白寶豐

（遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

阜新彰北沙丘區(qū)是科爾沁沙地南部前沿區(qū)，包括阿爾鄉(xiāng)、章古臺、四合城、大四家子、大冷、馮家、大德、后新秋8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，位于彰武縣北部，區(qū)域行政面積為1407km2，其中平原面積為1026km2?？茽柷呱车啬锨衷谡梦渚硟?nèi)形成東西長50km、南北寬 15km、面積約 750km2的沙丘區(qū)，多以流動半流動沙丘為主要分布。

針對彰北沙丘區(qū)獨(dú)特的地形地質(zhì)及氣候特征，根據(jù)水文資料的積累情況，選定資料相對完整的大清溝小流域作為徑流模擬單元。

1 模型的選用

從理論上說，模擬干旱地區(qū)的徑流過程，應(yīng)采用超滲產(chǎn)流模式。沙丘前沿地區(qū)下滲能力強(qiáng)、含水層很厚，具有蓄滿產(chǎn)流的機(jī)制同時，還具有超滲坡面產(chǎn)流特性。一般情況下，降雨下滲沙丘自底向上逐層蓄滿，形成部分蓄滿的土壤水分結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成飽和流并側(cè)向流入河道，這是沙丘出流河的主要水源；當(dāng)降雨強(qiáng)度較大時，也會形成沙丘坡面流，自下墊面表層流入河道，這屬于超滲雨產(chǎn)生的徑流過程[2]。說明蓄滿產(chǎn)流和超滲產(chǎn)流在實(shí)際產(chǎn)流過程中并不是孤立存在的，這兩種產(chǎn)流方式可能同時存在或相互轉(zhuǎn)變，它會受到前期土壤含水量、包氣帶厚度、地形和降雨強(qiáng)度等多種因素的影響。所以對流域產(chǎn)流機(jī)制的界定不能單從是否為濕潤或干旱地區(qū)來判斷，這與下墊面情況密切相關(guān)，因此，利用新安江模型模擬降雨徑流規(guī)律是可行性的。

2 區(qū)域產(chǎn)流特征

科爾沁沙地的原生態(tài)為無數(shù)個沙丘、沙地以及丘間湖泡、沼澤組成，之中只有少量的水體以地下徑流的形式向四周流動，絕大部分水量形成區(qū)域小循環(huán)，少量流出水量成較大區(qū)域水文循環(huán)的一部分。沙丘前沿河流破壞了這種原始的水平衡方式，使地下水無間斷、緩慢地向河流滲透，使河流兩側(cè)切割形成了一些水文小循環(huán)的組合體，這個產(chǎn)流特點(diǎn)，使自然降雨的產(chǎn)流面積只是一些小的水循環(huán)體的組合，成為地表徑流的產(chǎn)流面積。該產(chǎn)流面積由截然不同的幾種地貌組成，即沙丘形成的陡坡、陡崖與河灘（階）地。其中灘（階）地所占比重較大，由于河流受地下水的深割作用，水位甚低。

3 代表流域徑流過程的模擬

3.1 資料的選取

大清溝流域集水面積為94km2，流域內(nèi)共有4個雨量站、2個水文站、2個蒸發(fā)測站。本文選取1982-1998年各測站的日降水、時降水、日蒸發(fā)以及實(shí)測流量資料對17年日流量和次徑流過程進(jìn)行模擬，選擇其中15場次徑流用來率定模型的參數(shù)率定。

3.2 流域單元的劃分

根據(jù)流域內(nèi)雨量站的分布，按自然子流域?qū)⒄麄€流域分為4個單元流域，各單元流域的面積權(quán)重及其到出口斷面的河段數(shù)見表1。

3.3 水文資料的處理

新安江模型要求以降雨、蒸散發(fā)能力作為系統(tǒng)輸入。各單元流域蒸發(fā)資料取后新秋、鬧德海兩站φ20cm蒸發(fā)資料折算成陸面蒸發(fā)，其平均值作為本區(qū)域?qū)嶋H蒸發(fā)能力。對各單元流域雨量數(shù)據(jù)的處理則是根據(jù)各雨量站和各單元的空間位置，將雨量分配到各單元流域上。用插值法將各時段雨量、流量的原始資料轉(zhuǎn)化為1h資料。

表1 大清溝以上流域劃分

表2 大清溝新安江模型次徑流模擬參數(shù)表

3.4 模型評定標(biāo)準(zhǔn)

本模型利用確定性系數(shù)即Nash與Sutcliffe在1970年提出的模型效率系數(shù)來評價模型模擬的精度[1]，它可以比較直觀地體現(xiàn)實(shí)測與模擬流量的擬合程度的好壞。公式為：

式中：Qobs,i為實(shí)測流量過程；Qsim,i為模擬流量過程；為實(shí)測流量過程的均值；n為模擬的時段數(shù)。

3.5 模型的應(yīng)用

取大清溝流域1982～1998年中的15次徑流過程進(jìn)行模擬，時段長為1h，模型參數(shù)采用日模型模擬率定[3]的結(jié)果，對個別參數(shù)作相應(yīng)調(diào)整，所有參數(shù)的初始值均取自日模型的成果。次徑流模擬參數(shù)見表2，率定期次徑流特征值見表 3。

從新安江模型率定的特征值結(jié)果來看：在15次徑流過程中，總計有15場洪量合格，合格率為100%，有12場洪峰合格，合格率為80%；對于確定性系數(shù)來說，總計有11場大于0.7。但有幾場峰現(xiàn)時差較大，這主要是由資料內(nèi)插雨量被均化所致。因此，總體來說，新安江模型可以應(yīng)用到該流域的次徑流過程模擬中。

表3 率定期次徑流特征值表

4 結(jié) 語

次降雨過程的模擬效果較好，模擬精度較高，可以應(yīng)用于次降水的產(chǎn)流量計算以及水源劃分。因此利用新安江模型模擬的大清溝實(shí)驗流域的次降雨徑流規(guī)律是可靠的，可以應(yīng)用于生產(chǎn)。利用該模擬結(jié)果，預(yù)測大清溝水庫的入庫水量是可行的，可作為大清溝水庫水資源調(diào)度的主要依據(jù)。

當(dāng)然，本實(shí)驗流域徑流過程的模擬效果還有待進(jìn)一步提高，由于降雨資料在面雨量的處理及時段雨量的處理中出現(xiàn)的雨量均化問題，對模型的模擬效果會造成一定的影響，故在今后降雨資料的處理上還有待改進(jìn)，采用更為合理的空間插補(bǔ)方法對降雨資料進(jìn)行計算。

[1]李致家.洪水預(yù)報誤差置信限與誤差評定方法研究[J].河海大學(xué)學(xué)報，2005（1）：32-36.

[2]趙人俊.流域水文模擬[M].北京：水利電力出版社，1984.

[3]譚炳卿，金光炎.水文模型與參數(shù)識別(第一版)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，1998.