寒冷地区融雪径流和融冻期降雨径流计算模型初探

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1、第31卷第2期水文Vo131No．22011年4月J0URNALOFCHINAHYDROLOGYApr．，2011寒冷地区融雪径流和融冻期降雨径流计算模型初探李龙辉，肖迪芳，杨春生(1．黑龙江省水文局，黑龙江哈尔滨150001；2．黑龙江省黑河水文局，黑龙江黑河164300)摘要：寒冷地区融雪和融冻期降雨径流受到冻土的影响，具有与无冻地区雨洪不同的规律和特点。根据蓄满产流理论，考虑寒冷地区冻土的不透水作用、蓄水调节作用、蒸发的抑制作用，以及冻土融冻期水文特性，采用与无冻地区雨洪计算不同的方法，以冻土影响下土壤

2、蓄水量的变化作为主要调节系统，分别确定相应的参数，采用不同模型计算融雪径流和融冻期降雨径流量。计算的精度和方案的合格率较常规方法提高20％以上．取得了比较满意的结果。关键词：寒冷地区；融雪径流；融冻期：降雨径流；计算模型中图分类号：P344；P334+．92文献标识码：A文章编号：1000～0852(2011)02—0084～05翌年3月末)为140d。冻土开始融冻时间为4月初，融1问题的提出冻期(从冻土开始融冻至8月上旬冻土层全部融化)为融雪径流是寒冷地河流春(凌)汛的水量来源，130d。冻土层最大深度3m

3、。积雪和冻土的存在。改变严重时会发生灾害性冰坝凌汛。融雪径流和融冻期降了包气带厚度和土壤水分动态规律，融雪径流和降雨雨径流的计算和预报，不管是江河防凌防汛，还是水利径流关系受到制约。冻土的不透水作用、蓄水调节作用工程运行都是不可缺少的T作。但是当前的计算方法，和抑制蒸发作用『1]，使融雪和降雨入渗、土壤蒸发及土多着眼于气候(升温强度)条件下的融雪水量分析，壤含水量的垂线分布等均不同于无冻地区和无冻期。融雪期雨洪计算也多采用无冻土地区的常规方法。忽在冻结期，降雨转为积雪，地表人渗和对径流补给终略了寒冷地区下垫面

4、冻土水文特性对产流量的影响，止：潜水和深层土壤水分蒸发及毛细作用上升的水分对融雪和冻土融冻过程中径流形成机理无所揭示，方沿冻结锋面凝结和冻结。冻结期土壤垂线含水量一般法不尽合理，难以获得满意的结果。笔者认为，融雪径增加20％～40％。在融冻期，由于冻土层的不透水作用，流和融冻期降雨径流量，不仅取决于流域积雪和降水融雪径流和降雨人渗在冻土层上形成层上水I2]。此期量以及气候条件下的消融速度，还与下垫面冻土融冻间土壤含水量成弧线型逆分布，上层大于下层。冻土温过程、流域冻土水文特性及相应的产流方式有关。本度低于冰点

5、．融冻时需要吸收大量热量，且冻土层水分文研究的方法结合考虑了两者对径流量的影响，改进为固态，水分活动和毛管上升水分运动微弱，土壤蒸发了计算方法受到抑制，使实际蒸发远小于流域蒸发能力。在冻土融冻过程中。影响融雪径流和降雨径流关2融雪径流和融冻期降雨径流概述系的包气带厚度．蓄水容量、人渗强度、蒸发能力和径寒冷地区如本文采用的辰清河清溪水文站，所在流系数等均随气温升高和融冻深度变化。根据流域内流域地处北纬49。的小兴安岭北坡。流域内气候严寒，孙吴县气象站观测的有关冻土资料、土壤含水量变化年平均气温0℃，冬季最低气温

6、一40。每年0以下气和清溪水文站分析计算成果绘制的寒冷地区融冻期水温控制和有冰雪性冻土存在的时间长达270d之久。位特性变化过程如图1所示。当开始融冻时，整个冻土地面开始冻结时间为10月末，冻结期(从开始冻结至层最厚，并接近地表，上层包气带厚度和蓄水容量近于收稿日期：2010～i1一10作者简介：李龙辉(1964一)，男，黑龙江木兰人，高级工程师，主要从事水文水资源工作。E-mail：swjllh@163．corn通讯作者：杨春生(1977一)，男，黑龙江绥棱人，高级：I：程师，主要从事水资源监测工作。E-m

7、ail：csyang@mwr．gov．cn第2期李龙辉等：寒冷地区融雪径流和融冻期降雨径流计算模型初探85零。此时人渗和蒸发能力最小，径流系数最大，产流方(1)分层模型的设置。双层模型蓄水容量上层从融式以饱和产流为主。随着气温上升，冻土层全部融化，冻冻日起至冻土层全部融化，由小到大增加，下层则由大层上水向下转移，包气带厚度、蓄水容量、蒸发和人渗能到小变化。三层模型蓄水量上层和深层(第三层)取变力以及径流系数等，才与无冻期一致。由此可见，融冻期动值．下层取同定值。水文特性过程与无冻地区和无冻期相反。分析寒冷地区

8、(2)分层模型蒸发的计算。上层按蒸发能力蒸发，下融冻期的融雪径流和降雨径流关系，其流域蓄水曲线层按与蓄水量成比例蒸发，深层按冻土消退速度蒸发。和尺=厂(。)的降雨径流关系，实质上为一簇随冻土同时上层蓄满后补给下层，深层蓄满后补给地下水。融冻深度和相应包气带厚度而变动的曲线，因此参数(3)相应参数的定量。模型中相应参数的定量根据的定量、扣损方法与无冻土地区有很大的区别。图1的过程，考虑蓄水增量、冻土层