小流域降雨径流

小流域降雨径流（精选4篇）

小流域降雨径流 第1篇

关键词：小流域降雨径流,水土流失,水土流失的治理

水土流失, 作为一种环境问题, 一直困扰着我们。总的来讲, 水土流失的原因是由多方面造成的, 尤其表现为地形地质条件, 土壤类型, 植被覆盖率, 土地综合利用, 降雨量, 径流发育情况等。

对于小流域来说, 降雨径流将是影响其水土流失的主要因素, 所以针对于三者之间的关系, 去研究内在的规律, 将有利于我们更好的去理解小流域降水径流与水土流失的实际情况, 由此基础上制定出来的相关策略将促进我们对于区域环境的认识, 这将是我们开展环境保护工作的行动指南。

一、研究地域的选择原则

要想清晰的了解小流域降雨径流与水土流失之间的内在关系, 需要进行一系列的研究和试验。在此之前我们应该对于区域的实际情况做好了解, 主要从以下几个方面去了解:

其一, 区域的地理位置, 经纬度, 面积大小, 海拔高度, 年均气温情况, 日照系数, 降雨情况等等;

其二, 明确区域的属于哪一个气候带, 只对于研究有着很直接的影响, 也是降雨量的参考标准;

其三, 区域土壤的种类, 结构, 以及植被的种类, 覆盖率等;

其四, 径流量的变化周期;

最后一方面, 就涉及到区域的水土综合治理, 这是属于人为方面因素的考虑, 因为在区域水土的综合治理的过程中, 极有可能改变了现有的生态环境, 由此使得其在区域降雨径流与水土流失上表现出差异, 这主要是因为小流域的生态很容易收到破坏, 人为因素在这过程中起着重要的作用, 在研究和试验的过程中就必须将其计算在内。否则一切的数据和记载都是不符合自然特征的, 也就没有任何的研究意义了。

二、区域降雨径流与水土流失的研究方案

既然是要花费时间去进行取证, 计算, 就要有科学的指导方法去引导我们的研究, 对于降雨, 径流和水土流失的观测, 其侧重点是不同的, 我们应该具体问题具体分析, 使用不同的观测方法进行记载。对于这方面来说, 我们通常意义上的研究, 主要从以下几种方法来进行的:

(一) 降雨观测方法

降雨观测要坚持在一定的时间一定的区域, 进行一定的记载, 通常我们可以规定每天的8点时刻, 对于降雨的降雨量、降雨强度、降雨历时进行准确的记载, 三者之关系, 一般是:降雨量一定时, 降雨历时愈短, 则降雨强度愈大, 反之, 则降雨强度愈小。雨滴大小、形状、降落速度及着地时之冲力, 关系极为密切。在此过程中要坚持准确无误, 科学严谨, 避免因为习惯的不坚持, 出现错误或者失真的数据, 否则后期的研究就失去了意义, 这是研究的第一步, 也是研究最重要的一步。

(二) 径流观测方法

径流观测区域主要集中在河道附近, 首先选取顺直河段布设测流断面, 依据断面形状和流速变化布设测速垂线。采用流速面积发计算流量。随时掌握测流时机, 控制流量变化的转折点。如果测次满足定线要求, 建立水位流量关系。根据观测之水位即可推求逐日平均流量, 从而算出次洪水的径流量。

(三) 水土流失观测方法

对于水土流失来讲, 其观测主要可以使用两种方法:其一, 观测场的记录数据来总结;其二, 一般情况下, 在河道断面或流速变化较大的垂线布设取沙垂线, 计算断面平均含沙量。从而算出次洪水得输沙量和侵蚀模数。

三、土壤水土流失的主要影响因素

对于水土流失现象来说, 其影响因素是多方面的, 现在我们将其总结如下几方面:

1) 自然地带性因子起主导作用。 (降雨量与植被类型、密度的对应关系。降雨量一定时, 降雨历时愈短, 则降雨强度愈大, 反之, 则降雨强度愈小。雨滴大小、形状、降落速度及着地时之冲力, 关系极为密切。时间比较长, 在降雨强度大的情况下, 如果坡度比较高, 植物覆盖率比较低, 发生大量的水土流失就是一种必然) ;

