徐敏亮

(黑龍江省牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江 157000)

?

三道河子荒溝水文站產(chǎn)匯流方案成果分析

徐敏亮

(黑龍江省牡丹江水文局，黑龍江 牡丹江 157000)

摘要：牡丹江市位于長白山脈以北、張廣才嶺以東，地貌特征以山區(qū)、丘陵為主，河流眾多，雨量大，暴雨頻繁，水資源豐富，水文狀況十分復(fù)雜。為做好測區(qū)內(nèi)洪水預(yù)報(bào)工作，牡丹江水文局編制了測區(qū)內(nèi)的實(shí)用洪水預(yù)報(bào)方案，文章以三道河子荒溝站的產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)方案為例，對三道河子自然地理特征，水文氣象條件，荒溝水文站預(yù)報(bào)斷面情況進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對三道河子荒溝水文站以上流域產(chǎn)、匯流方案進(jìn)行了分析，建立了三道河子荒溝站的預(yù)報(bào)方案模型，進(jìn)行了方案評定，達(dá)到了為該站的短期洪水預(yù)報(bào)提供科學(xué)可靠依據(jù)的目的。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)匯流；三道河子；徑流深；單位線；成果評定

0前言

牡丹江市境內(nèi)河流眾多，水文站網(wǎng)布設(shè)密度不足，絕大多數(shù)河流沒有水文站，2015年中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建立了18處水文站，一定程度上彌補(bǔ)了中小河流水文監(jiān)測的空白，但新建站沒有足夠的資料系列進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。此外，2 000 km2以下流域面積的山區(qū)河流，河流比降大，匯流時(shí)間短，如果沒有成型的預(yù)報(bào)方案或模型，很難進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)。為此，我們選取了三道河子荒溝站作為代表，編制產(chǎn)匯流預(yù)報(bào)方案，以期能為其它200多條河流的洪水預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

2流域概況

2.1自然地理特征

三道河子是牡丹江左岸支流，發(fā)源于張廣才嶺黑龍江省海林市東南部,河長79.5 km，流域面積1 455 km2，坡降4.55‰。自上而下主要支流有芭藁砬子河、腰營河、干明益河、新房子河等。

三道河子流域地處山區(qū)，張廣才嶺主脈綿亙于西部，山頂多為半渾圓狀，群山起伏，坡陡流急。在荒溝站斷面下游12 km處匯入牡丹江(現(xiàn)蓮花水庫)。本區(qū)域?yàn)榍治g剖蝕低山地形，土層較松，透水性良好，樹木茂密，尤其是流域上游有相當(dāng)一部分較厚的枯枝落葉層，土壤以暗棕壤為主，其余為草甸土、沼澤土、水稻土等。本站測驗(yàn)河段順直部分約700 m，左岸漫灘到山腳，寬約50 m，右岸有土路。

流域內(nèi)地形多山起伏、坡陡流急、土層較、透水性良好、樹木茂密，尤其流域上游有相當(dāng)一部份較厚的枯枝落葉層，對本流域長期無雨或少雨的情況下，保持一定數(shù)量的地下徑流補(bǔ)給，是該流域基本特點(diǎn)之一。

2.2水文氣象特征

本站屬東亞季風(fēng)區(qū)，即中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，具有冬長嚴(yán)寒干燥，夏季降水集中，氣候溫?zé)?、濕潤；春季多大風(fēng)，降水少，易發(fā)生干旱；秋季氣溫下降快常有霜凍發(fā)生。年平均氣溫為3.2℃，1月平均氣溫-18.1℃，7月平均氣溫21.8℃。無霜期85-130天。由于受季風(fēng)影響，本站以偏西風(fēng)為主，年平均風(fēng)速2.5m/s。

多年平均降水量568.2 mm，降水的年際變化較大，歷年最大降水量為1994年804.6 mm，歷年最低(1975年)降水量僅292.8 mm。

本站降水主要集中在汛期6—9月，多年平均6—9月降水量為412.8 mm，約占年降水量的72.7%。歷年最大6—9月降水量624.9 mm(1960年)，歷年最小6—9月降水量220.9 mm(1975年)，

歷年最大月降水量291.8 mm(1960年8月)，歷年最大日降水量114.9 mm(1960年8月23日)，歷年最大1 h降水量45.3 mm(1977 年7月29日02時(shí))。

本站洪水為典型的雨洪徑流，年最大洪峰集中出現(xiàn)在汛期7—10月，尤以7、8月份最為集中，其出現(xiàn)最大洪峰的概率為75%。洪水來源是三道河子干流。洪水過程大多是單式洪峰，洪峰停留時(shí)間一般在2 h左右，漲落水歷時(shí)都比較短，峰形較瘦,洪水漲落過程歷時(shí)為1～2 d。

