大港河流量数值模拟方法初探

2014-12-12刘君华

江苏水利 2014年12期

刘君华管凯

（江苏省水文水资源勘测局无锡分局，江苏无锡 214031）

1 流域概况

大港河小流域属宜兴凰川水系，凰川水系位于宜兴东南丁蜀镇洑东境内，南以江、浙两省界岭为界，北以白泥山为界，西以上坝大潮山、兰右山诸山为界，东临太湖。东西长9.4 km，南北宽3.8 km，流域面积35 km2。地势呈狭长形盆地，西高东低，南北两侧山地绵延，年均降水量1324 mm。凰川干流由西向东位于流域中部，由新港、大港入太湖。

2 降雨径流

2.1 降雨径流分析

大港河小流域主要承接洑东山区来水，是一个相对封闭、面积较小的流域。2009年4月在大港河设立大港水文站，至今已有4年多的实测资料。2012年4～7月因大港河驳岸改造断流，故选取2010年、2011年、2013年的资料进行分析，2010年、2011年、2013年降水、流量过程见图1、图2、图3。

本流域属山区性小流域，受地形、地貌等下垫面条件影响，洪水陡涨缓落，汇流时间一般4～6 h，有时更短，一次洪水总历时2～5 d。当降雨量低于40 mm 时，降雨对径流的影响几乎无法测出，只有当降雨量大于40 mm 且出现连续降雨过程才能导致流域径流量上升，并产生洪峰流量。洪峰来临前连续降雨量和径流量呈线性正相关，但洪峰流量直接受雨强和降雨量的影响，当雨强减弱或总降雨量降低后，洪峰迅速减退。

图1 2010年大港降水、流量过程线

图2 2011年大港降水、流量过程线

图3 2013年大港降水、流量过程线

从图1、图2、图3 中可看出径流的产生主要集中在2月底至9月初，由于正好处在每年的桃花汛和主汛期间，雨量丰沛，因此，降雨产生径流的过程基本一致。2010年降雨量为1258.3 mm，汛期雨量649.1 mm，占年降雨量的51.6%，汛期径流占年径流的57.5%，实测最大洪峰流量为9月3日26.6 m3/s；2011年降雨量为1117.4 mm，汛期雨量877.5 mm，占年降雨量的78.5%，汛期径流占年径流的97.9%，实测最大洪峰流量为6月18日28.4 m3/s。2013年降雨量为1024.9 mm，汛期雨量534.2 mm，占年降雨量的52.1%，汛期径流占年径流的71.6%，实测最大洪峰流量为6月7日28.0 m3/s。非汛期也有连续降雨且累计雨量大于40 mm，却无径流产生，原因是前期干旱，降雨量全部被土壤植被吸收，表层土壤水未达饱和而无法形成径流。

2.2 径流系数计算

大港河小流域出口断面包括大港和新港两条入湖河道，以大港为主，故流域产汇流应包含两部分。但由于新港无实测资料，所以只能按比例统计，大港约占总出口断面的3/4，流域面积按26 km2计算，新港约占1/4，流域面积按9 km2计算，流域径流系数计算见表1。

3 水文模型计算

三水源新安江模型是一个完整的流域水文模型：蒸散发计算采用三层蒸发模型；产流计算采用蓄满产流理论；用自由水蓄水库结构将总径流划分为地表径流、壤中流和地下径流三种；流域汇流计算采用线性水库；河道汇流采用马斯京根分段连续演算或滞后演算法。模型结构分为：蒸散发计算、产流计算、分水源计算和汇流计算4 个层次结构。

根据流域内大港站2010年、2011年、2013年降雨和径流过程，采用三水源新安江模型中的日模型模拟计算径流。模型中相对敏感的参数蒸散发折减系数KC 是影响产流量计算最为重要的参数，它决定于气象因素和土壤特性及植被状况等一些下垫面因素，这里KC 根据江苏省水文水资源勘测局研究成果取0.95；自由水容量SM 参数对地面径流的多少起着决定性作用，是一个重要参数，宜南山区由于土层很薄，因此SM 取5；流域面积AA 按全流域的3/4 比例取26；其他参数按一般湿润地区取值；原始资料中流量、降雨量取大港站实测资料，蒸发量取宜兴站资料。

根据模拟流量过程和实测流量过程的相似程度，经多次试算，最终确定了模型的各项参数，详见图4。模拟的流量过程和实测流量过程十分接近，率定成果及误差情况见表2。

由于大港站实测资料系列较短，且缺乏每场洪水的实测资料，不能进行次模型的计算，故无法更好地率定模型中的其他参数。模型结构的合理性须经过长系列资料的检验，若系列代表性好，模型可推广用于宜兴山区及附近其他山区径流预测预报，此处只作了一般性的探讨，待资料进一步完善后再作深入研究。