2) 非地带性因子是地貌因子作用最强烈 (包括坡度、坡长、土质等) , 土壤结构疏松, 有些区域的土壤结构比较疏松, 土壤的土质不是很紧密, 风化作用明显, 由于雨水冲击引起的塌方、滑坡, 泥石流就很容易出现;

3) 人类不合理活动的影响, 主要表现为人类不断的破坏植被, 不合理利用水土资源, 在陡坡进行垦殖, 导致土壤裸露, 形成水土流失。

四、小流域降雨径流以及水土流失的内在关系

众所周知, 径流和土壤流失的决定性因素是降雨, 一旦降雨达到了一定的水平, 其土壤的日侵蚀模数和径流量就会产生变化, 降雨量增加, 日侵蚀模数就会增加。由此水土流失的整体规律是:自从降雨覆盖了整个区域, 雨量持续一定小时数结束。此过程中, 降雨量增加, 净流量就会增加, 水土流失的情况也会不断恶化。

由此形成了三者之间的相互影响的关系。在历经数年的观测之后, 对于其数据进行全面的研究, 如果流域内持续一段时间10天不产生降雨, 突然产生了一场小雨或者中雨的话, 水土流失就不会产生。如果连续产生中雨级别以上1~2天, 水土流失和径流量就会产生变化, 出现产沙的现象, 或者在坡度比较大的时候, 就会出现流沙的现象, 但此时的情况还不算严重, 只是会产生侵蚀沟。一旦小流域的降雨量, 河流径流量, 侵蚀量达到了一定的程度, 其临界点就会被打破, 其三者之间的关系就会呈现出恶性循环的趋势。

五、结束语

总之, 要想实现环境保护, 就要去研究自然, 认识自然, 通过科学的试验, 准确的数据, 先进的理论去认识小流域降水径流与水土流失的关系, 积极探索其内在的联系, 在总结经验的基础上形成稳定的认识。由此思想上的科学指导, 将有利于我们制定更加符合实际的决策和方案, 这对于目前的水土流失工作治理来说是很重要的。

小流域降雨径流 第2篇

关键词：梯田,小流域,降雨,径流

1 引言

流域是水土流失研究的基本单元, 揭示流域产流特征, 分析其影响因子, 是森林水文学研究的重要课题。流域是由坡面与河系构成[1], 其产流与产流过程, 因受多种因素影响, 远较坡面产流复杂[2]。不同的降雨, 不同的植被, 在不同时期, 不同的地区[3~6]对径流都会产生不同的影响。由于流域产流的复杂性, 短期的野外观测是不能够满足研究需要的。因此, 设置观测站, 长时间对小流域降雨径流过程进行定点观测成为了流域产流特征研究的经典实验方法。

元阳县位于云南省南部的低纬度高海拔地区, 地处哀牢山脉南段, 红河中游南岸。地理位置为东经102°27′~103°13′, 北纬22°49′~23°19′。元阳梯田分布在元阳县中部[7], 梯田核心区在元阳县境内面积约有1.32×104hm2, 这些梯田坐落在海拔700~1900m、坡度为15°~75°间[8]的山岭沟壑之间, 距今已有1300多年的历史, 是中国古代梯田的杰出代表, 是人类适应自然、改造自然的典范。2013年6月元阳哈尼梯田更被列入世界遗产名录, 元阳梯田之所以能够千百年来经久不衰, 至今可以良好运行是与其水源区独特的水文效应分不开的。本文以元阳县全福庄小流域为研究对象, 在天然降雨条件下, 研究其降雨和径流特征, 分析径流和降雨之间的关系, 为小流域水土保持建设、流域开发和治理提供理论指导。

