浅谈水文预报中的蓄满产流计算

2019-10-21包蒙香许秋媛

科学与财富 2019年35期

包蒙香许秋媛

摘要：水文预报是一项直接服务于国家安全和国民经济建设不可或缺的重要基本工作，是帮助人类有效地预防洪水、减少洪灾损失，有效利用水资源的非工程措施之一。它不仅为防汛抗旱、水资源管理等水利工作提供决策依据，而且关系到国民经济的持续发展和社会稳定[1]。

关键词：水文预报;蓄满产流

一、资料审查

在水文预报之前，需要对原始资料进行简要的代表性、一致性、可靠性的审查，使得水文预报精度得以保证。建立产流模型所用的气象、水文资料通常分别用于率定期和检验期。率定期的资料用来确定模型参数，在我国南方湿润地区，一般选连续的5-10年为宜，并要求包含丰、平、枯水三种代表年份。检验期资料用来检验模型结构的合理性、有效性，以及分析外延误差等。

二、产流机制分析

一个流域的产流方式不是绝对的，也很难以简单的指标作定量化描述，常需作综合分析。

上表中1、2两行内容属于定量指标，一般比较容易分析判断，3-5行属于定性的判断指标，6-9行构成综合性的分析内容。在进行1-5行内容分析之后，有时还不能判定流域的产流方式，应继续进行综合性分析。

三、蓄满产流计算

3.1 流域日平均雨量计算

根据基本资料，流域日平均降雨量P由加权平均计算得到：

式中，为第i个雨量站的实测雨量数据;为第i个雨量站的权重系数。

3.2 流域蒸发量推算

采用三层蒸散发模式

三层蒸散发模式按照先上层后下层的次序，具体分以下四种情况计算：

a.当WU+P≥Ep时

Eu=Ep，El=0，Ed=0

b.当WU+P

Eu=WU+P，El=（Ep-Eu）*WL/WLM，Ed=0

c.当WU+P

Eu=WU+P，El=C*（Ep-Eu），Ed=0

d.当WU+P

Eu=WU+P，El=WL，Ed=C*（Ep-Eu）-El

式中，WU-----上层土壤含水量， mm;

P -----降雨量，mm;

Ep -----流域蒸发能力，mm;

WL-----下层土壤含水量，mm;

WLM-----下层土壤含水容量，mm;

C-----蒸发扩散系数。

3.3 蓄满产流计算

蓄满产流是产流机制的一种概化。其基本假设为：任一地点上，土壤含水量达蓄满（即达田间持水量）前，降雨量全部补充土壤含水量，不产流;当土壤蓄满后，其后续降雨量全部产生径流。

根据蓄满产流的基本概念，蓄满产流模型的产流量计算式可表达为

R=PE+W-WM

由于前期气候，下垫面等的空间分布不均匀性，导致流域土壤缺水量空间不均匀的结果。一般可由流域蓄水容量曲线表征土壤缺水量空间分布的不均匀性。流域蓄水容量曲线是将流域内各点包气带的蓄水容量，按从小到大的顺序排列得到的一条蓄水容量与相应面积关系的统计曲线。

根据蓄水容量曲线，可得流域平均蓄水容量WM为

一般情况下，降雨前的初始土壤含水量不为零，这时初始土壤含水量在流域上的分布直接影响降雨产流量值。流域平均土壤含水量W为

解得

当a+PE≤WMM时，

当a+PE>WMM时，R=PE-（WM-W）

四、參数确定（人工调试法）

模型参数的率定一般过程可由下图描述[2]

4.1 参数率定

以一定年份年数据进行率定参数 Kc ：为了获得足够的数据资料，在考虑 Kc 的物理意义，从而设计 Kc 的范围值以及步长，取多个参数 Kc 值。按照该流域蓄满产流模型进行编程得出的 Kc 对应的年径流量，并分别与实际年径流量进行比较，求出相对误差，得到相对误差最小对应的 Kc ，则这一 Kc 值就是率定参数 Kc 的大小。

4.2 参数优选

根据国家《水文情报预报规范》，考虑参数 Kc 优化原则，结合产流模型和已知资料，用实测径流总量相对误差作为模型模拟精度的评价标准，即在率定 Kc 时，使计算年份资料的相对误差尽可能不超过相关要求。

4.3 相关性分析

对计算径流深与实测径流深进行对比分析，由于在实际过程中，每天都有径流，但计算过程中，由于简化以及精度较低等原因，无降雨的时候忽略了地下水对径流的补充以及该流域与相邻流域之间的水量交换等，使得径流均按0计算，从而导致相关性受到一定影响。

五、模型误差分析

率定的 Kc 已经最优化，但是可以看到与实测资料相比，依旧存在误差，这个误差来源应该有以下几个方面：

⑴雨量站代表性的影响：

由于降雨工程具有空间上分布不均匀，因此根据下垫面的地理环境所建立的雨量站的位置和个数，决定了该次降雨收集的雨量数据具有一致性、代表性、可靠性的程度。

⑵预报方法的影响：

径流计算过程中所使用的水文模型属于概念性的流域水文模型，其本身的精度就有限，没有根据计算流域的实际情况建立水文模型进行分析计算。

⑶实测流量过程的影响：

降雨量、蒸发量、实测流量资料量测过程当中，会受到人为、仪器等很多因素影响，实测资料本身不一定是真实值，这一点上会直接影响到 Kc 的率定，从而影响后续计算部分。