基于径流系数的径流模型研究——以岳家沟流域为例

李忠媛

(北票市水资源办公室，辽宁 北票 122100)



基于径流系数的径流模型研究
——以岳家沟流域为例

李忠媛

(北票市水资源办公室，辽宁 北票 122100)

径流系数是影响径流量的重要因素，通过对径流系数的分析研究，结合岳家沟流域具体情况，构建了基于径流系数的径流计算模型，通过模型计算得到的结果对比水文站观测结果相近，证明了模型具有一定的参考性；对类似领域径流分析具有一定的参考作用。

降雨量；径流量；径流系数；模型研究

0 引 言

水资源分布不均是目前中国水资源面临的主要问题，而径流量则是描述一个地区水资源分布和配置的一个重要指标，径流具有明显的时空效应，除了受到流域地区内植被、水源和其他自然因素的影响外，还受到人类活动的影响。由于径流直接影响这地区流域的防洪、灌溉的领域，一直以来都是学者研究的重要方向。特别是关于径流的计算一直是水土保持领域的一个热点，常丹东[1]基于流域地区的水资源研究分析，分别从水土保持减水定额和水土保持保存面积对流域的径流量进行计算；王巧平[2]基于前人对天然径流量的计算成果，在此基础上，通过对现有条件的改进和调整，采用一致性修正方法，提高了降水径流关系线的准确性；沈宏[3]基于天然径流量的研究分析，通过对比分析水文站断面实测径流量与断面天然径流量的差别，采用还原计算方法，对水资源径流量进行重新评定；江尚军[4]采用Excel软件分析，并结合插值计算和试算法进行径流量的调节计算，证明具有快捷、准确的优势；陈竹青研究了国内外的生态径流情况，采用逐月最小方法对生态径流量进行计算，并对长江流域的河流径流量进行了简单分析。通过上述研究可知，从径流量的计算方法上，许多学者也提出了自己的研究，有些研究成果也得到一定的认可，但从径流量的计算上看，大多数专家学者都是从宏观流域方面进行的计算，所以其结果具有一定的局限性，并且有的采用的方法从理论上来讲还有待商榷；径流系数是径流量的一个重要参数，是反映了了流域内对降雨截流核流域面转化的分配情况，文章将从径流系数进行研究分析，建立基于径流系数的径流模型，并基于岳家沟流域具体工程，通过建立的模型计算的径流量和水文站实测数据进行对比，说明建立模型的可靠性，对类似流域计算径流量提供参考。

1 工程概况

岳家沟流域位于辽宁省北票市城郊五间房镇境内，流域面积共有13.12km2，岳家沟流域呈长方形，总体以低山丘陵为主，平均海拔在500m左右，相对高差较大，该地域由于其独特的地理位置和地质特征，流域内水土流失较为严重，土壤侵蚀加剧，侵蚀模数可达2000t/km2·a，水土流失造成的严重的生态环境问题。岳家沟流域主要以大陆性季风季候，有明显的季节变化，夏季雨量充沛，冬季干旱少雨，平均降雨量490mm，平均温度8.0℃；全年降水主要集中在夏季，降水占到全年降水的7-9成；该流域径流主要以雨水补给为主，降水的季节变化也影响着水域的丰枯变化。

2 模型建立

2.1 径流系数

径流系数表示径流深度和降水量的比值，径流系数受到多种因素的影响，主要受到降雨量、降雨季节、流域土壤保水量和气温的影响，是一个动态变化的量。对于径流系数的研究，张洪江基于重庆缙云山流域的植被研究分析，采用灰色理论对不同草本层厚度、灌木层盖度和枯草厚度对径流的影响程度做了分析，并得到不同类型的植被覆盖对径流系数的影响也就不同；武晟研究分析了常见的下垫面对径流系数的影响，运用神经网络模型针对不同降水条件下下垫层径流系数进行了分析计算；穆兴民基于小流域分析，研究了黄土地区小流域治理影响径流系数的范围情况，采用平行对比法得到水土保持治理可以降低径流系数；贺维通过对比分析方法，基于蔡家川流域研究分析了降雨和径流之间的关系；通过以上分析，径流系数对径流量以及水土保持有着重要的影响，构建基于径流系数的径流模型，不仅能够提供一种有效计算径流量的方法，对于流域内水土保持，防止水土流失也有着积极的意义。

2.2 径流系数模型建立

由于降雨在降落到流域地区后，除了一部分直接进入流域的河流形成径流以外，大部分并没有直接变为流域径流，而是直接降落到地面以后进入地表，被植被截留，或是形成下渗，最后都以地表或是地下水径流的方式流动，因此可以分析到，影响流域径流的因素主要包括降雨量、植被涵养量、蒸发量、地形和温度的影响。通过以上分析，可以由此得到封闭流域内一个平衡方程，具体可以用公式可以表述为：

