降雨径流关系检验法在小河站设站年限分析中的应用
——以司各庄水文站为例

(河北省唐山水文水资源勘测局，河北 唐山 063000)

1 司各庄水文站概况

小青龙河司各庄水文站位于北纬39°27′，东经118°31′，司各庄站以上流域面积219 km2。1965年设站时，测验河段设在司各庄村东200 m处，河段顺直，两岸堤，细沙河床，高水有冲淤变化。上游约60 m有12孔木桥一座,上游左岸约100 m有一小支流汇入。上游约750 m和960 m是孟新干渠废址。1967年撤站。

小青龙河改道后，于1983年重建司各庄站。测验河段位于司各庄公路桥北60～260 m，河段顺直，顺直河段在2 000 m以上。该段为人工开挖的梯形河道，细沙河床。夏季蒲草、三棱草长满河槽。洪水时冲淤变化不大。上游750 m和960 m分别有孟新干渠的废河道汇入，基下350 m处有季节性人工挡水坝一座。主流摆动易变，枯季水流紊乱，基本水尺断面无法测流，只能选择临时断面。

2 降雨径流关系检验法的应用分析

2.1 资料选用情况

(1)雨量站分布情况介绍。司各庄以上流域共设配套雨量站6个，各雨量站所占权重见表1。

表1 司各庄水文站以上流域雨量站情况统计表

(2)洪水过程、时段降雨量及日降雨量的选用。洪水过程：选用建站以来具有代表性的实测各级洪水过程，包括大、中、小洪水，为方便地下水分割应尽量选择峰后无雨的单峰型洪水。 时段降雨量：选择流域内与所选洪水资料对应且代表性较高的单站降雨资料。日降雨量：选择自6月1日开始至所选雨洪资料之间的单站日降雨量。

为了在汇流参数检验时不再重复选择雨洪资料，并且使计算结果具有代表性，根据推理公式的基本形式及产生的环境，对选用的雨洪资料再加以界定，条件如下：径流深大于1 mm的雨洪配套资料。选择降水及洪水过程为单峰的资料。选择降水量大、持续时间长、洪峰流量及径流量级比较大的资料。选择短历时超强单峰降水形成的典型尖瘦型纯超渗产流雨洪资料。选择久旱不雨后降水量大(降水量在100 mm以上)，持续时间长无论形成洪水大小的雨洪资料。

图1 司各庄站长系列P+Pa～R关系图

2.2 次洪降雨量计算

选择降雨时段为1 h，根据每个雨量站所占流域权重，采用加权法计算流域时段面降雨量。

2.2.1 次洪产流量计算

为减少工作量，不再制作退水曲线，用目估法确定退水分割点，根据起涨点、退水拐点及洪水过程线包围的面积计算次洪径流深。计算公式为：

地面径流深Rs、地下径流深Rg的计算同次洪径流深R。

图2 司各庄站(1984年～1993年)系列P+Pa～R关系图

图3 司各庄站(1990年～2004年)系列P+Pa～R关系图

2.2.2 流域前期影响雨量计算

(1)日雨量计算。根据司各庄、史家洼、羿各庄、扒齿港、曹家河漕、李庄户六个单站日雨量资料及各站所占权重，采用加权法计算面平均降雨量。

(2)Pa值计算。流域前期影响雨量(Pa值)采用Pa,t+1=K×(Pt+Pa,t-Rt)递推公式计算，并以流域土壤最大损失量(Im值)作控制。

Pa,t+1为t+1日的土壤含水量，mm；Pa,t为t日开始时的土壤含水量，mm；Pt为t日降水量，mm；Rt为t日径流深，mm；K为日折减系数，取经验值0.85。

Pa,t+1=K×(Pt+Pa,t-Rt)是对 Pa,t+1= K×(Pa,t+Pt)计算公式的改进，引进了由于降水形成径流而减少的土壤含水量。日折减系K的取值范围一般在0.8～0.95之间，经验取值0.85；Im为流域最大损失量，范围一般在80～120 mm之间，Im取值100 mm；Pt为流域平均日降水量。计算Pa,t+1时从产生次洪降雨的前一个月算起，若流域前期干旱，初始影响雨量Pa,t取0值；若流域前期有降水，初始影响雨量Pa,t取Im/2值。

流域前期影响雨量(Pa值)的使用也有区别，洪峰形成在下午3点以后，Pa值计算至下午3点前较计算至8点更为合理。

2.3 检验结果

2.3.1 建立(P+Pa)～R关系图

选取1984年—2004年间的实测洪水15次，计算其(P+Pa)及R值，分别点绘长系列、5个10年系列及5个15年系列样本的(P+Pa)～R关系图，并通过点群中心定线，作为(P+Pa)～R关系图的标准线。图1～图3为长短系列(P+Pa)～R关系图。

2.3.2 精度评定

单点评定：从图上查得次洪径流深R计作为标准值，与实测次洪径流深R实相比较，并计算误差 ΔR=R计-R实和ΔR/R实，当满足：

(1)|ΔR/R实|≤20%且|ΔR|≤20 mm；或

(2)|ΔR|≤3mm时；

点据评定为合格。综合评定：合格率=合格点据/总点据×100%。

2.3.3 检验结论

长系列的降雨径流合格率为92.9%；10 a系列的降雨径流总点据合格率为87.5%；15年系列降雨径流总点据合格率为100%。按照检验评定标准，短系列合格率与长系列合格率相比，当短系列合格率也达到60%以上时，即达设站目的。因此，降雨径流关系检验的设站年限为10 a。

3 结语

小河站设站年限检验是一项技术含量较高的工作，本文采用降雨径流关系检验法，选取1984年—2004年间的实测资料，计算其(P+Pa)及R值，分别点绘长系列、5个10年系列及5个15年系列样本的(P+Pa)～R关系图，并通过点群中心定线，作为(P+Pa)～R关系图的标准线。对司各庄水文站设站年限进行检验。结果表明，长系列的降雨径流合格率为92.9%；10年系列的降雨径流总点据合格率为87.5%；15年系列降雨径流总点据合格率为100%。按照检验评定标准，短系列合格率与长系列合格率相比，当短系列合格率也达到60%以上时，即达设站目的。因此，降雨径流关系检验的设站年限为10年。

[1]唐晓梅,何剑荣,李念斌.浅析圩区水文站网布设规划[J].城市道桥与防洪.2017(08).

[2]张常俊.黑龙江省水文站网发展史[J].科技创新与应用.2017(10).

[3]杨增元,林海洋,李君宇.济南市水文站网现状及优化完善对策[J].山东水利.2017(04).

[4]任小龙,王苓,朱前维,等.无锡水文站网现状与建议[J].上海水务.2012(01).

[5]曾国熙.浙江省水文站网受工程影响现状与对策[J].水利科技与经济.2014(11).