浅谈松辽流域径流设计成果修订

2018-04-18宁方贵白花琴

中国水利 2018年7期

付　鹏，陈　宝，宁方贵，白花琴

（水利部松辽水利委员会水文局信息中心，130021，长春）

水文设计成果的可靠性和合理性影响着工程布置的安全与经济，关系着流域（或地区）综合规划的战略布局，对工程建成后所发挥的经济、社会和生态环境效益具有显著影响。为了合理规划松辽流域水利工程体系和水资源配置格局，从20世纪50年代开始，松辽流域陆续完成了很多大中型水利工程的水文设计成果。近年，由于受下垫面条件和极端气候事件的影响，松辽流域降水、径流等水文特性发生了较大变化，水文设计成果修订的需求日益明显和迫切。

一、既往工作及背景

松辽流域曾先后两次开展水资源调查评价工作。20世纪80年代开展了第一次水资源调查评价，1986年完成的《东北诸河水资源利用》是对流域水资源及其开发利用进行的第一次成果评价，评价范围为松花江、辽河、跨界河流以及沿海河流等。2002年水资源综合规划阶段开展了第二次水资源调查评价，2005年3月完成评价成果的最终核定，评价范围为整个松辽流域，包括松花江、辽河、跨界河流以及沿海河流，包含黑龙江、吉林、辽宁3省和内蒙古自治区东部3市1盟及河北省承德市的一部分。

松辽流域既有成果的水文系列截至2000年。受人类活动和极端气候事件等影响，松辽流域下垫面条件和水文特性均已发生较大变化，现有水文设计成果已经不能反映流域目前的水文情势。为了分析和掌握松辽流域水文情势变化规律，适应流域水资源配置等建设和管理的要求，按照水利部统一部署，松辽流域于2012年开展了水文设计成果修订工作。水文设计成果修订包括径流成果修订和洪水成果修订，本文仅介绍径流部分。

二、修订原则与计算方法

1.修订原则

①修订范围不包括国际河流。本次径流设计成果修订范围为松花江和辽河流域，总面积78.23万km2。

②修订计算方法与评价方法一致。水资源综合规划阶段共选择径流代表站100处，本次选择其中的41处进行修订。对41处水文站的设计年径流计算采用与水资源综合规划阶段相同的方法。

③新增站点与既有站点计算方法一致。本次修订共选取水文站和工程点63处，除上述41处水文站外，新增22处站点。新增站点按照《松辽流域水资源调查评价细则》中的方法进行设计年径流计算。

2.修订计算方法

水资源综合规划阶段采用水文资料系列为1956-2000年，本次修订的主要任务是将资料系列延长至2010年。修订方法和步骤如下：

①资料收集和现场调研。收集选用水文站实测资料，上游水利工程运行资料，上游蓄水、调水、引水、提水和各行业用水等资料，采用水量平衡和对比分析等方法进行资料检查与审核。

②径流还原计算。在实测资料基础上，根据各站点上游水利工程的蓄水、引水及各行业用水、回归水资料，对径流进行还原。利用本站、上下游邻近站水位、径流相关或降雨、径流相关对缺测年份进行插补延长。

③一致性修正。依据水文循环基本原理，从降雨变化、下垫面条件变化对产汇流影响两个方面进行一致性分析和处理。考虑流域下垫面的变化情况，对还原后的径流系列进行必要的一致性修正。

④三性分析。采用差积曲线法、滑动平均法、丰枯对比分析等多种方法对还原后的径流系列进行可靠性、代表性、一致性分析，确定合理的系列成果。

⑤参数修订及合理性分析。采用频率计算方法，进行径流设计参数计算，通过周期性分析、径流深分析、上下游分析，确定成果合理性。与水资源综合规划阶段成果进行对比分析，提出推荐采用成果。

三、径流设计成果修订

1.实测径流还原

（1）径流还原方法

在充分研究水文站及工程点的径流特点、成因基础上，对水文站实测资料进行还原、统计、插补，得出1956-2010年天然年月径流系列。对于还原后的天然年月径流量，进行干支流、上下游和地区间的综合平衡分析，检查其合理性。还原计算时段内天然径流量采用公式(1)：

（2）径流还原计算

按照上述方法，对选取的63处站点进行径流还原计算。对于在水资源调查评价成果中已经具有1956-2000年径流系列的41处站点，经过还原统计和插补计算，得到2001-2010年天然年月径流系列；对于新增的22处站点，经过还原统计及插补计算，得到1956-2010年的天然年月径流系列。

按照公式（1）进行径流还原计算，对公式中的各计算项的处理方法如下：

①农业灌溉耗损量。选取典型地表水样点灌区根据实灌面积、实灌定额、灌溉回归系数等资料估算农业灌溉耗损量。对于缺乏灌区回归系数资料的灌区，用净灌溉水量作为还原水量。

②工业和城镇生活耗损量。工业和城镇生活耗损量包括用户耗损量和输水损失量，为取水量与入河排污量之差。根据典型企业和生活区水平衡测试成果确定耗损率，乘以地表水取水量推求耗损量。按年计算耗损量，平均分配到各月。

③引水（分洪）量。重要引水工程，如中引工程、北引工程等，具有较完整的监测资料，因此引水量根据引水口实际引水资料逐月、逐年进行统计。分洪水量可通过查阅年鉴和现场调研得到。

④水库蓄水变量。大型水库一般都具有水位、流量实测资料，根据月末与月初及年末与年初蓄水量的差值，即可求得水库月、年蓄水变量。一般中型水库有水位资料，可由水位与库容关系曲线推求水库蓄水变量。

2.一致性分析

在松花江流域选取开发程度较高的呼兰河兰西站和蚂蚁河莲花站2个水文站，在辽河流域选取西辽河赤峰站、浑河大伙房水库站、邢家窝堡站及太子河唐马寨站4个水文站，点绘1956-2000年和2001-2010年降水量与天然年径流量的相关图。相关图显示，所选取代表站1956-2000年和2001-2010年的降水径流关系发生了一定变化，但在可接受的范围内，降水径流关系基本稳定。因此本次径流设计成果修订工作不需要进行一致性修正。

3.代表性分析

在松花江流域的第二松花江、嫩江、松花江干流分别选取丰满站、尼尔基站、哈尔滨站，在辽河流域的辽河干流、东辽河、西辽河分别选取了铁岭站、王奔站、赤峰站、麦新站，作差积曲线用来论证年径流系列（1956-2010年）的代表性。由差积曲线图可知，所选代表站降水与径流趋势基本一致，1956-2010年丰、平、枯出现频率相当，包含完整的丰枯周期，且包含最丰水年和最枯水年，1956-2010年系列基本反映了长系列周期性的变化规律，具有较好的代表性。图1、图2分别为哈尔滨站和铁岭站资料系列差积曲线图。