Page 16 - 《水文》2023年第5期

第5期 韩臻悦等：基于降雨径流关系的山洪动态临界雨量计算研究 13

（1）假定某次降雨的累积降雨量为P。
2 实例研究
（2）根据设计暴雨，对 P 进行时程分配，得到
P 、P ... P 作为输入值。 岔巴沟流域，地处陕西子洲县北部，流域面积
1 2 i
（3）构建考虑初始土壤含水量的降雨径流关系，并 205 km（图 1），平 均 海 拔 约 1 080 m，沟 道 比 降 为
2
[17]
计算初始土壤含水量W = 0时输入值对应的洪峰流量。 0.757%，沟长约24 km 。岔巴沟流域地处半干旱地区，
0
（4）以临界流量是否成灾的判断值，采用试算法修 70% 的暴雨集中于 7、8 月份，全年平均降水量约为
正输入值，直至洪峰流量等于临界流量，此时的累计降 430 mm ，并且具有雨强大、历时短的特点。近年来开
[18]
雨量P即为对应设定下的临界雨量值。 展的小流域综合治理与加强河堤工程建设等工作，显著
（5）以合适的步长调整初始土壤含水量，重复（3）～ 减少了岔巴沟流域的水土流失，提高了抗洪能力。但由
（4）步的计算，得到同降雨历时的一系列临界雨量值。 于基础抗洪条件较差，导致山洪灾害防治工程措施依然
（6）采用多项式进行拟合，并分析同历时降雨初始 滞后，与当地经济社会的发展不相适应，防洪形势依旧
土壤含水量和临界雨量的响应关系。 严峻。通过实地调查得到岔巴沟流域致灾水位为
903.56 m，由曼宁公式计算得临界流量为52 m³/s。流域
（7）基于响应关系，根据某次降雨的降雨历时和初
内共分布有 1 个水文站、10 个雨量站，并收集得到
始土壤含水量W 计算对应的临界雨量，当累积降雨量
0 1980—2019年多场降雨、径流过程的小时监测数据。
P高于临界雨量时，即触发山洪预警。
1.2 初始土壤含水量W 的推求
0
前期影响雨量P（反应土壤前期含水程度，即初始
a
土壤含水量W ）的计算采用经验公式 ，由该场次降雨
[21]
0
前流域内前数天的降雨量测量数据进行递推计算得到：
(
n
P = kP + k P + … + k P + P a， - n) （1）
2
a， t t - 1 t - 2 t - n t
式中： P 为第t日的前期影响雨量，mm； n为影响此次
t
a，
径流的前期降雨天数； P t - n 为影响此次径流的前 n 天
降雨量，mm。
式（1）中k为土壤含水量的日折减系数，其计算可
表达为：
E
k = 1 - m （2）
W m 图1 大理河流域图及站点分布
式中： E 为流域蒸散发能力，根据E 601 型蒸发器观测值 Fig.1 Dali River basin and its stations distribution
m
乘以蒸发量折算系数计算得到，mm。 2.1 设计暴雨
1.3 降雨径流关系 对岔巴沟流域历史降雨数据的分析，根据流域暴
动态临界雨量计算方法的关键是降雨径流关系的 雨特性假定1、2、3、6、12 h的降雨量。根据《陕西省中
小流域设计暴雨洪水图集》中的时程分配表，对不同历
确定，文献[16]中所构建的降雨径流关系简单而实用，
时的暴雨进行分配结果见表1。
也充分考虑了初始土壤含水量对径流的影响，因此，采
2.2 模型构建
用该方法进行降雨径流关系的计算：
2.2.1 参数取值结果
(W m - W 0 )
R = P·e -β P （3） 山洪动态临界雨量计算方法参数主要包括：流域蓄
式中： R 为径流深（mm）； P 为降雨量（mm）； W 为流域 水容量W 、稳定下渗率f 、初始土壤含水量W 、降雨径流
m
c
m
0
土壤蓄水容量（mm）； W 为初始土壤含水量（mm）； β为 关系参数β、纳希瞬时单位线法参数n和k、线性水库法地
0
参数。 下水库蓄量常数K 。各参数计算方法及取值见表2。
g
由于山区坡度较大，山洪在短时间内的下渗十分 2.2.2 山洪模拟结果
有限，计算中利用稳定下渗率将水源划分为地面径流 利用降雨径流关系，对16场典型山洪过程进行模
和地下径流两部分，并分别采用纳希瞬时单位线法和 拟，选取洪峰流量、洪水总量、纳什效率系数作为判别
线性水库法进行汇流计算。 模拟精度的指标，统计结果见表 3。其中 16 场山洪模