摘要：针时北京市温榆河上游流域的下垫面条件, 采用数学物理方程, 建立了机理性的分布式水文模型wdhm, 描述次降雨条件下的植被截留、土攘入渗、地表产汇流及河道汇流等水文过程,并用1998年和2000年的2场较大洪水进行了模型的参数率定和检验。

关键词：分布式水文模型 温榆河上游 下垫面

温榆河是惟一一条发源于北京的较大河流, 全长47.5km,起源于昌平, 途经顺义、朝阳到达通州。温榆河有一定的水资源量, 加上一定的再生水资源, 具备形成绿色生态景观河道并有进一步开发利用的条件, 对成功举办奥运创造优美环境具有重要意义, 但其防洪安全是个重要问题。

随着城市化进程的加快、农村种植结构的调整以及水资源的开发利用, 温榆河流域的下垫面状况发生了很大的改变, 也影响了该地区的降雨径流过程。传统的水文分析方法, 如数理统计法和排涝公式法等, 已不能完全满足现实的要求。需要应用现代水文方法, 即通过流域水文模拟,特别是和gis、rs相结合的分布式水文模型方法, 把下垫面情况较准确地考虑进去, 计算分析不同下垫面的产流汇流规律, 得到不同频率降雨情况下的洪水要素, 为防洪设计及规划工作服务。

为此, 由北京市水务局下达, 北京市水利规划设计研究院和清华大学水文水资源研究所合作进行“下垫面变化地区降雨产汇流规律研究”。于2003-2004年间在温榆河上游1099km2的面积上建立了流域分布式水文模型wdhm(wenyuhe distributed hydrological model)。应用该模型分析北沙河、东沙河和南沙河在不同下垫面条件下的降雨径流关系, 并对不同设计降雨频率进行了洪水要素的计算分析,为北京市防洪规划、设计提供科学的决策依据。

1 研究区概况

温榆河属于海河流域的北运河水系, 沙河闸以上包括东沙河、北沙河和南沙河等几条较大支流, 汇水面积约1099km2, 跨北京市昌平、延庆和海淀3个区县, 高程大于100m的山区面积约708.3km2,占研究区面积的64.4%;平原区面积约390.7km2,占35.6%。

研究区域属于温带大陆性季风气候, 多年平均降雨量为642.5mm, 年内降雨变化极不均匀, 降雨多集中在汛期6-9月, 约占全年的84%, 其中又以7、8月份最多。年际间降雨也不平衡, 丰枯水年份连续或交错出现。年蒸发较大, 多年平均为1815.5mm。该区域内的洪水类型主要为暴雨洪水。由于山区山高坡陡、支流众多、源短流急,洪水过程陡涨陡落, 平原区纵坡较缓, 又有大支流汇入, 历史上洪涝灾害较为严重。流域内洪水发生的时间和暴雨一致, 也集中在7、8两个月, 较大洪峰常由24h降雨量形成。山区洪水过程具有峰形尖瘦、陡涨陡落等特点。

2 wdhm模型结构建立

本研究建立的温榆河流域分布式水文模型wdhm, 考虑了次降雨产汇流的主要水文过程, 模型计算流程见图1,包括林冠截留、土壤入渗、坡面径流及河网汇流等子模型,简单分述如下:

(1)林冠截留模型:林冠截留是林冠在短时间内截留并释放出雨水的现象, 与土壤的入渗现象很相似, 即降雨初期林冠具有初始截留强度;当林冠饱和后, 仍有一定的截留能力, 即稳定截留强度, 分别相当于土壤入渗过程中的初始下渗率和稳定下渗率。因此, 可以采用霍顿(horton)的入渗理论来描述林冠截留过程。截留参数可根据试验