山东省山丘区典型流域产流机制研究

郑从奇，庄会波，郭晓娜

（1.山东省水文局，山东济南 250002；2.山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

山东省山丘区典型流域产流机制研究

郑从奇1，庄会波1，郭晓娜2

（1.山东省水文局，山东济南 250002；2.山东省水利勘测设计院，山东济南 250014）

本研究通过综合选取15场次暴雨洪水资料，对本流域流量过程线、气候地理和下垫面特征及降雨径流关系等相关因素进行了综合分析，确定了流域以蓄满产流为主的产流模式。同时，分析了不同前期影响雨量和洪水稀遇程度对产流机制的影响，对山东省一般山丘区流域产流机制研究具有一定的借鉴意义，为流域的产汇流规律研究打下了重要基础。

山东省；产流机制；山丘区；田庄水库

产流机制旨在揭示降雨产生径流的物理条件。Horton早于1935年提出了超渗地面径流和地下水径流2种产流机制，70年代“山坡水文学”学派提出了壤中水径流和饱和地面径流产流机制。于维忠等提出自然界可能出现的9种产流模式，如果从影响总径流量的因素作为分类依据，产流模式可进一步概括为2类：即“超渗”产流与“蓄满”产流模式。这2种产流模式是自然界中2种基本产流模式，是现行流域产流量计算方法的基础。通常，一个地区的产流机制并非固定不变，而是随降雨强度和降雨历时发生转化的。文章选用山东省一般山丘区典型流域--田庄水库流域为研究对象，对其产流机制及其可能的影响因素进行了研究。

1 研究区概况

田庄水库地处山东省鲁山南麓、沂河上游，集水面积417.0 km2。流域均为山区，山高陡坡，四周高山环绕，深山区主要分布在四周的分水岭附近，约占集水面积的15%，其余均为浅山区。流域形状为扇形，长度20.2 km，平均宽度20.6 km，最大河长30.0 km，平均坡度3.72‰。

田庄水库总库容1.2亿m3，兴利库容0.684 亿m3，是一座以防洪、灌溉为主，结合水利发电、水面养殖、工业供水等综合利用的大（2）型水库。田庄水库水文站于1960年5月设立，上游支流高村河朱家庄径流站距此11 km，下游44 km为东里店水文站。流域内共有9处雨量站，分别为徐家庄、石草埠、包家庄、大张庄、田庄水库、朱家庄、曹家庄、磨山石、双庙雨量站，流域内无蒸发监测站点。

2 产流机制分析

2.1 洪水资料选择

根据田庄水库历年洪水要素摘录表，采用水量平衡法推求水库入库流量，将历年出库洪水过程还原为入库洪水过程。

根据历年最大入库流量系列，对其进行频率适线，分析求得田庄水库百年一遇洪峰流量3 979.5 m3/s，50年一遇洪峰流量3 247.5 m3/s，20年一遇洪峰流量2 308.0 m3/s，10年一遇洪峰流量1 629.3 m3/s，5年一遇洪峰流量996.1 m3/s，3年一遇洪峰流量658.5 m3/s，2年一遇洪峰流量293.1 m3/s。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），山丘、平原、滨海区水利水电工程永久性水工建筑物防洪标准一般在10年一遇以上，临时性水工建筑物洪水标准一般在3年一遇以上。

综合考虑洪水发生量级、年代分布代表性、避免复式洪水、峰后无雨及全流域降水较大5个因素，对田庄水库历年所有入库洪水资料和相关雨量站降雨量摘录数据进行了逐年分析、筛选，共有15场洪水纳入分析范围，分别为1 708.9 m3/s （19660624）、1 216.7 m3/s（19670701）、100.0 m3/s （19670712）、168.7m3/s（19690726）、222.2m3/s （19720827）、85.2m3/s（19760725）、183.3m3/s （19800904）、688.9m3/s（19940629）、542.5m3/s （19940706）、790.6m3/s（19960725）、499.4m3/s （19990909）、109.4m3/s（20000810）、168.3m3/s （20010629）、274.1m3/s（20090826）、111.2m3/s （20110622）。根据资料显示，所选洪水1708.9m3/s （19660624）为较大洪水，其余14场都为一般洪水。