2 研究区概况

研究区设置在元阳梯田水源区全福庄小流域, 距县城南沙42km, 距老县城新街12km, 地理位置为东经102°46′04″~102°46′39″, 北纬23°05′23″~23°06′09″, 小流域总面积76.87hm2。海拔高程1880~2130m, 相对高差250m, 属麻栗寨河二级支沟。

全福庄小流域属亚热带山地季风气候, 年平均日照时数1820.8h, 蒸发量1500.6mm, 年平均气温16.6℃, 最高气温31.5℃, 最低气温-2.5℃。多雾多雨, 年平均雾日181d, 雨日191d。多年平均降雨量1500~2000mm, 干湿季分明, 每年5~9月为雨季, 降雨量占全年总雨量的70%以上, 且暴雨多集中于雨季。小流域内土壤主要是黄棕壤和黄壤, 土层较厚, 约100cm, 土壤剖面完整。小流域内土地利用类型以林地为主, 森林覆盖率达80%以上, 植被类型为中亚热带常绿阔叶林, 主要乔木种有石砾 (LithocarpusmegalophyllusRehder et E.H.Wilson) 、元江栲 (CastanopsisorthacanthaFranch) 、旱冬瓜 (AlnusnepalensisD.Don) 、云南臀果木 (pygeumhenryi Dunn) 等。主要灌木树种有臭牡丹 (ClerodendrumbungeistendTsiang) 、野牡丹 (Melastomacandidum D.Don) 、广西香花藤 (AganosmaKwangsiensisTsiang) 、茶 (Camlliasinensis) 。主要草本种有蕨菜 (Pteridiumaquilinum var.Catiusculus (Desv.) Underw) 、芨草 (Achnatherumsplendens (Trin.) Nevski) 、喜花草 (EranthemumnervosumR.Br.ex.Roem.et.Schult) 、莎草 (Schizaeadigitata) 等。

3 研究方法

选取全福庄小流域2012~2013年的降雨、产流定位观测数据。

3.1 降水量

在小流域内卡口站屋顶处安装JDZ05-1型自记雨量计常年连续观测降雨, 每5min记录一次降雨量数据。可以通过观测结果计算每场降雨的降雨量、降雨强度、降雨过程等数据。

3.2 径流量

在小流域出口引水沟道上方设立卡口站, 在卡口站安装WFH-2型水位计 (精度0.5mm) , 每5min测量一次沟道中设置的直角三角形薄壁堰的堰前水头H, 采用直角三角堰经验公式[9]计算小流域径流流量。再使用统计软件计算出逐日径流量。直角三角堰流量公式为:

式中Q为过堰流量 (m3/s) , H为堰前水头 (m) 。

4 结果与分析

4.1 全福庄小流域降雨特征

4.1.1 降雨量

经过统计分析可以发现, 研究区降雨量在年际之间差别还是比较大的。2012年全年降雨量1626mm, 比2013年降雨总量2038mm要低20.26%。2012年、2013年的月降雨量分布情况见图1。

根据降雨量监测数据, 2012年试验地共监测降雨139次, 年降雨总量为1626mm, 由图1可知, 降雨主要集中分布在5~9月, 这5个月的降雨量有1263mm, 占全年降雨总量的77.68%;7月为该年的最大降雨月, 降雨量达到344mm, 占全年降雨总量的21.16%。2012年6月19日为该年最大降雨日, 此次降雨历时3h35min, 降雨量为100mm, 降雨历时短, 降雨强度大。

2013年试验地共监测到157次降雨, 比2012年降雨次数明显增加。该年降雨总量2038mm, 在常年雨季5~9月降雨总量1451mm, 占全年降雨总量的71.2%之外, 4月、10月和12月降雨量也较往年偏多。7月为年的最大降雨月, 降雨量达到561mm, 比常年同期相比较大, 占全年降雨总量的27.53%。全年最大降雨日不在雨季之内, 为2013年12月15日, 降雨历时19h5min, 降雨量99mm, 降雨历时长, 雨强平稳均匀。

