姜玉婷

（遼寧省清河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112003）

1 模型簡介

垂向混合產流模型[1]是在考慮到流域上一場降雨產生蓄滿產流和超滲產流并存的條件下，把流域蓄水容量～面積分布曲線和下滲能力分布曲線結合而成的一種垂向混合產流模式。該模型通過具有空間分布的下滲能力分布曲線，把降雨分為地面徑流和下滲水流；考慮到雨強和下滲能力因素，地面徑流采用超滲產流模式；同時考慮到前期土壤含水量和下滲水量產生的地下徑流和壤中流，下滲水流采用蓄滿產流模式。

2 模型計算流程

1）流域蒸散發(fā)計算：傳統(tǒng)的水文模型蒸發(fā)量是以器皿觀測蒸發(fā)量，乘以蒸散發(fā)折算系數(shù)K，這樣單一的蒸發(fā)折算系數(shù)忽略了蒸發(fā)與季節(jié)、下墊面的時空變化關系，同時對于我國東北地區(qū)特有的氣候條件和下墊面變化條件，將模型蒸散發(fā)計算進行改進，采用具有物理基礎的雙源蒸散發(fā)能力計算模型[2]，對流域進行蒸散發(fā)能力計算，從而分時段率定蒸散發(fā)折算系數(shù)K值。

雙源蒸散發(fā)，即根據GIS技術和遙感技術計算植被蒸騰能力EPC、土壤蒸發(fā)能力EPC和水面蒸發(fā)能力Er。根據計算的全流域蒸散發(fā)能力，對K值進行率定。

2）流域產流計算：混合產流下滲計算，根據改進后的格林—安普特下滲公式[3]（如式1），計算流域實際下滲率FC。

式中FM——流域平均下滲速率，mm/min；fc——穩(wěn)定下滲率；KF——滲透系數(shù)；PE——凈雨量；FC——流域實際下滲率；Fmm——流域最大下滲能力，mm/min；FT——累積下滲量；T——產流歷時；F△t—— △t時間內平均下滲量；△F——下滲量誤差；1/2Ft——△t時間歷時一半時平均下滲量。

同時考慮到高緯度寒冷地區(qū)的凍土層，對下滲具有著不同的特點和規(guī)律，其所具有的季節(jié)變化性、不透水性、抑制蒸發(fā)性和蓄水性直接影響到降雨產流量的大小，對下滲進行改進應用，提出分時段下滲計算公式，對于凍土融凍期，用平割法計算平均下滲量（如公式4），累積下滲量通過選擇降雨強度大，歷時短的資料進行分析計算。凍土期下滲率考慮為零，土壤解凍后仍然按改進后的格林-安普特公式進行計算。

根據圖1：可知當凈雨PE到達地面，若其強度大于下滲能力，則產生地面徑流RS=PE-FA。

其中下滲的水量在缺水量大的土壤中補充土壤缺水量△W，在缺水量少的地方補充完缺水量后，多余水量則產生地面以下徑流RR。

即當 FA+a＜WM（B+1）時：

式中RS——地面徑流；RR——地面以下徑流；FA——下滲水量；WM——流域平均蓄水容量，mm；W——流域實際土壤含水量；a——相應于初始土壤平均含水量的最大值；B——蓄水容量分布曲線指數(shù)。

3）分水源、坡面匯流和河網匯流三部分計算：首先將流域劃分為多個小單元，凈雨經產流計算產生地面徑流RS和地面以下徑流RR，地面徑流經坡面匯流至單元出口進入河網，再經河網匯流到達流域出口斷面。地面以下徑流經分水源計算產生壤中流RI和地下徑流RG，后匯流到達單元出口至河網，繼而經河網匯流到達流域出口。模型中匯流計算均采用線性水庫匯流計算，河網匯流采用馬斯京根法分時段計算。考慮到清河水庫流域特有的地域特點，將水庫上游八棵樹和耿王莊兩站進行斷面計算，共分成三部分進行匯流計算，即八棵樹、耿王莊和清河區(qū)間，先進行上斷面來水量計算，然后將八棵樹和耿王莊來水量進行河道匯流至清河壩上。

圖1 垂向結合法結構圖

圖1中F為流域上某點的下滲能力；α為下滲小于F的面積比例；W′為流域上某點的土壤含水量；△W為土壤缺水量；β為土壤含水量小于W′的面積比例。

3 模型的應用

通過垂向混合產流模型，對清河水庫流域進行洪水模擬計算，選取1964-2010年流域各站日降雨量、日蒸發(fā)資料和八棵樹、耿王莊2個入庫控制站斷面流量資料，同時選取清河站1964—2010年32場洪水資料。通過以上資料對模型進行參數(shù)率定及次洪率定期和檢驗檢驗期計算。清河次洪改進前、后，模擬結果對比見表1。

表1 清河次洪改進前后模擬結果對比

分析次洪模擬結果，表中出現(xiàn)一些場次降雨量小于實測徑流深，其原因有：清河流域面積較大，雨量站少，致使暴雨中心的雨量不能準確獲得，從而使計算的平均降雨量偏小。同時測報數(shù)據的誤差也可能影響到降雨資料。

根據模擬計算結果分析，對垂向混合產流模型進行改進后的洪水計算結果更好，確定性系數(shù)由原來的平均0.624，提高到0.851，32場洪水合格率由原來的0.63，提高到0.88，說明改進后的產流模型對清河水庫流域特有的氣候特點適應性較強，模擬效果也更好?；旌袭a流模型在該地區(qū)的應用可以為類似地區(qū)的產流分析提供借鑒。

[1]包為民，王從良.垂向混合產流模型及應用[J].水文，l997（3）：18-21.

[2]莫興國，林忠輝.基于Penman-Monteith公式的雙源模型的改進[J].水利學報，2000，5：6-11.

[3]包為民.格林—安普特下滲曲線的改進應用[J].人民黃河，1993（9）.

[4]包為民.新安江模型參數(shù)的自動率定[J].河海大學學報，1986，14（4）：22-29.

[5]肖迪芳,陳培竹.凍土影響下的降雨徑流關系[J].水文，1983（2）.

[6]張波，馬得蓮.新安江模型在富水水庫流域洪水預報中的應用[J].水電能源科學，2010，28（4）：49-51.