吉文平 李傳書 王勇成 李涌 周倩 邢亞

（江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，江蘇徐州 221000）

1.試驗流域概況

姚莊閘水文站于2016年設站觀測至今，屬淮河流域洪澤湖水系奎濉河流域，設站目的為探求徐州市城市建成區(qū)產(chǎn)匯流規(guī)律。實驗流域地勢為西北高、東南低，西北向東南緩傾，高程100m～40m不等；平原面積占90%，低山丘陵占10%。該流域為奎河河源，自云龍湖老溢洪閘起至姚莊閘止河段長8.6km，流域集水面積30.0km2，實驗流域共設立雨量站5處，水位站2個，水文站1個，水量調(diào)查站9處。

2.最大損失量Im值推求

2.1 試錯法推求Im值

本文對該站降雨徑流實測資料分析，先通過假定Im=100mm、60mm、20mm、0mm試算，再分別根據(jù)假定的Im值所建立的P+Pa～R相關關系，發(fā)現(xiàn)假定Im=20mm時的(P+Pa)～R相關系數(shù)r=0.973；較Im=0,60mm,100mm的P+Pa～R相關系數(shù)r=0.796,0.918,0.961的相關性顯著較好。詳見圖1：(P+Pa)～次凈雨R關系（不同Im值）對照圖（見圖1（a）～(d)）。

圖1 (P+Pa)～次凈雨R關系（不同Im值）對照圖

為驗證上述假定Im=20mm是否可信，再分別假定Im=15mm,30mm時，分別建立其對應的P+Pa～R關系，相關系數(shù)分別為r=0.970,0.963，較Im=20mm降雨徑流相關系數(shù)r=0.973其相關性均較弱；至此，可以基本確定Im=20mm是所要推算的流域最大損失量Im值。

該實驗流域的P+Pa～R的直線相關公式為：R=0.952(P+Pa)-29.60，r2=0.946，r=0.973。

式中：P為次洪降雨量；Pa為前期影響雨量；R為次洪凈雨量；r為相關系數(shù)。

2.2 Im值合理性分析

經(jīng)分析，現(xiàn)狀條件下流域最大損失量Im=20mm，較自然條件下Im=90mm的下墊面蓄水能力減小70mm；遞減幅度達80%。只因姚莊閘水文站以上流域?qū)倩春恿饔蚝闈珊苓叺男熘菔谐鞘薪ǔ蓞^(qū)，現(xiàn)狀條件下該實驗流域下墊面大都為不透水層所覆蓋，下墊面蓄水調(diào)節(jié)能力顯著下降，Im=20mm反映了該流域現(xiàn)狀實際情況。

3.降雨徑流關系（P+Pa～R）建立

3.1 徐州市城市建成區(qū)降雨徑流模型

依據(jù)2016—2021年姚莊閘以上實驗流域近年降雨徑流實測資料，根據(jù)《江蘇省暴雨洪水圖集（84年）》推薦，徑流曲線采用不通過原點的雙曲線數(shù)學模型[1]：

該曲線特點是曲線上方以45°線為漸近線。

式中Cp為相關曲線在縱軸上交點的坐標，（Ci+Cp）為相關線的漸近線在縱軸上的截距，P為面平均次雨量，Pa為前期雨量，R為徑流深，適線后R計算公式為：

該公式即徐州市城市建成區(qū)降雨徑流模型，簡稱現(xiàn)狀城市建成區(qū)徑流曲線，該曲線詳見圖2中現(xiàn)狀建成區(qū)降雨徑流曲線。

3.2 1976年前降雨徑流模型

姚莊閘以上實驗小流域?qū)俸闈珊悼『恿饔颍?976年以前，當時城市規(guī)模小，下墊面硬化率低，因無城市水文站資料，其徑流模型借鑒《江蘇省水文手冊（76年）》[2]以及《江蘇省暴雨洪水圖集（84年）》提供的產(chǎn)流模型公式，按照蘇北旱地降雨徑流情形處理，其（P+Pa～R）相關關系表示如下：

該時期降雨徑流模型的關系曲線詳見圖2 1976年前徑流曲線（虛線）。

4.產(chǎn)流分析成果

隨著城市化進程快速推進，工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)等城市建成區(qū)規(guī)模迅速擴大，實驗流域下墊面不透水面積不斷擴大，而透水面積逐步減小，使得流域蓄水能力急劇下降，地表徑流比例顯著增加，姚莊閘水文站以上流域徐州市城市建成區(qū)產(chǎn)流規(guī)律研究，現(xiàn)階段主要成果如下。

（1）現(xiàn)狀條件流域最大損失量Im=20mm，較自然條件下（1976年以前）Im=90mm減小70mm；下墊面蓄水調(diào)節(jié)能力下降，遞減幅度達80%。

（2）現(xiàn)狀條件次洪降水徑流系數(shù)均值為0.692；較自然條件下（1976年以前）次洪降水地表徑流系數(shù)均值0.511；增加幅度達21.3%。

（3）現(xiàn)狀條件下P+Pa～R曲線（實線），較1976年前P+Pa～R曲線（虛線）總體右移，即同一P+Pa值所對應的R值增大0～80mm。詳見圖2徐州市城市建成區(qū)（現(xiàn)狀條件）與1976年前P+Pa～R關系對比圖。

5.結語

城市建成區(qū)降雨徑流規(guī)律研究并非一蹴而就，不同的城市、不同地理區(qū)位、不同水文分區(qū)產(chǎn)流規(guī)律差別較大。對于當前徐州市城市建成區(qū)產(chǎn)流規(guī)律研究而言，城市化改變了降雨徑流條件，使得下墊面蓄水調(diào)節(jié)能力下降，地表徑流量增大，城市防洪壓力增大，究其原因主要是城市建成區(qū)不透水下墊面大幅增加等因素導致，建議開展以城市建成區(qū)下墊面為課題的專項徑流實驗，對不同下墊面類型、占比等因素的城市產(chǎn)匯流規(guī)律開展定性、定量深入研究。

對于城市化建設產(chǎn)生的城市防洪壓力突出問題，建議完善城市綠化、雨水管理、水環(huán)境治理等政策法規(guī)體系；加大雨水收集、透水路面鋪裝等領域技術攻關力度；增加滲水池、雨水調(diào)節(jié)池和濕地面積等雨水攔蓄系統(tǒng)全面防治、綜合治理。