通过对2012年和2013年降雨总量和月降雨量分析可知:研究区降雨年内分配很不均匀, 起伏较大。各年月降雨量走势基本一致, 雨季主要集中在5~9月。由于该试验区研究开始时间较晚, 两年的降雨数据显示的特征还不太明显, 等研究期进一步延长, 多年的观测数据集合分析, 相信降雨量分布特征会更加明显。

4.1.2 降雨类型

根据24h降雨量对降雨类型进行分类[10]:0~9.99mm为小雨, 10~24.99mm为中雨, 25~49.99mm为大雨, >50mm为暴雨。将研究期内降雨量级统计如表1所示。

由表1统计数据可知, 全福庄小流域在2012、2013年监测期间共有降雨296场, 其中小雨、中雨、大雨、暴雨分别为175场、76场、37场和8场。在4种降雨类型中小雨的场次最多, 占总降雨场次的59.12%, 随雨量级的增大, 降水的场次依次减少, 尤其是大雨和暴雨的场次, 递减程度十分明显。而从降雨量来看中雨和大雨各占降雨总量的33.54%和32.34%, 小雨和暴雨的降雨量相差不多, 所以4种雨量等级的降雨量分布呈现两头少, 中间多的态势。

从表1还可以看出, 对小流域地表径流影响较大的大雨和暴雨在2013年的场次和降雨总量都比2012年显著增加, 且2013年的总雨量也比2012年增加25.34%。这说明研究区正逐渐脱离2009年开始的云南全省大旱的影响, 气候也在恢复湿润。

4.2 全福庄小流域径流特征

由全福庄小流域径流观测数据统计得出, 2012年研究区径流总量为110.04万m3, 年径流深为1431.55mm;2013年径流总量109.74万m3, 年径流深1427.61mm。研究区年际间变化不大。将2012年和2013年各月径流量绘制如图2。

从图2中可以看出, 小流域每月径流量变化不是很大, 2012年径流量最大月是在8月份, 为125125.5m3, 2013年径流量最大是在7月, 为133461.6m3, 分别占当年径流总量的11.37%和12.16%。2012年径流量最小月是2月的66280.65m3, 2013年径流量最小月则是在6月的69791.58m3, 分别占当年径流总量的6.02%和6.36%。两年的径流月分布情况还显示出, 旱季中后期的2~4月和雨季前期的5、6月这5个月的径流量变化极小, 月径流量均在7万m3左右。从7月开始, 月径流量开始明显增长, 雨季结束时开始回落, 一直到次年1月。

4.3 全福庄小流域降雨和径流之间的关系

降雨是径流的主要来源, 也是形成径流的首要环节。一般来说, 降雨量越大, 产生河川径流就越大;降雨强度越大, 短期内形成洪峰的可能性就越大。

根据图3和图4的研究区数据显示, 研究期间的各月降雨量变化比较大, 而各月径流量变化幅度不如降雨量变化大。因为降雨和径流之间的密切关系, 径流量大小多随降雨量变化而变化, 但并不是一一对应的。例如2012年的3~5月、7~8月和2013年的4~5月、9~10月, 这些时段的降雨量是在增加但径流量反而在减少。2013年降雨总量比2012年多出25.34%, 但径流总量反而比2012年少。这些数据可以说明研究区小流域对径流有着良好的调节作用, 径流量的大小不是仅受降雨量的影响, 还有其他的影响因素。

5 结论与讨论

(1) 研究区降雨量年际变化较大, 2013年的降雨量也比2012年增加25.34%。降雨年内分布不均, 雨季 (5~9月) 降雨量占全年的70%以上, 且大雨和暴雨多分布于雨季。从降雨强度来看, 小雨发生的频次最高, 而中雨和大雨的降雨量最多。

(2) 全福庄小流域在研究期间平均年径流深1429.58mm, 每月径流量变化不大, 不论雨季还是旱季常年有径流产生。降雨量变化和径流量变化并非一一对应, 2013年降雨量比2012年明显增加, 而径流量反而比2012年少, 也就说明研究区径流量和降雨量的相关性不明显。

