阜新彰北沙丘前沿区降雨径流规律分析

白宝丰

（辽宁省水文水资源勘测局辽阳分局，辽宁 辽阳 111000）

阜新彰北沙丘区是科尔沁沙地南部前沿区，包括阿尔乡、章古台、四合城、大四家子、大冷、冯家、大德、后新秋8个乡镇，位于彰武县北部，区域行政面积为1407km2，其中平原面积为1026km2。科尔沁沙地南侵在彰武境内形成东西长50km、南北宽 15km、面积约 750km2的沙丘区，多以流动半流动沙丘为主要分布。

针对彰北沙丘区独特的地形地质及气候特征，根据水文资料的积累情况，选定资料相对完整的大清沟小流域作为径流模拟单元。

1 模型的选用

从理论上说，模拟干旱地区的径流过程，应采用超渗产流模式。沙丘前沿地区下渗能力强、含水层很厚，具有蓄满产流的机制同时，还具有超渗坡面产流特性。一般情况下，降雨下渗沙丘自底向上逐层蓄满，形成部分蓄满的土壤水分结构，进而形成饱和流并侧向流入河道，这是沙丘出流河的主要水源；当降雨强度较大时，也会形成沙丘坡面流，自下垫面表层流入河道，这属于超渗雨产生的径流过程[2]。说明蓄满产流和超渗产流在实际产流过程中并不是孤立存在的，这两种产流方式可能同时存在或相互转变，它会受到前期土壤含水量、包气带厚度、地形和降雨强度等多种因素的影响。所以对流域产流机制的界定不能单从是否为湿润或干旱地区来判断，这与下垫面情况密切相关，因此，利用新安江模型模拟降雨径流规律是可行性的。

2 区域产流特征

科尔沁沙地的原生态为无数个沙丘、沙地以及丘间湖泡、沼泽组成，之中只有少量的水体以地下径流的形式向四周流动，绝大部分水量形成区域小循环，少量流出水量成较大区域水文循环的一部分。沙丘前沿河流破坏了这种原始的水平衡方式，使地下水无间断、缓慢地向河流渗透，使河流两侧切割形成了一些水文小循环的组合体，这个产流特点，使自然降雨的产流面积只是一些小的水循环体的组合，成为地表径流的产流面积。该产流面积由截然不同的几种地貌组成，即沙丘形成的陡坡、陡崖与河滩（阶）地。其中滩（阶）地所占比重较大，由于河流受地下水的深割作用，水位甚低。

3 代表流域径流过程的模拟

3.1 资料的选取

大清沟流域集水面积为94km2，流域内共有4个雨量站、2个水文站、2个蒸发测站。本文选取1982-1998年各测站的日降水、时降水、日蒸发以及实测流量资料对17年日流量和次径流过程进行模拟，选择其中15场次径流用来率定模型的参数率定。

3.2 流域单元的划分

根据流域内雨量站的分布，按自然子流域将整个流域分为4个单元流域，各单元流域的面积权重及其到出口断面的河段数见表1。

3.3 水文资料的处理

新安江模型要求以降雨、蒸散发能力作为系统输入。各单元流域蒸发资料取后新秋、闹德海两站φ20cm蒸发资料折算成陆面蒸发，其平均值作为本区域实际蒸发能力。对各单元流域雨量数据的处理则是根据各雨量站和各单元的空间位置，将雨量分配到各单元流域上。用插值法将各时段雨量、流量的原始资料转化为1h资料。

表1 大清沟以上流域划分

表2 大清沟新安江模型次径流模拟参数表

3.4 模型评定标准

本模型利用确定性系数即Nash与Sutcliffe在1970年提出的模型效率系数来评价模型模拟的精度[1]，它可以比较直观地体现实测与模拟流量的拟合程度的好坏。公式为：

式中：Qobs,i为实测流量过程；Qsim,i为模拟流量过程；为实测流量过程的均值；n为模拟的时段数。

3.5 模型的应用

取大清沟流域1982～1998年中的15次径流过程进行模拟，时段长为1h，模型参数采用日模型模拟率定[3]的结果，对个别参数作相应调整，所有参数的初始值均取自日模型的成果。次径流模拟参数见表2，率定期次径流特征值见表 3。

从新安江模型率定的特征值结果来看：在15次径流过程中，总计有15场洪量合格，合格率为100%，有12场洪峰合格，合格率为80%；对于确定性系数来说，总计有11场大于0.7。但有几场峰现时差较大，这主要是由资料内插雨量被均化所致。因此，总体来说，新安江模型可以应用到该流域的次径流过程模拟中。

表3 率定期次径流特征值表

4 结 语

次降雨过程的模拟效果较好，模拟精度较高，可以应用于次降水的产流量计算以及水源划分。因此利用新安江模型模拟的大清沟实验流域的次降雨径流规律是可靠的，可以应用于生产。利用该模拟结果，预测大清沟水库的入库水量是可行的，可作为大清沟水库水资源调度的主要依据。

当然，本实验流域径流过程的模拟效果还有待进一步提高，由于降雨资料在面雨量的处理及时段雨量的处理中出现的雨量均化问题，对模型的模拟效果会造成一定的影响，故在今后降雨资料的处理上还有待改进，采用更为合理的空间插补方法对降雨资料进行计算。

[1]李致家.洪水预报误差置信限与误差评定方法研究[J].河海大学学报，2005（1）：32-36.

[2]赵人俊.流域水文模拟[M].北京：水利电力出版社，1984.

[3]谭炳卿，金光炎.水文模型与参数识别(第一版)[M].北京：中国科学技术出版社，1998.