，目前各站仅有少数测站有E601型观测资料，而且其观测值在降雨期间由于溅水等原因，存在一定的误差，直接影响参数计算的成果精度，这些都是今后在工作中应注意避免的问题。雨洪样本的选择对参数计算影响也较大，其降雨和径流的对应关系必须一致，否则会加大径流深误差。文章所举实例数据较少，仅提供方法参考。

参考文献

[1]水文资料整编规范[S].北京：利水电出版社，2000.

[2]钱学伟，陆建华.水文测验误差分析与评定[M].北京：水利水电出版社，2006.

[3]湖北省水利学校.水文资料整编[M].北京：水利水电出版社，1979.

[4]金光炎.水文水资源随机分析[M].北京：中国科学技术出版社，1985.

刘桂桂（1979-），女，工程师，主要从事水文水资源分析工作。

田长涛（1969-），男，工程师，主要从事水文水资源分析工作。