由以上结论可知, 研究区的径流量大小不是只受降雨量单一因素影响, 还与土地利用类型、植被、土壤等有很大关系。全福庄小流域近年开展退耕还林还草工作以后, 天然林恢复很快, 研究区内大片的水源涵养林对降雨有拦蓄作用, 对径流有吸收作用, 其作为“天然水库”对小流域径流有较好的调节作用。今后还可通过对研究区不同植被、土壤的研究, 更加全面的分析小流域降雨径流特征。

参考文献

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小流域降雨径流 第3篇

月径流模型主要包括统计模型、集总概念模型和分布式模型3种, 目前, 在我国湿润地区应用较多的概念模型主要有新安江模型[1,2]和两参数模型[3], 分布式模型主要包括SWAT模型[4]和VIC模型等[5], 上述各类模型的研究范围一般在几百至几万平方公里之间。

在湿润地区的森林小流域, 通常植被覆盖良好, 土质疏松, 表土的下渗能力大于降雨强度[6], 流域内一般不会发生大范围的、足够显著的超渗产流, 小流域内坡面流主要是产生在与河道毗邻的变动产流面积上的蓄满产流;另外, 森林小流域内常会有明显的壤中流出现。目前关于湿润地区森林小流域的月径流模型, 国内外尚不多见。

对于水文、气象资料有限或数据质量不高的流域, 参数少的模型的模拟效果经常会好于参数较多的模型[7], 但参数少往往意味着模型参数缺乏清晰的物理意义。对于一般的、非研究用途的森林小流域而言, 观察资料往往缺乏, 因此模型参数不宜很多, 如何将较少的模型参数赋予明确的物理意义, 本文做出了尝试。

1研究区域概况

本文以东莞市水濂山水库为研究对象, 该水库是一个集雨面积为6.93 km2的小型水库, 1956-2000年的年平均降雨量为1 497.0 mm, 年平均入库流量为403.2万m3, 年平均径流系数为0.39, 水库集雨范围内的DEM及土地利用情况见图1 (a) 、 (b) 。

从建库伊始, 水濂山水库一直承担着为农田灌溉供水、防洪两大任务, 随着社会经济的发展和周边环境的变化, 水濂山水库的功能发生了较大转变, 除了继续承担防洪任务外, 还具有生活供水以及作为战略储备用水的功能, 是东莞市“东江与水库联网供水水源工程”所涉及的9个水库之一。

改革开放前的水濂山水库四周人烟稀少, 只有水库管理所几座简陋的平房, 人类活动对该流域的影响十分有限;随着经济飞发展, 水库周边兴建了很多豪华住宅小区, 广深高速、东莞大道、环城路等四通八达的道路网在此交汇, 水库还环绕上一条约十公里长的景观环湖路, 刚开发的水濂山森林公园内也布设了餐饮美食、住宿度假等休闲设施。

2研究方法

自从霍顿1933年提出超渗产流的概念, 针对产流机制, 人们在小流域尺度上进行了许多野外研究, 研究成果表明森林小流域的径流组成主要包括3部分:与河道毗邻的变动产流面积上产生的地表径流, 壤中流和地下径流 (基流) 。

2.1蒸发

将小流域作为一个整体计算实际蒸发量, 采用的计算公式[8]为:

式中:E (t) 为流域实际第t月的蒸发量;EP为蒸发皿的观测值;P为月降雨量;C为模型参数值。

2.2地表径流

关于森林小流域的众多研究成果表明, 只有河道附近区域的地表产流对小流域流量贡献较大[9,10], 距离河道较远的坡面通常因土壤下渗率大无法形成地表径流, 即使形成了地表径流, 也会在其流向河道的过程中渗入土壤, 补充土壤水、壤中流或地下径流, 而无法对河道径流产生明显的贡献。

在本文月径流模型的计算过程中, 将大于一定汇水面积的、河道栅格单元作为直接产流面积来处理, 落在上面的雨水直接转化为地表径流。另外, 由于小流域地表径流的汇流时间通常在几个小时之内, 因此月模型不需考虑汇流过程。

