济南小清河流域产汇流计算方法分析

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1、山东大学硕士学位论文1．1研究的背景及意义1．1．1概述第一章绪论流域的产汇流计算是研制水文预报方法、解决许多水文水资源实际问题的重要依据。所谓产流，是指流域中各种径流成分的生成过型11。流域的产流计算主要是根据产流理论通过不同的方法构建数学模型来计算流域的产流量，主要的计算方法有降雨径流相关法，湿润地区的蓄满产流模型和干旱地区的超渗产流模型。流域汇流是降落在流域上的雨水，从流域各处向流域出口断面汇集的过程，它包括地表水、地下水的水流汇集。地下水的汇流问题主要应用渗流理论(如Darcy定律)，或是其简化模型(如水量平衡方程与线性蓄泄关系的地下水

2、库)来模拟地下水的汇流【2】【3】。在研究流域地表水的汇流时，通常是从系统分析途径推求汇流曲线。如瞬时单位线、地貌单位线等【2J。1．1．2研究的背景小清河是济南市区唯一的行洪河流，历史上曾多次发生洪涝灾害，洪水带来的经济和社会损失非常巨大。特别是随着济南市经济的发展，济南市区的城市气候和下垫面条件较以往均发生了明显的变化。城市人口、建筑物、交通道路以及工商企业的高度密集，使得市区产生了独特的气候特征。通常市区的降雨量比四周的郊区农村大，汛期的雷暴雨量也增多。由于城市的发展，大面积的天然植被和农业耕地被民用住宅、道路、公共设施、商业用地及工矿企

3、业厂房等建筑物代替，下垫面的滞水性、渗透性、降雨径流关系等较以往均发生明显的变化。市区降雨后，截留填洼，下渗的损失量很小，加之城市道路、边沟以及下水道系统的完善，使城市集水区天然调蓄能力减弱，汇流速度明显加快，径流系数也明显增大，城市化所及地区的产汇流过程发生显著变化，结果导致雨洪径流及洪峰流量增大，峰现时间提前，行洪历时缩短，洪水总量增加，洪水过程线比相似的农村地区明显变得峰高坡陡，图l为城市化前后洪水过程线比较示意图。现在汛期时山东大学硕士学位论文曼量量曼曼曼曼量曼皇曼曼曼曼曼曼舅皇皇曼曼皇量曼量曼皇曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅曼

4、曼曼曼曼皇曼!曼皇曼曼皇曼曼舅皇曼蔓曼皇曼曼Hi曼曼曼笪曼曼曼一旦发生城区洪涝灾害，给人民群众带来的损失和危害不可估量的。如济南“07．7．18”暴雨洪水造成了极大的损失。减少损失的办法就是开展济南小清河流域洪水预报，而流域产汇流计算是洪水预报的前提条件，洪水预报效果的好坏与否与该流域产汇流计算的结果密切相关。济南小清河流域的产汇流过程较以往发生了许多变化，现在计算小清河济南段流域的产汇流时应充分考虑到近年的水文气象资料。Q1．1．3研究的意义图1．1城市化前后洪水过程线比较示意图(一)理论意义目前我国已经建立了适用于湿润地区的蓄满产流计算模型

5、和适用于干旱地区的超渗产流模型【4】【51。但是，从我国的气候水文特征看，许多流域位于半干旱地区，研制适用于半干旱地区的产流计算模型非常有必要。济南小清河流域属于半干旱、半湿润地区，而且属于城市和农村交叉流域，一般的产流计算模型不适用于该流域，探索适用于该流域的产流计算模型具有重要意义。对于汇流计算而言，同样要探索使用于该流域的汇流计算模型。(二)现实意义济南市“十一五”规划要打造沿小清河两岸景观带，明确提出要对小清河进行综合治理。根据本课题研究的计算结果，可以提高济南小清河流域水文预报精度，2山东大学硕士学位论文并最终优化济南市小清河综合治理

6、中的防洪工程建设。1．2国内外研究现状1．2．1国外产汇流计算的研究现状分析单位线法由谢尔曼于1932年提出，是指根据水文资料分析的地面径流单位线，它简明易用，效果较好，在水文预报和水文计算中经常采用【6】。1945年克拉克提出瞬时单位线的概念，后来纳什进一步推到出它的数学方程式，从而发展了谢尔曼单位线‘6】【7】。瞬时单位线就是净雨量历时趋于无穷小时所求的单位线。借助有水文资料流域的单位线要素与其流域自然地理特征之间的相关关系，从无水文资料流域的自然地理特征值间接推出流域单位线要素的方法，就是综合单位线方法。20世纪50年代中期，随着计算机技

7、术、通信技术和系统理论应用的迅速发展，人们开始将水文循环的整体过程作为一个完整的系统来研究，并在50年代后期，提出了流域水文模型的概念，先后有流量综合与水库调节模型(SS—6呶)、斯坦福模型(SWM)等概念性模型出现【8】【91。这些模型从定量上分析了流域出口断面流量过程形成的全部过程。20世纪后半叶世界各国相继研制出大量多参数、复杂的概念性水文模型如萨克拉门托(SAC)模型、水箱(TANK)模型等【5】。这些概念性水文模型在进行水文规律研究和解决生产实际问题中发挥了很重要的作用，推动了水文模拟技术和水文学科的发展。20世纪70年代以来，国外水

8、文学家提出了众多的分布式流域水文模型，最具有代表性的是1980年由英国、丹麦和法国水文学家共同研制的SHE模型【5】。随着现代科学技术的飞速发展，以计