利用相关方法推求基于面雨量的断面水量

2012-08-14平一江金新芽

浙江水利科技 2012年4期

平一江,金新芽

(浙江省水文局,浙江杭州 310009)

1 问题的提出

为落实各级政府对辖区水环境质量负责的法定职责,严格实行跨行政河流交界断面水质保护管理考核,促进水环境综合治理和水环境质量改善,实现流域经济社会与环境的协调发展,根据跨界河流水量水质目标考核要求,水行政主管部门负责实施行政交界断面水量及流向监测,在每季度初10 d内提供各交界断面水量分析报告。由于受涉水工程等人类活动影响,能满足水文规范要求的流量站越来越少,设在各市(县)交界处附近的流量站更少,短期内在全省各个交界断面处建设水文测站难以做到,而且在10 d内也难以完成利用水文资料推算交界断面水量。因此,寻求一种在10 d内能完成分析计算又能满足一定精度要求的交界断面水量计算方法是保证政府能够尽快公布水质考核结果的关键。

2 分析方法

数理统计分析作为研究随机现象的重要数学方法,在水资源不确定性研究中应用广泛。径流是流域水资源最重要的组成部分,它受多种因素影响,具有随机不确定性,但对于长时间的观测结果,则存在随机不确定性意义上的统计规律。

根据高斯—马尔可夫定理的基本结论,最小二乘估计法作为求算回归方程式中参数的最一般方法,由其计算而得的估计量在所有的线性无偏估计中具有最小方差性。因此,可将交界断面以上流域的面雨量与径流深建立相关关系,从而由面雨量推算径流深,间接推求交界断面水量。交界断面以上流域面降雨与径流采用直线相关,公式如下:

式中:P为降水量,mm;R为径流深,mm;a、b为待定常数;r为相关系数。

a、b、r由观测点与直线拟合最佳,通过最小二乘法进行估算:

3 水量推算

全省山丘区89个交界断面分布在县与县、县与市或省与省交界处,流域集雨面积1.2～35 760.0 km2,可利用水文站推流的断面主要有沈村、小旦、赵山渡水库、罗渡大桥、荆湾和奉口等断面。

3.1 年径流深

89个交界断面没有长系列的实测径流深与面雨量数值,可通过间接方法推算出满足定线要求的数值。采用《浙江省水资源》的成果,在1956—2000年间选取1957年、1961年、1973年、1979年、1988年及1998年 6个典型年 (丰、平、枯)的降雨量、径流深等值线图,通过等值线网格插值法求出全省89个交界断面年面雨量和年径流深;再将6 a的面雨量与径流深值代入式 (2)、(3)、(4)求出不同交界断面的a、b以及相关系数r;最后通过年面降雨量与年径流深相关公式,用年降雨量推求交界断面年径流深。

3.2 时段月径流深

推求时段径流深方法与推求年径流深相同,即建立相应时段降雨径流关系,利用对应时段降雨推求时段径流量。

在水质考核中,需要掌握行政交界断面当年1—3月、1—6月、1—9月径流量,而《浙江省水资源》中无法直接得到上述典型年1—3月、1—6月、1—9月的径流深、降雨量等值线图,特别是绘制年内指定时段的径流等值线图,其误差可能比较大,具体分析时采用水文比例法,公式如下:

通过上述典型年降雨、径流获得时段降雨、径流。但由于径流的年内分配不均,年径流属于枯水年时并不代表时段径流也为枯水,在建立时段降雨、径流关系时,关注各时段降雨径流量是否包含时段最丰、最枯值,如果未包含,则补充相应点据,否则会带来较大的外延误差。

3.3 断面水量

根据时段和年降水量,由相应降雨径流关系推求出的时段及年径流深,乘上断面集水面积即为断面相应时段的径流量,如果是天然径流量,还需考虑断面以上流域大中型水库蓄水变量和工农业生产的耗水量。

4 成果检验

4.1 相关系数

相关系数r越接近1,说明径流深与降雨量直线相关性越好,计算出的径流量成果越合理。全省不同时段不同断面相关系数见表1。由表1可知,时段越长,相关关系越好,年径流深与年雨量相关性越好。1—3月相关性略差,但全省95%以上交界断面各时段相关系数在0.90以上,说明间接推求断面不同时段的径流深方法具有较好的精度。