2.3壤中流

森林小流域土壤的下渗率大, 在渗透系数相差较大 (下层土壤为相对隔水层) 的土层界面或在土壤与基岩的界面, 经常会有壤中流产生, 有的森林小流域壤中流对径流的贡献甚至明显大于地表径流。对森林小流域而言, 因流域面积小、土壤渗透系数高, 壤中流会在较快的时间内补给河道径流, 以珠海径流试验场为例, 试验场的大小为5 m×10 m, 壤中流相对地表产流的时间延迟在0.5 h之内。因此月模型中无需考虑壤中流的汇流时间问题。壤中流在由山坡向河道汇流的过程中, 同时会下渗补给地下储水, 因此如果让月模型中壤中流、地下径流的参数更具有物理意义, 必须分析流域不同部分对河道径流、地下储水的贡献。

关于坡面壤中流的计算模型主要有“Richards模型”、“动力波模型”和“贮水泄流模型”3种[11], 前两个模型计算时需要土壤水分运动参数, 并要使用数值离散方法 (如有限元、有限差分法等) 来求解, 主要应用在山坡水文学的范畴内 (实验坡面) , 应用到流域水文模拟还比较困难;本文借鉴Tank模型原理, 采用线性水库来模拟各个栅格的壤中流:线性水库计算原理与“贮水泄流模型”类似, 所不同的是其出流系数是假定的一个固定参数, 而“贮水泄流模型”则是根据达西定律来计算出流。单一栅格的壤中流的计算公式为:

沿坡向的壤中流计算公式:

渗入基岩的壤中流计算公式:

式 (2) 、 (3) 中, Qs、Qr分别是沿坡向的壤中流和渗入基岩的壤中流;hs为壤中线性水库的蓄水深;lans、lanr为出流系数。

流域中某一栅格的壤中流在向河道汇流过程中的下渗量以及其最终对河道径流的贡献, 跟其汇流路径的长短有很大的关系, 汇流路径越长, 来自该栅格的壤中流下渗的历时越长, 下渗机会越大, 反之亦然。水濂山小流域各栅格单元汇流路径的长短情况见图2。

假设汇流路径长为m的栅格单元为“1”, 其中的壤中流依次经过的栅格单元为“2, 3, 4, …m”, 某一小时段栅格单元“1”产生的壤中蓄水深为h, 为方便公式推导将lans, lanr简写为α, β, 则产生于栅格单元“1”的壤中流在其汇流路径上各个栅格单元中的出流与下渗情况如图3。

(注:上图的方框中, 底下的量代表下渗, 中间的量代表出流, 上面的量代表栅格的水量剩余, 其中带“*”号黑体变量为最终的入河量或下渗量)

栅格单元某一时段产生的壤中流最终对河道径流的贡献为:$h\cdot \alpha {}^m+m\cdot h\cdot \alpha {}^m\frac{1}{1-(1-\alpha -\beta )}$

对地下储水的贡献为:$h\cdot \beta \frac{1-\alpha {}^m}{1-\alpha }+h\cdot \alpha {}^m\cdot \beta \cdot \frac{m-\alpha \cdot \frac{1-\frac{1}{\alpha {}^m}}{\alpha -1}}{\alpha -1}\cdot \frac{1}{\alpha +\beta }$

由于线性水库符合倍比及叠加原理, 可以将小时段壤中流的运动情况延伸至月的时段。

2.4地下径流

地下储水会以基流的形式补充河道径流, 本文将整个小流域的地下水出流概化为一个线性水库, 将地下径流与流域出口处栅格的地表出流、壤中流相加得到最终的产流过程, 地下水出流的计算公式为:

式中:Qall为地下水出流量;hr为地下储水的蓄水深;lanall为其出流系数。

2.5计算流程

本文所研制的森林小流域月径流模型的计算程序框图见图4。

3结果与分析

本文以水濂山小流域为研究对象, 根据1961年1月-1980年12月的降雨、入库流量、水面蒸发资料, 利用“加速遗传算法 (AGA) ”对模型进行了率定, 率定出的参数值见表1;利用1981年1月-2001年12月的资料对模型进行了验证, 模型的率定及验证结果见图5 (a) - (e) 。

