江流场下垫面条件改变和气象变化对汇流参数m的影响研究

2018-09-21

地下水 2018年5期

(陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安 710001)

近年来，随着气候变化、流域内库坝建设，河道特征的改变、水文下垫面条件受人为因素的影响，许多原有的水文数据、参数等发生变化，原有的推理公式计算结果与实际情况偏差较大。为适应当前今后一段时间水利发展和国民经济建设的需要，满足新形势下水利工程建设防洪需求，需要有新的计算参数。本次研究背景以以黄土梁峁丘陵沟壑区马湖峪江流场为例。

1 研究方法

我国无资料地区水利计算设计中，水科院推理公式法使用最广，而汇流参数m值是推理公式计算设计洪峰流量最重要的定量参数。本文在以往分析计算基础上，运用陕西省马湖峪流域马湖峪水文站多年次降雨次洪水分析计算结果，对该流域汇流参数m值进行定量综合，以满足现有下垫面条件下水文计算得精度。

2 马湖峪推理公式法m值计算过程

2.1 流域概况

马湖峪河发源于陕西省横山县石窑沟乡脑畔山，河流自西向东流经武镇、郭兴庄、付家坪，至米脂县张家湾村附近汇入无定河。马湖峪流域河道两岸分布较为均匀，左岸面积占流域总面积的40.3%，右岸面积占59.7%。全流域河长大于5 km支流16条，交大支流为龙镇沟、庙沟、张家沟、寺坪沟(图1)。

据榆林气象站资料统计，多年平均气温8.1℃，极端最高气温38.6℃(1935年7月8日)，极端最低气温-32.7℃(1954年12月28日)，年平均日照2 925.5 h，年平均无霜期259.4 d；全年多西北风，东南风次之，历年最大风速20.7 m/s，多年平均降水量为406.8 mm，多年平均蒸发量1 895.7 mm，最大积雪深度15 cm，最大冻土深度148 cm。

2.2 水文站网基本资料

马湖峪河流域设有马湖峪水文资料，该流域流域呈羽毛状，河长39 km，河道平均比降5.9%，集水面积372 km2，实际产流面积每次洪水均在变化。本次计算收集了该河流相关站点的降水、蒸发、流量等主要观测数据和资料。

图1 马湖峪流域水系图

2.3 推理公式法m值计算

由于马湖峪流域上游水库以及多座淤地坝的修建，实际产流面积每年均在变化，分析该站历年雨洪数据，通过三性审查，最终选取10次暴雨对应关系较好的雨洪过程作为计算依据。通过10次雨洪过程计算结果，分析得到马湖峪站汇流参数m。本次计算选用1980年7月24日上游雨量站降雨过程。

2.3.1 基本数据

马湖峪流域地形相对平坦，雨量站分布密度较大，观测年限较长，收集的暴雨资料较丰富，本次采用算术平均法计算流域平均雨量。结合该地区暴雨特点，降雨总历时确定为6 h，时段为1 h。选取7个具有代表性的雨量站，并选取历史上发生的、具有独立性的大暴雨过程进行统计分析(见表1和表2)。

鉴于水土保持对流域产汇流规律发生了较大的影响，本次重构样本系列，有效回避系列不一致问题。在实测洪水过程线图上，采用直线斜割法，割除深层地下水及潜流，然后量算即为地面径流量。起割点为洪水明显起涨点，终点为退水拐点，终点流量为净洪峰流量10%。

表1 马湖峪站1980年7月24日上游雨量站降雨过程

表2 马湖峪站1980年7月24日洪水过程线

2.3.2 净雨量计算

根据洪水过程线，在纵坐标轴上自原点截取等于净雨量hR的点，向曲线作切点，切点的横坐标为产流历时tc，纵坐标为产流历时内降雨量Htc。Htc减去hR即为产流期的入渗量μtc，再除以产流历时tc，即为产流期平均入渗率μ。用产流历时内各时段的降雨量减去时段入渗量，求得相应时段净雨量。时段净雨之和等于地面径流量hR。

通过以上方法，该次降雨产生的净雨量为hR=5.81 mm。

2.3.3 产流历时计算

根据雨量站降雨过程变化情况划分降雨时段，用算术平均法求得时段平均雨量。降雨过程按照从小到大排列。建立关系曲线，截取纵坐标等于hR，向曲线做切线，切点横坐标为产流历时tc。

2.3.4 汇流历时计算