3預(yù)報(bào)站基本情況

荒溝水文站位于黑龍江省海林市柴河林業(yè)局板橋林場。集水面積1 327 km2，是牡丹江左岸支流三道河子控制站，蓮花水電站的入庫站之一。

該站測驗(yàn)河段位于三道河子下游唯一的峽谷處，此峽谷長約1 km。基本水尺斷面位于測驗(yàn)河段中間，流速儀兼浮標(biāo)測流斷面與基本水尺斷面重合，最大洪水水面寬不超過150m，上、下浮標(biāo)斷面間距200m，上、下浮標(biāo)斷面分別位于流速儀測流斷面上下各100m處，流速儀測流斷面上、下300m處分別為上比降斷面和下比降斷面。

本站為復(fù)式河槽，斷面垂直于水流方向，左岸為灘地，蔓延到高山，右岸為公路。河底為大卵石及塊石組成，間有粗砂卵石；左岸表層為黑黏土，其下為粗砂和卵石，右岸靠岸邊表層為黑砂土，其下有零星大塊石，高壩以上為黃砂土。

水位流量關(guān)系變化的基本特性：本站歷年水位流量關(guān)系比較穩(wěn)定。由于下游有彎道，形成測站控制，且河道比較穩(wěn)定，即使是大洪水也無嚴(yán)重的河道變形，因此水位流量關(guān)系曲線分布在一個(gè)帶狀內(nèi)，其變幅不到5%。水位91.00m以上形成單一的水位—流量關(guān)系曲線。

4應(yīng)用資料

1953年設(shè)荒溝雨量站，1958年6月改為水文站，觀測項(xiàng)目比較齊全，是牡丹江地區(qū)建站比較早的一個(gè)國家基本水文站。本次產(chǎn)匯流分析采用的降水、蒸發(fā)、水位、流量等資料系列為1960年—2004年，雨量資料共計(jì)7220站年，流量資料共計(jì)31站次。本次產(chǎn)、匯流分析共采用了31年流量資料中的48次孤立洪峰及峰型較好的復(fù)式洪峰參加計(jì)算。

5產(chǎn)流部分

從荒溝站以上流域特性看，除了個(gè)別年份(前期比較干旱)有超滲產(chǎn)流現(xiàn)象外，大部分是屬于蓄滿產(chǎn)流，我們進(jìn)行產(chǎn)流分析時(shí)，確定該流域?yàn)樾顫M產(chǎn)流。

降雨徑流計(jì)算采用下列公式：

Wm′=(1+b)Wm

當(dāng)P+a

當(dāng)P+a≥Wm′，R=P+W0-Wm

(1)

式中：Wm′為蓄水量中最大值；b為反映流域內(nèi)蓄水容量不均勻系數(shù)；W0為流域前期蓄水量；Wm為流域平均最大蓄水量。

5.1產(chǎn)流參數(shù)的選用

荒溝站與長汀子水文站同屬海林市的山區(qū)，河流特性、流域植被覆蓋率、土壤含水能力、蒸散發(fā)等情況基本類似。依據(jù)長汀子水文站Im=P+Pa-R-Es計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，選用lm為80 mm。根據(jù)流域特點(diǎn)，選用b為0.30。

5.2流域蓄水量Pa的計(jì)算

流域內(nèi)氣包帶土壤含水量的變化是影響降雨形成徑流過程的一個(gè)主要因素，但又沒有全流域土壤含水量的實(shí)測資料，只能用間接的方法求得流域前期蓄水量Pa：

有雨時(shí)：Pa，t+1=K(Pt+Pa，t-Rt)

無雨時(shí)：Pa，t+1=K Pa，t

令5月1日Pa=Im/2，當(dāng)Pa，t+1≥Im時(shí)，則以Pa，t+1=Im為控制。

5.3實(shí)測徑流深的計(jì)算

5.3.1基流的分割

本方案用綜合退水曲線，將前次洪峰過程和本次洪峰退至基流，然后平割基流。根據(jù)當(dāng)年汛期最小流量，其范圍在5～15m3/s。前期比較干旱的年份基流采用53/s，一般水年份基流采用10m3/s。

5.3.2綜合退水曲線的采用

本站綜合退水曲線采用的是退水曲線的外包線。參照相應(yīng)的降水量產(chǎn)生的徑流，進(jìn)行前峰退水及峰后雨造成的徑流分割，退至基流為止。

5.3.3實(shí)測徑流深R的計(jì)算

R實(shí)=3.6×∑QIΔt/A

(2)

