沙丘前沿区产汇流特点研究及其在设计洪水计算中的应用

2013-12-14史沈彬秦秀梅李中艳

地下水 2013年2期

史沈彬，秦秀梅，李中艳，汪晶

(1.辽宁省水文水资源勘测局铁岭分局，辽宁铁岭112000;2.辽宁省水文水资源勘测局锦州分局，辽宁锦州121000)

科尔沁沙地为西高东低，西部内蒙古奈曼旗附近高程达到400 m左右，东部散都附近仅180 m左右。沙丘中风蚀坑和风蚀洼地发育甚多，低山丘顶一般5～15 m，最高不超过20 m，形成许多封闭性的水文小循环体。沙丘植被一般以沙篙和牧草为主，约占植被面积的70%～95%。沙丘多呈半固定状态，区域内树木较少，少部分由于植被发育，而形成固定沙丘，大部分形成流动沙丘，其形态多为不规则的新月形。

本区域多年平均降水量为470 mm左右，主要集中在6—9月份，占全年的80%，区域的主要地貌特征是风成沙丘、坨间洼地间隔分布。既有封闭的坨甸，地势低洼平坦，潜水面很浅，低洼处形成大小不一的水泡，降雨被沙丘间自然形成的水泡拦蓄量大;也有沟谷深切形成的沙漠开放地带，发育小型出流河。大清沟河流域面积为196 km2。

考虑到人类活动影响、试验站建设等因素，本文选择大清沟河上游区域作为研究代表区域。研究区域内设有林场、苏家戈、大清沟三个雨量站，其中大清沟为水文站，下游有大清沟水库。

1 沙丘前沿区产汇流分析计算

1.1 产流特点分析

研究区域的产流特性概述如下，首先，降雨后在河沟水面上全部产生径流;其次，在与河沟紧连的坡脚、凹坡或洼潭产生径流，这些区域一般土层薄，地下水埋深浅，土壤湿度大，容易产生饱和坡面流，饱和坡面流的面积随着降雨量的增加不断向蓄水容量不大的地区延伸;第三，就是沟槽内的超渗坡面流;第四，其它流域面积由于沙丘下渗能力大，地下水较深，一般不产生地面径流，下渗水量大范围的补给地下水库，参与多年调节，本次降雨径流过程不能反映出来。因此，研究区的基本产流特性是部分面积产生地面径流。

1.2 产流计算

根据新安江模型的定义，次降雨产流面积的变化可以通过调整模型参数来协调适应，因此次降雨径流的模拟得到了较好的应用。而地下水库的巨大调节作用，使日模型参数调整变得迟钝，反映出的结果就是日流量模型不能得到较好的模拟［1］。

根据实测的大清沟1980—1985年间的主要降水和洪水资料，计算其降雨径流系数。在0.013～0.019之间，径流系数变化不大。如果地表径流基本发生在沟槽面积内，并且把数量很小的超渗坡面流概化到饱和坡面流中，则河沟水面和坡脚饱和坡面的降雨都会产生径流，并随降雨量的增大向两旁延伸。这说明地表产流面积也是不固定的，它随着降雨条件的不同而不同，但不会达到整个流域，径流系数就是产流面积权重。

根据该区域的产流特性和以上分析，确定该流域产流计算方法为:流域径流系数作为产流面积权重，100 mm以下的降雨量，其产流面积是总流域面积的1%～2%，发生更大降水过程，根据流域径流系数(产流面积)适当外延［2］，计算产流量。

1.3 汇流计算

降雨径流部分动态面积产流的特性，决定了部分面积汇流的特点。

现选大清沟站降雨量最大的1984年8月10日的降雨径流资料分析其单位线如下。

产流面积 =94 ×0.019 7=1.85 km2;

产流面积上的径流深 =20.09万 m3/1.85 km2=108 mm。

即流域平均雨量108 mm在产流面积1.85 km2上全部产生了径流。原因之一是河沟水面，无疑全部产生径流，第二是紧靠河沟的坡脚地带，开始要有部分雨水抬高地下水位(坡脚包气带湿润，无需润湿包气带的雨水)，然后产生饱和坡面流，雨停后退水阶段这部分抬高地下水位的雨水很快流出来参与退水过程。

药物作用24 h后收集各组细胞培养液，按照Human Aβ1-42ELISA试剂盒说明书操作。加入待测样本和标准品每孔100 μL(设重复孔), 覆上板贴，37 ℃温育2 h；弃液，甩干，不洗涤；每孔加入生物素标记抗体工作液100 μL，覆上新板贴，37 ℃温育1 h；弃液，甩干，洗板3次；每孔加入辣根过氧化物酶标记亲和素抗体工作液100 μL，覆上新板贴，37 ℃温育1 h；弃液，甩干，洗板3次；加入底物溶液90 μL，37 ℃避光显色30 min；加入终止溶液50 μL，终止反应；酶标仪在450 nm处记录吸光度值，绘制曲线，计算Aβ1-42浓度。

在设计情况下，产流面积适当扩大，单位线纵坐标和底长也适当按比例扩大，使单位线包围的面积等于扩大的产流面积上10 mm的总水量。如是二天和三天的雨量，按24 h单位线错后时段叠加，推求汇流过程。

2 该区域产汇机制在大清沟水库设计洪水计算中的应用

运用该流域的产汇机制，计算该流域内大清沟水库的设计洪水。

2.1 百年一遇设计洪水推求

(1)求P=1%的设计暴雨量:P24=65 mm(查全国暴雨等值线图)

(2)求产流面积:根据上述的产流面积分析，降雨量100 mm左右径流系数(产流面积)为2%，192 mm的降雨量其产流面积采用集水面积的4%，即F产=F×4% =222×4% =8.88(km2)。

(3)计算单位线纵高扩大倍数:用大清沟站24小时10 mm单位线求大清沟水库单位线;水库单位线纵标与大清沟站单位线纵标和之比如下:

(4)绘制洪水过程线:将大清沟站24小时10 mm(1.85 km2)单位线各站点纵标扩大4.8倍，绘制出大清沟水库8.88 km2单位线，按设计降雨192 mm(即净雨)推求设计洪水过程，其峰值为25.85 m3/s，其中基流为 1.15 m3/s。洪量W=R×F+基流量 =192(mm)×8.88(km2)+108 h×1.15(mm)=215.2 万 m3。