清水河径流量插补方法探讨

□朱建春（巴州水文水资源勘测局）

1.流域自然地理概况

1.1 流域地形

清水河流域位于新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州和硕县北部，流域东面与曲惠沟流域接壤，西面与黄水沟流域毗邻，北界阿拉沟流域，地理位置介于86°35′～87°10′E，42°10′～42°50′N，流域内地势北高南低向西倾斜，山口以上平均海拔高程在3100 m以左右。海拔高度在2500～3800 m的地带降水较多，气候湿润。

1.2 河流

清水河发源于天山南麓，从河源至出山口河长60.2 km，流域平均宽度22.1 km，最大宽度36.0 km，河道平均坡度3.7%。流域内冰川面积5.64 km2，占流域总面积的0.56%，冰川储量0.142 km3。克尔古提水文站是该河唯一的水文站，1956年建站,位于清水河出山口处，东经86°54′，北纬42°22′，水文站以上流域集水面积为1016 km2。

2.流域降水及径流概况

2.1 降水

山口处多年平均年降水量146.6 mm，降水量集中在汛期（6-8月），汛期多年平均降水量24.9～37.2 mm之间，连续最大4个月降水量占年降水量70.9%。

2.2 径流

清水河的径流量主要是由冰雪融水和降雨补给，还有少量的地下水补给组成。夏季降雨大部分直接补给径流，因而降水是影响清水河径流大小的主要因素之一，山区降雨大小直接影响河道径流量的大小。径流的年内分配不均匀，主要是由于流域的降水时空分布不均，且季节变化明显，径流主要集中在汛期（0.809×108m3），约占全年的 65.7%。

2.3 枯水

清水河枯水时间比较长，一般为每年10月初至次年4月底为枯水期，其中，12月中旬至次年4月底为最枯时段，月径流占年径流的4.5%～3.0%之间，此段时期河流大部分时间处在冰期，地表径流补给中断，靠地下水补给，这时河水径流量比较稳定。

3.年径流插补方法

3.1 5-11月合计径流量与年径流量相关法

克尔古提站1994-2008年总共逐年径流及1-4月和12月径流资料的插补延长，采用历年实测5-11月径流量与年径流量建立相关关系，见图1。根据1994-2008年每年5-11月实测径流量，按相关方程计算出各年径流量。

其相关方程为：

相关系数：R=0.9958。式中：W—年径流量；W5～11月 -5-11月时段径流量。

根据（1）式求得1994-2008年各年径流量，然后用年径流量减去该年5-11月份径流量，求得1-4月和12月径流量，再用多年平均历年1-4月和12月各月水量占1-4月和12月时段水量百分比计算出1994-2008年各年1-4月和12月各月径流量。

3.2 枯季退水曲线分析法

根据清水河枯季径流特征分析，每年12月至次年4月底为最枯时段，月径流靠地下水补给，这时河水径流量退水平稳，多年平均退水系数在0.06～0.006之间波动，从11月下旬至次年4月下旬逐渐减小，退水系数说明此时段径流消退速度逐渐降低。

图1 克尔古提水文站历年5-11月径流与年径流相关图

克尔古提站1993-2008年，每年12月和次年1-4月径流资料的插补延长，采用11月径流量为枯水开始消退值，用退水曲线公式计算出每年12月和次年1-4月径流。

退水计算公式：

式中：Q0-表示开始消退值；Qt-表示退水后t时段的消退值；β—表示t时段的退水系数。

根据1957-1993年历年实测月径流量资料，分析历年逐时段退水曲线系数β。利用每年11月实测径流量，根据（2）式求得1993-2008年每年12月和次年1-4月径流量。插补的1-4月和12月各月径流量与实测的5-11月径流量相加即得到1994-2008年各年径流量。

3.3 历年均值代替

根据历年实测月径流量资料，分析历年逐月平均月径流量，一般为每年12月至次年4月底月径流占年径流的4.5～3.0%之间，且历年逐月径流年际变化较稳定，12月和1-4月径流量变差系数CV值在0.25～0.15之间，在一般情况下用历年逐月平均月径流量近似代替缺测月份的径流量，用历年平均1-4和12月合计径流量与当年实测的5-11月径流量相加即得到1994-2008年各年径流量。

4.插补方法误差分析及精度评定

本次根据克尔古提站1957-1990年的月、年径流资料，来进行径流量相关法的分析及建立相关方程，分析退水曲线法历年逐时段退水曲线系数β，和1957-1990年逐月平均径流，运用上述3种方法分别对1991-1993年各年1-4月和12月及年径流进行插补。然后通过1991-1993年实测月、年径流资料来检验各种方法插补值的精度，通过对各种方法的比较和精度评定，优选年径流插补方法。插补结果见表1。

表1 各年1-4月和12月及年径流插补成果表

各种方法插补结果与1991-1993年实测月、年径流进行绝对误差及均方差分析，分析结果见表2。通过上述3种方法插补值的精度来看，相关分析法年各月插补值绝对误差在0.03～0.83 m3/s之间，年径流绝对误差在0.010～0.018 m3/s之间。3年1-4月和12月平均均方差在0.08～0.42之间，合计为1.04，3年年径流平均均方差为0.025；退水曲线法3年各月插补值绝对误差在0.05～0.44 m3/s之间，年径流绝对误差在0.003～0.028 m3/s之间。3年1-4月和12月平均均方差在0.08～0.34之间，合计为0.92，3年年径流平均均方差为0.015；历年均值法3年各月插补值绝对误差在0.04～1.13 m3/s之间，年径流绝对误差在0.029～0.046 m3/s之间。3年1-4月和12月平均均方差在0.17～0.64之间，合计为1.63，3年年径流平均均方差为0.049。

从分析结果来看，3年1-4月和12月插补值绝对误差和平均均方差变化范围最小的是枯水退水曲线法的插补结果，3年年径流平均均方差最小的也是枯水退水曲线法的插补结果。

表2 插补成果绝对误差统计分析表

5.结论

根据清水河流域的降水和枯季径流特征，采用相关分析法、退水曲线法和历年均值法对克尔古提水文站缺测年份的月、年径流资料进行插补。并运用1991-1993年实测月、年径流资料来检验各种方法插补值的精度，通过对各种方法的比较和精度评定，枯水退水曲线法的插补结果的值绝对误差和平均均方差变化范围最小，插补值相对比较准确。在进行清水河水资源评价和水文分析计算时，枯水退水曲线法的插补结果可用于克尔古提水文站缺测年份的月、年径流资料进行插补。