2.2 流量过程线分析

受朱家庄等站降雨资料条件限制，全流域选用石草埠、包家庄、徐家庄、田庄水库、大张庄5个雨量站计算面平均雨量。针对15场次洪水，分别绘制2 h时段暴雨洪水过程图。选取其中2场次暴雨雨洪过程，如图1所示。

由图1知，2场洪水基本都呈现某种程度的不对称形状，但总体上其不对称程度不大，且过程线中上部多呈陡涨陡落，对称性较好。

从洪水过程线判断，本流域倾向于混合产流模式，即蓄满产流与超渗产流并存。

图1 田庄水库其中2场次暴雨洪水过程图

表1 田庄水库流域产流机制综合分析

2.3 气候、地理和下垫面特征分析

从地理、气候来讲，田庄水库地处鲁山南麓、沂河上游，属于暖温带半湿润季风型气候区，多年平均降水量850.0 mm，多年平均水面蒸发量1 000～1 150 mm之间，多年平均径流深320.0 mm，径流系数为0.38。

从下垫面分析，流域形状为扇形，长度20.2km，平均宽度20.6 km，最大河长30 km，平均坡度3.72‰。流域内以花岗岩、灰岩为多，石灰岩、砂岩、片麻岩次之。土壤一般为砂土、砂壤土，土质较贫瘠，河谷地带大多为淤土、黄土、黑土，土质较肥沃。经济果树较多，大片森林较少，植被率超过20%。综合流域气候、地理和下垫面条件因素，本流域蓄满产流与超渗产流并存，属混合产流模式。

2.4 综合分析

本流域产流机制综合分析见表1。从降雨强度对产流影响、影响产流因素、表层土质结构、缺水量、产流与降雨特征关系来分析，本流域产流方式倾向于蓄满产流；从多年平均年降雨量、多年平均年径流系数来分析，该流域又属于混合产流区；从其他指标来看，倾向于超渗产流。

从影响产流量的主要因素看，降雨开始时的土壤湿度对各种产流方式影响都较大。除此之外，降雨量是蓄满产流的主要影响因素，降雨强度是超渗产流的控制因素。

对流域15场次洪水直接径流深与降雨量、雨强之间的相关关系进行分析。田庄水库流域降雨量与直接径流深的相关系数为0.757，而主时段降雨强度与直接径流深的相关系数为0.008。可见，田庄水库流域直接径流深与降雨量关系较为密切。

由于受资料条件限制，本研究在进行流域产流机制分析时，所选洪水大都为一般量级洪水，但根据一般量级洪水产流机制的分析推测，当发生较大洪水、大洪水，甚至特大洪水时，本流域产流模式基本是不变的，即总径流由饱和地面径流、壤中水径流和地下水径流组成（其中地下水径流很小），其影响总径流的因素是降雨量、降雨强度、初始土壤含水量和雨期蒸散发。初始土壤含水量主要影响场次暴雨的总径流量，但对其产流模式即总径流成分组成基本是没有影响的。由于总径流量既受降雨量影响，又受降雨强度影响，因而暴雨径流关系既表现出“蓄满”产流模式，又表现出“超渗”产流模式，这和前述分析是一致的。因此，该流域的产流模式实质是2种产流模式并存，以蓄满产流为主。

3 结语

田庄水库流域类型属于山东省一般山丘区，本研究为田庄水库流域及山东省一般山丘区产流模式分析提供了一定借鉴，并为流域产汇流规律研究打下了重要基础。主要结论如下：1）田庄水库流域属蓄满产流模式，实质是两种产流模式并存，以蓄满产流为主。2）本流域产流模式基本不受暴雨洪水稀遇程度影响，其一般及以上量级暴雨洪水产流模式基本不变。3）本流域产流模式基本不受前期雨量影响，即前期雨量仅影响总径流量的多少，但并不影响其总径流组成成分。

[1]于维忠.论流域产流[J].水利学报，1985（2）：1-11.

[2]水利部长江水利委员会水文局，南京水文水资源研究所.水利水电工程设计洪水计算手册[M].北京：中国水利水电出版社，2001.

[3]包为民.水文预报[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

（责任编辑 崔春梅）

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1009-6159（2017）-04-0001-02

2016-10-25

郑从奇（1986—），男，工程师