Q=P+N+△W

(1)

式中：Q为降雨量；P为径流量；N为蒸发量；△W为流域内年蓄水量增量。

由于表示该流域内年蓄水量的增量，有正负之分，当为正值时，表示当年的流域内年蓄水量是增加的；若是负值，表示该年的流域内蓄水量是减少的；这同时也表明了，该地区降雨量和径流、蒸发量之间的关系。

为了能计算出来岳家沟流域的径流情况，考虑到岳家沟流域内每个栅格单元上的不同下垫面情况，通过下垫面所在的降雨量，结合径流系数建立径流量的计算模型，具体计算为：

Pi=Qi×ωi

(2)

式中：Pi为栅格径流量；Qi为栅格降水量；ωi为径流系数。

岳家沟流域不同类型下垫面径流系数见表1：

岳家沟流域区分的栅格地区的降雨特征见表2：

表2 岳家沟栅格地区降雨量

4 结果分析

为了通过上述模型来计算岳家沟流域的径流水平，首先分析该流域的径流系数，通过岳家沟河水文资料可以得到1996、2004、2008和2015年的径流系数，由于不同的下垫层的系数是不同的，为了计算中的便捷，通过将每个年份的不同下垫层进行平均计算，可以得到这个4个年份的平均径流系数。具体的如图1。

图1 四个年份平均径流量

通过图1可以看出，4个年份的流域内径流量相差不大，但是也能看出，从1998—2015年，流域内的径流量是逐年减少的；通过上文可知，岳家沟流域的降雨量变化差异不大，因此，径流系数的变化是通过地面的下垫层改变的，不同下垫层的径流系数不同，通过水土保持增加了水域和植被、草地的涵水量，致使居民企业用地减少，从而降低了径流系数。

利用建立模型式2结合岳家沟河栅格地区的平均降雨量，计算1998—2015年份的径流大小，通过计算，将数据整理成图表，如图2所示。通过上图可以得到，1998年的平均径流深度为70.3mm，2003年岳家沟流域径流深度为51mm，2008年流域内径流深度为60.7mm，到了2015年的岳家沟流域径流深度为59.1mm，从而可以算的径流量从1998—2015是逐年减少的，从而可以分析得到流域降雨以及对土地的利用变化带给岳家沟流域的影响是非常明显的。将以上数据通过基于径流系数公式计算最终得到径流量的大小，将与通过水文站观测的径流量进行对比分析，得到的数据如表3。

图2 岳家沟流域四个年份的径流深度

数据平均径流深度/mm1998200320082015径流量/亿m31998200320082015模型计算70351607591141140123110水文站672563615631136135121105

通过表3可知，基于径流系数计算模型计算的径流量和水文站观测对比，结果显示，模型计算得到的结果和水文站观测得到的结果有一定的出入，但是整体趋于一致，由于径流系数受到降雨量和不同下垫层的影响，因此对于径流系数的精度还有待进一步研究分析。

5 结 论

文章通过对径流量的分析研究，提出了采用径流系数为模型计算径流的方法，并基于岳家沟流域具体工程，首先分析了径流系数的重要作用，提出了采用径流计算的可靠性，建立了基于径流系数的径流计算模型，结合岳家沟流域栅格地区降雨量，最后计算得到径流量，通过对比水文站分析对比，模型计算和水文站数据趋于一致，具有一定的参考作用，这对以后计算径流量提供了一种新的借鉴方案。

[1]常丹东，王礼先.水土保持对黄河年径流量影响研究[J].水利规划与设计，2005 (B04):37-42.

[2]田冰.河北省自然湿地生态需水量分析[J].水土保持应用技术，2007(02)：34-36.

[3]李学森.凌河流域水资源现状及保护措施[J].水土保持应用技术，2015(03)：36-37.

[4]金云杰.凌河流域人工湿地对水环境质量影响分析评价[J].水土保持应用技术，2015(05)：27-28.

Research on Runoff Model based on Runoff Coefficient——Taking the Yuejiagou River Basin as Example

LI Zhong-yuan

(Beipiao Urban Water Resources Office,Beipiao 122100,China)

The runoff coefficient is an important factor affecting runoff，through the analysis of the runoff coefficient，combined with detailed situation of the Yuejiagou river basin，to construct a runoff calculation model based on the runoff coefficient，the results obtained by model calculation are comparable to the observed results obtained in the hydrological station，which proves the model can supply

for analyzing similar field runoff.

rainfall; runoff;runoff coefficient;research of model

2016-08-22

李忠媛(1982-)，女，辽宁北票人，工程师，从事水资源论证及调查评价、地下水监测、水文预报、水文水资源管理等工作。

1007-7596(2016)09-0010-03

TV1211

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