式中：∑QI為時(shí)段徑流量之和，m3/s；A為流域面積，km2；Δt為時(shí)段，h。

6匯流部分

由于暴雨洪水資料較少，我們從歷年實(shí)測資料中選出1978、1981、1997、2000、2002年共5次洪水，進(jìn)行單位線分析。由于流域集水面積小，下墊面也較為一致，所以不進(jìn)行分塊計(jì)算，又考慮應(yīng)用時(shí)主要是預(yù)報(bào)洪峰值及主要過程，所以沒有進(jìn)行水源劃分，把地面徑流和壤中流合并起來進(jìn)行匯流計(jì)算。

6.1流域平均時(shí)段凈雨量計(jì)算

1960-1975年流域內(nèi)只有出口斷面荒溝一處雨量站，代表性較差，計(jì)算流域平均雨量時(shí)，引用了流域外雨量站，采用算術(shù)平均法求值。1976-2004年流域內(nèi)有5處雨量站，用面積加權(quán)法求出時(shí)段雨量。采用造洪雨量開始時(shí)的Pa，用累積時(shí)段雨量法計(jì)算凈雨過程。

6.2地面徑流量計(jì)算

用綜合退水曲線結(jié)合時(shí)段雨量進(jìn)行前峰退水及峰后雨造成的徑流分割，退至基流后，把地面及壤中流合并計(jì)算出地面徑流量。

6.3單位線計(jì)算

單位線時(shí)段Δt選取采用6 h，能滿足推算地面徑流過程的要求，根據(jù)時(shí)段凈雨及假定單位線，求出地面徑流過程，并與實(shí)測徑流過程擬合，著重于峰值及其附近過程的吻合，此假定的單位線即為所求的單位線。

7誤差評定

根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》GB/T 22482—2008(6.5.4)中的規(guī)定，徑流深預(yù)報(bào)以實(shí)測值得20%作為許可誤差，當(dāng)該值>20 mm時(shí)，取20 mm；當(dāng)<3 mm時(shí)，取3 mm。本次計(jì)算共31個(gè)點(diǎn)據(jù)22次合格，方案的合格率為22/31×100%=71.0%，為乙級(jí)方案。

8結(jié)語

本方案在應(yīng)用時(shí)，因本流域較小，暴雨中心不明顯，主要是根據(jù)雨型及其時(shí)空分布與單位線原型進(jìn)行對照，近似于哪次徑雨過程對應(yīng)的單位線就利用其單位線進(jìn)行作業(yè)預(yù)報(bào)。上述預(yù)報(bào)模型還存在一定誤差，尚需作進(jìn)一步研究和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]黑龍江省水文局.黑龍江省實(shí)用洪水預(yù)報(bào)方案[R].哈爾濱：黑龍江省水文局，2009.

[2]莊一鸰，林三益.水文預(yù)報(bào)[M].北京：水利電力出版社，1986.

Analysis of Runoff Scheme of Huanggou Hydrologic Station in Sandaohezi

XU Min-liang

(Mudanjiang Hydrologic Bureau Heilongjiang Province，Mudanjiang 157000，China)

Abstract：Mudanjiang City is located in the north to the Changbai Mountain，the east to the Zhangguangcai Ridge，its topographic features take the mountainous areas and hilly landform as the main，there are many rivers，large rainfall，frequent rainstorm and rich water resources，and the hydrologic regime is very complex.In order to ensure the flood forecast job well done in the survey area，Mudanjiang Hydrologic Bureau works out a practical scheme of flood forecast within the survey area，taking the runoff yield and concentration scheme of Huanggou Station in Sandaohezi as the example，the paper describes in details the natural geographic characteristics，hydrological and meteorologic conditions and the section forecast of Huanggou Hydrologic Station，by analyzing the scheme of runoff yield and runoff concentration at the upstream of the Huanggou Hydrologic Station in Sandaohezi，to build a forecast scheme model for the Huanggou Station in Sandaohezi to evaluate the scheme，realizing to supply scientific accordance of short-time flood forecast for the station.

Key words：runoff；Saodaohezi；depth of runoff；unit line；evaluation of results

文章編號(hào)：1007-7596(2016)04-0096-03

[收稿日期]2016-03-11

[作者簡介]徐敏亮(1978-)，男，黑龍江望奎人，工程師，從事水文情報(bào)預(yù)報(bào)，洪水預(yù)報(bào)，水資源研究工作。

中圖分類號(hào)：TV121+.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B