来水量系列一致性分析与修正

2011-06-06王益军郭富强鲁云龙

地下水 2011年6期

王益军，郭富强，鲁云龙

(吉林省水文水资源局通化分局，吉林通化 134000)

人类活动对河川径流量的影响，主要表现在两个方面:第一，随着经济和社会的发展，河道外引用消耗的水量不断增加，直接造成河川径流量的减少，水文站实测径流已不能代表天然情况;第二，由于工农业生产、基础设施建设和生态环境建设改变了流域的下垫面条件(包括植被、土壤、水面、耕地、潜水位等因素)，导致入渗、径流、蒸散发等水平衡要素的变化，从而造成产流量的减少或增加。另外，水利工程的建设与运用，在一定程度上改变了径流的时空分布特征，对于水资源论证的特定区域，该类影响尤为突出。人类活动必然影响到实测水文资料的一致性。河道外用水消耗量可以通过还原方法还原回来，而下垫面的变化对径流的影响是一个渐变过程，影响因素非常复杂，难以逐年做出定量的估算。一般对还原后的天然年径流系列进行一致性分析，若发现在同量级降水条件下，近期某段时期的天然年径流量比以前的明显减少(或增加)，则表明系列一致性不好。应在分析原因的基础上对前期的天然年径流系列进行修正，既改善系列的一致性，又使计算成果能反映近期下垫面条件下的地表水资源量。一致性分析与修正的方法主要有以下几种。

1 降水径流关系分析

点绘选用站的年降水—径流关系，分析在同量级降水条件下不同时期的点据是否有明显偏离，如果有，则表明下垫面变化对径流影响较大。为反映现况下垫面条件，应对前期天然年径流系列进行一致性修正，修正的步骤为:

(1)将该系列划为前期和近期两个年段，分别通过点群中心绘制其年降水—径流关系曲线。

(2)选定一个年降水值，从图中两根曲线上查出相应的年径流深值(R1和R2)，用下列公式计算年径流衰减率和修正系数:

式中:α为年径流衰减率;β为年径流修正系数;R1为代表前期下垫面条件的产流深;R2为代表现况(近期)下垫面条件的产流深。

根据不同年降水量的α值和β值，可以绘制P—β关系曲线，作为修正前期天然年径流系列的依据。

(3)根据需要修正年份的降水量，从P—β关系曲线上查得修正系数，乘以该年修正前的天然年径流量，求得修正后的天然年径流量。

另外，也可建立径流衰减量与年降雨量距平值的关系，或年降水量与径流相对衰减量的关系，作为修改的依据或研究径流衰减的规律手段。

2 流域水文模型

对于难以用上述逐项还原法计算的情况，可以用流域水文模型法进行估算。目前，较成熟的模型有新安江模型、陕北模型、Tan模型、淮北平原坡水区流域水文模型等，可根据水文气象条件和各模型的适用条件选用。一般先根据流域水文气象条件选择模型，如湿润地区，通常选新安江模型，干旱或半干旱地区，可选陕北模型等;再根据还原计算或一致性修正的要求选用资料，如要求统一修正在近期下垫面的条件，则可选择近期的降雨径流资料;当要求修正到近似天然状态下，则选择早期人类活动相对较少的资料，如果流域内兴建了大型水利工程，则按照修正到工程前后选择相应时期的资料;然后用选用的资料率定模型参数值，并进行验证;最后用降水浆和建立的模型计算出径流系列。

需说明的是，流域水文模型用于径流量的模拟还缺乏经验，还有不少的问题需要进一步研究，尤其是模型的精度和适用性问题。根据以往的经验，湿润地区模型的精度较干旱地区高，而耗水量占径流量的比值正好相反，从而导致在湿润地区模型精度虽高，但还原水量占径流量的比有可能仍在模型的误差范围内;而干旱地区耗水量占径流量的比值虽然高，但模型精度通常都不高，因而用模型进行径流还原还难以达到实用要求。不过，作为将资料系列修正到特定下垫面条件下，流域水文模型仍是主要手段之一，值得在工作中不断探讨和完善。

3 实例

以山峰水库作为资料系列一致性修正原实例。该水库总库容13.05亿 m3，死库容0.39亿 m3。集水面积4 110 km2，坝址以上干流长度141 km，干流平均坡度0.7‰水库以上流域为山丘区，其中石山区约占总面积的30%，一般分布于干、支流的上游，丘陵区给占总面积的60%，平原区约占10%，流域开头为扇形。水库以上流域已建成大型水库1座，中型水库9座，小(1)型水库28座，控制流域面积 1 535.2 km2，总库容 2.64 亿 m3。

山峰水库具有防洪、灌溉、城市和工业供水、发电、养殖等综合功能的大(1)型水库。设计灌溉面积153万亩(含井渠双灌面积39万亩)，有效灌溉面积104万亩。该水库自1993年开始向城市供水，年供水量3 200万m3;1995年开始向电厂供水，年供水量1 100万m3。由于向城市和工厂供水，使得水库实际灌溉面积远远达不到设计灌溉面积，目前实际灌溉面积仅38万亩。

选取山峰水库1956～2000年还原后天然径流系列、降水系列、用水量等资料。用降水径流关系对山峰水库1956～2000年天然径流系列进行系列一致性分析。

点绘1956～2000年系列的降雨径流关系，见图。可见图中20世纪60～70年代和80～90年代的点据有明显不同的点群趋势，可以认为1956～1979年和1980～2000年组成的系列需要进行一致性修正。首先按照两个系列的点群分布分别绘制其年降水-径流关系曲线，再根据绘制的关系线查算不同年降水量的径流深，并计算值和值，计算结果见表，最后按表中的修正系数和逐年降雨量修正1956～1979年各年相应的天然年径流量。