率定期的Nash模型效率系数为73.8%, 总流量的相对误差为8.3%;验证期的效率系数为70.6%, 总流量的相对误差为10.7%。由图5 (a) - (e) 知, 率定期及验证期模型总体表现良好, 值得注意的是:1997-2001年期间模拟的月径流量总体上小于实测值, 其原因是这个时期小流域内土地利用情况改变较大, 人类活动强度增强, 森林覆盖率有所下降, 导致月径流的增加。

1961年1月-2001年12月期间 (包括率定期和验证期) , 河道产流、壤中产流、基岩产流的比例为10∶54∶36, 虽然本文的模型将坡面产流对河道径流的贡献忽略, 导致地表产流的产流量比实际略小, 且壤中流也有可能在河道附近出露地表转化为地表径流, 但是计算结果也可以说明森林小流域坡面流对总径流量的贡献不大, 壤中流和基流扮演了重要角色。

4结论与展望

本文根据森林小流域降雨、入渗和产流的特点, 提出了一个四参数的、基于DEM的月径流水文模型。如上节所述, 在水濂山小流域的月径流模拟中, 模型率定期、验证期的效率系数均在70%以上, 总流量的相对误差为8.3%～10.7%, 模型模拟效果良好。该模型计算简单并能反映森林小流域的产流机理, 适用于华南森林小流域月径流量的模拟计算。

目前, 该模型尚不能模拟土地利用变化或下垫面变化对径流的影响, 有待将来加入相应的计算模块。

摘要：森林小流域土壤的降雨入渗率大, 地表产流量小, 壤中流对径流的贡献相对较大, 且对径流贡献较大的产流面积主要分布在河道毗邻的区域, 目前针对森林小流域的月径流模拟尚不多见。根据上述森林小流域降雨入渗及产流的特点, 以东莞市水濂山小流域为研究对象, 利用DEM数据推导出小流域月径流的计算公式, 建立了森林小流域的月径流模拟模型, 取得了良好的效果。

关键词：森林小流域,月径流,DEM,华南

参考文献

[1]刘新仁.系列化水文模型研究[J].河海大学学报, 1997, 25 (3) :7-14.

[2]郝振纯, 苏凤阁.新安江网格化水文模型的改进[J].水科学进展, 2000, 11 (6) :358-361.

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[5]国家“十五”科技攻关计划 (2001-BA611B-02-04) “气候变化对我国淡水资源的影响阈值及综合评估”技术报告[R].水利部水文局, 2005.

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[10]Freeze A.Streamflow generation[J].Reviews of Geophysicsand Space Physics.1974, 12:627-647.

小流域降雨径流 第4篇

北安至五大连池铁路位于黑龙江省黑河市, 由北安市接轨, 经花园农场和五大连池市, 跨过讷谟尔河, 终点至五大连池市风景区。本线根据《黑龙江水文图集》和《桥渡水文》中的小流域暴雨径流计算公式, 对本线进行了小径流流量验证计算分析。

