锡林河流域地下径流退水过程规律分析

王洪升

（内蒙古自治区锡林郭勒盟水文勘测局，内蒙古锡林浩特 026000）

洪水退水曲线是洪峰后的洪水过程线，由地表和地下退水曲线组成，地下径流退水过程指在洪峰之后降雨很少或无降雨时期内洪水连续消退的过程。如果不计流域降雨汇流过程中的损失量（地面储蓄、下渗、蒸发等因素），流域的退水曲线可根据退水期的蓄量和出流量之间的线性关系、结合退水曲线指数消退方程Qt=Q0e-t/k，建立流量和时间的关系。

不同的流域，土壤下渗能力、饱和含水量，蒸散发量、植被的好坏、地形地貌和气候条件等不同，地下径流的退水规律并不一定相同，需要从实测资料中进行分析。文章选择了实测降雨、流量资料较全的锡林河流域锡林浩特水文站，从历年实测资料中选取出2场次符合要求的洪水退水过程进行分析，从中找出锡林河流域地下径流退水的规律。

1 流域概况

锡林河流域属于内陆河流域，地势南高北低，南部为丘陵岗地高原草原，北部为平缓的波状高原草原。锡林河发源于赤峰市克什克腾旗巴彦查干苏木哈登布拉格嘎查宝尔图西南山顶，河源地理坐标东经117°03′、北纬43°44′，河源高程1 439 m。

集水面积约为3 852 km2，河长约304 km，河道平均比降1.10%，气候条件属于中温带半干旱大陆性季风气候，多年平均降雨量300 mm。

2 锡林河流域锡林浩特站次洪退水曲线计算方法与分析

2.1 流量过程线分析

降雨量如图1所示，流量过程如图2所示。

图1 降雨量

图2 流量过程

实测降雨量与流量是研究洪水退水规律的基本依据。通由图1、图2可知，锡林河流域汛期降水比较集中，径流年内变化较大，汛期径流量较多，占年总量的50%以上。尤其是7月、8月降水比较集中，常出现历时短、强度大、覆盖面积小的局部暴雨，形成洪水，洪水具有峰高、量小的特性。

实测流量资料显示，通常各次洪水首尾连续相接，需要从中取得次洪总产流量R及流量过程Q-t，对实测Q-t进行分划。地下水退水曲线的关键是分划Q-t延伸地下径流退水段是否正确。

通过对锡林河流域锡林浩特水文站历年实测降雨、流量资料的分析，从中选取出符合要求的2场次洪水退水过程，选择原则为在地下径流退水过程中无降雨发生或降雨较少。

选取的2场洪水退水过程特征及对应的降雨径流特征，可知1974年洪水地下径流稳定退水期是8月11～19日，1979年洪水的地下径流稳定退水期是7月30日～8月11日。

2.2 地下水退水曲线分析

退水曲线常用指数消退方程表示：

式中：Q0、Qt——退水曲线上相隔t时间始、末的流量；k——系数，关系直线的坡度，为常数，即蓄泄系数，是推求退水曲线需求定的唯一参数，因次是时间。

根据相邻时段流量相关法：

Qt=Qt+1表示相邻时段流量关系时，并令Kr=Qt+1/Qt可得Qt+1=Qte-1/k，Krr=Qt+1/Qt=e-1/k，k=-1/lnKr，Kr称流量消退系数，为无因次数，其含义与K相当，也为常数。

由Kr=Qt+1/Qtt=e-1/k，绘制地下水退水段相关图，Qt+1-Qt关系线应呈直线，并可直接由坡度求得Kr，求得退水曲线。

作选定的2场次洪水地下水退水段的Qt+1-Qt相关图，取峰后无降雨径流补给的退水段，单位时段取为日。2次洪水的退水曲线，随着水源比重的变化，Kr值自退洪初期至后期递增，即自上而下退水速度递减。2次洪水对比，其上部由于水源比重的影响，退水曲线有差别，呈分叉状，Kr也不等。关系线下部点据密集，可得基本重合的公共直线，即为地下水退水段。根据两场洪水退水流量的水源比重及壤中流的终止点。

1979年2场次洪水的稳定退水段基本呈直线关系，根据公式Kr=Qt+1/Qt可求得Kr值，1974年次洪Kr=0.87,1979年次洪Kr=0.89，平均Kr=0.88。分别以2场次洪水地表径流的终止点为起点做地下水退水曲线及延长线，Kr值取平均值0.88。

1974年Qt+1-Qt相关图如图3所示，1979年Qt+1-Qt相关图如图4所示，退水曲线如图5所示。

图3 1974年Qt+1-Qt相关图

图4 1979年Qt+1-Qt相关图

图5 退水曲线

由图可知，2条退水曲线是相似的平行渐进曲线，说明锡林河流域地下径流退水过程符合线性水库退水规律。

3 符合精度分析

1974年、1979年退水曲线的计算值与实测值符合精度对比如表1、表2所示。

表1 1974年退水曲线计算值与实测值符合精度对比

表2 1979年退水曲线计算值与实测值符合精度对比

（1）相关线基本呈直线性关系，线上查的流量与实测流量符合精度均在88%以上。

（2）地下径流的退水过程基本呈线性，说明地下径流的退水过程符合线性水库退水规律，计算值与实测值比较的结果显示精度较好。计算值与实测值符合精度多数均在80%以上，平均精度达到93%。

4 结语

对选择的退水过程对应的前期降雨量以及流量过程线进行分析，并分别计算了锡林河流域2场次洪水地下径流退水曲线对应的Kr值（流量消退系数），分别绘制退水曲线。从退水曲线在图中的表现形式可知，锡林河流域的地下径流退水特性服从线性水库退水规律。通过对降雨量和Kr值及降雨强度进行综合分析，降雨量和降雨强度对Kr值存在影响，随着降雨量增加、流量增大，退水曲线中的Kr值出现减小的趋势。由此可知，降雨特征对锡林河流域地下径流退水的影响较大。降雨强度的大小决定了产流方式，雨强较小、降雨历时较长时，流域以蓄满产流为主。随着降雨历时增长，更多降雨渗入土壤形成壤中流和地下径流，使地下水位抬高，退水速度加快，导致Kr值减小。雨强较大、历时较短，雨强大于渗强时，坡面开始积水，向下坡流动，形成坡面流。由于降水历时短、下渗量较小，不足以形成大量的地下径流，因此暴雨期间地下水基本按原有规律消退，对Kr值不会产生过大的影响，流域以超渗产流为主。通过分析与计算，可为流域洪水过程的基流分割、地下径流的汇流计算、制定降雨径流预报方案等提供参考依据。