喀斯特流域汇流结构模型及水文预测

如题所述

喀斯特流域汇流结构模型的建立,首先要充分地认识喀斯特流域的地貌形态结构,特别是流域的水系结构(地表水系、干谷水系和地下水系)在洪水汇流中的功能。典型的峰丛洼地流域的地貌结构是一个有序的结构,其中的干谷水系、地下水系和洼地空间分布都有一定的成因规律和统计规律。70年代末由委内瑞拉学者I.Rodriguez-Iturbe等(1979)提出的地貌水文单位线,就是基于流域水系结构的有序性而建立的非喀斯特流域汇流模型。该模型的提出和应用使水文汇流理论进入了一个新的时期,它的成功就在于充分认识到:有序的地貌水系结构是有序的流水作用下的结果。相反,通过对这种有序地貌水系结构的认识,就能把握该结构,而不须用实测水文资料。由前面分析可知,喀斯特峰丛洼地流域的干谷水系结构具有一定的有序性,因而应用地貌水文单位建立峰丛洼地(谷地)流域的汇流模型是可行的。我国水文工作者将地貌单位线拓展为通用公式(文康等,1988)。例如,三级流域的地貌单位线数学模型为:

喀斯特流域水文地貌系统

模型中的三个参数为:转移概率pij(i≠j),初始概率θi(0)和平均滞留时间的倒数λi。其计算公式为:

喀斯特流域水文地貌系统

汇流模型的三个参数可由流域地貌结构的统计特征值和水动力特征参数来确定,即各级水道的平均面积率RA,平均分枝率RB和平均水道长率RL以及河道洪水平均流速v。对喀斯特峰丛洼地流域,根据地表保存的干谷水系能在地形图上作出Horton水系结构,则可统计出地貌结构特征值RA、RB和RL。例如,对于贵州六冲河岩弯子喀斯特峰丛洼地流域统计结果见表8-1。对于干谷水系完全解体的多边形峰丛洼地流域,地表上能获取的信息是各多边形洼地的底部高程、汇流面积、在平面上的分布以及一些地下水出水点。由于不同地区多边形洼地的密度(单位面积上的个数)有所不同,其“受控于何种因素是一个尚未解决的问题”(朱学程等,1988),我们把贵州水城和广西桂林的几个多边形洼地流域的多边形洼地面积与密度同岩弯子和撒拉溪喀斯特峰丛洼地(谷地)流域的第一级水道的密度进行统计比较(见表8-2),可以看出,峰丛洼地流域的第一级水道的密度略小于多边形洼地的密度,但从双龙井、中坝到法箐,多边形洼地的边数从五边增至六边(杨明德等,1989,1993),也就是说,多边形洼地的正向演化中,使其密度与干谷水系没有解体的峰丛洼地(谷地)流域的第一级水道的密度更为接近,说明多边形洼地的发育与流水网谷地有一定的联系。由峰丛洼地(谷地)流域中干谷水系演化而形成的多边形洼地流域,其地下水系仍为地表干谷水系的一种功能映射。

表8-1 岩弯子峰丛洼地(谷地)流域地貌参数

表8-2 各流域洼地(谷地)密度对比表

注:唐家、三都在桂林。

汇流模型中的水动力参数v决定着地貌单位线的陡缓,v值越大,产生的洪峰就大,且洪峰提前,形成尖瘦形洪水过程线。在一般地区,v值通常为1.4~2.0m/s,且“并不是一个十分敏感的参数”(谢平,1988)。通过地下管道水力比降为7.5‰的峰丛谷地作放水脉冲试验,其洪峰平均速度为0.5m/s,而在峰丛洼地流域,其水力坡降却更大(如普定、峰丛洼地流域为11.2‰),特别是在暴雨后较短时间内,地下水位会陡涨,能使水力坡降增大许多倍。

当然,喀斯特流域地貌水文单位线也是通过平均流速来考虑时段雨强的变化,没有涉及降雨的时空分布,而且随着干谷级数的增加,单位线公式也越来越复杂,在应用上还要进一步研究。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
相似回答