2 水系

本线所经地区属嫩江水系, 主要河流为讷谟尔河。讷谟尔河是嫩江左岸一级支流, 河流常年有水, 每年11月上旬至次年4月中旬为结冰期, 流域为农垦区。

3 气象、气候

沿线属于中温带大陆性季风气候区, 受太平洋季风影响和西伯利亚高压控制, 四季分明, 夏季温热多雨, 冬季严寒干燥, 河流冰封期达半年之久。主要气象要素见表1。

按对铁路工程影响的气候分区划分, 本区属严寒地区。

4 径流条件

流域上游坡度大, 支流多, 径流条件好, 汛期降雨集中, 因而全流域容易形成径流。

5 降雨特点

线路所经过地段为讷谟尔河中游地段, 主要为低山及山前平原区。年降水量在450~600mm。年降水量在时间上分布特点是主要集中在汛期, 主要降雨集中在6~9月份。

6 计算方法

根据《黑龙江水文图集》的公式和《桥渡水文》“铁三院法”、“推理单位线法”及形态法中的暴雨径流计算公式, 对本线小流域河流进行小流域流量验证

7 公式说明

(1) 形态法:用调查所得到的历史洪水位和确定的重现期, 根据河流的断面和坡度计算出在这一水位时的流量, 利用本地区的偏差系数 (CS) 、变异系数 (CV) 两者之间的关系和重现期流量推求设计流量换算系数X (T1/T2) 值 (《桥渡水文》P509页的附表) , 来推求百年流量。

(2) 黑龙江省水文图集公式:Q1%= (K1%/K5%) ×Cp×F0.67

Q1%—为所求百年一遇流量;K1%、K5%—为百年一遇、二十年一遇频率P-Ⅲ型曲线模比系数;Cp—为最大流量参数;F—为计算位置的集水面积 (km2) 。

查P-Ⅲ型曲线模比系数, 利用最大流量参数Cp等值曲线图数值推算五十年一遇洪水流量。

(3) 铁三院公式 (一法) :根据本次勘测范围内的地形为低山丘陵区, 铁三院公式如下:

山丘区, 当ap=Sp/tn时:

式中

C2—参数可按下式计算:

上式中β0、r0、m0、A4均为参数, 可从《桥渡水文》P90页表5-21查取。

Sp—频率为P的雨力 (mm/min) 。

P0—参数, 可按下式计算:

上式N0为参数, 可从《桥渡水文》P90页表5~21查取。

g0—参数, 可按下式计算:g0=1+m0*P0

n—为暴雨衰减系数;L4—流域长度, 从分水岭算起 (km) ;I4—流域坡度, 从分水岭算起, 用加权法计算;F—流域面积 (km2) ;η—为暴雨点面折减系数从《桥渡水文》P83页表5~8查取。

(4) 推理单位线法 (三院二法) :根据“小流域暴雨洪水计算-推理单位线法”。

推理单位线法设计洪峰流量计算公式, 是由实测暴雨洪水资料反推径流系数。

公式如下:

上式中A、B、Φ1均为参数, 可从“小流域暴雨洪水计算-推理单位线法”表7~1查取。

Sp—频率为P的雨力 (mm/min) ;n—为暴雨衰减系数。

D、y—参数, 可按下式计算

D=1-n

L—流域长度, 从分水岭算起 (km) ;I—流域坡度, 从分水岭算起, 用加权法计算;F—流域面积 (km2) 。

注:由于各公式庞大, 本资料里只是计算结果, 各公式结果采用EXCEL电子表格计算, 经过手算复核。

8 验证结果

根据《黑龙江水文图集》公式和《桥渡水文》“铁三院法”及形态法中的暴雨径流计算公式, 对本线小流域河流进行小流域流量验证。

在全线范围内取验证工点8处, 验证结果见表2。

将形态法得出的流量与各公式相比较, 其结果见下表3及表4。

9 验证结论

结论:根据本次验证结果, 可以认定本段小流域流量计算参数及计算公式采用地方公式是较接近的, 也是安全的。最终确定小流域流量计算公式采用《黑龙江省水文图集》公式。

结束语:小流域暴雨径流是一条铁路排洪用途小桥涵孔径的决定因素, 其准确性及合理性直接影响铁路运营安全, 因此对小流域暴雨的径流验算是必要的。希望北安至五大连池铁路小流域暴雨径流的验证方法的论述, 对本地区小径流暴雨计算起到理论和实践性的参考。

摘要：主要叙述了北安至五大连池铁路桥涵小径流暴雨验证计算过程, 着重叙述了小流域暴雨径流验证公式的选取和引用。通过验证比较, 确定了本线小流域流量计算公式。

关键词：铁路桥涵,小流域暴雨径流,验证比较

参考文献

[1]桥度水文/铁道部第三勘察设计院主编.铁道工程技术手册[M].北京:中国铁道出版社, 1999.