山西省泉水径流量一致性修正方法

刘 剑

(大同市水文水资源勘测分局，山西 大同 037000)

1 工作背景

水文径流系列的一致性修正工作是水资源调查评价工作的重要基础。一般地，当下垫面条件发生系统性、长期性、持续性、不可逆转的变化时，才需进行河川径流量一致性修正，以反映最新下垫面条件下的水资源状况。修正方法主要有降水径流关系、物理成因分析、水量平衡分析等。

水文单站的天然河川径流系列一般采用降水径流关系进行修正，其中泉水径流系列的修正参照附近水文单站的修正系数进行修正。但是在地表、地下水的水量平衡分析中发现，泉水径流修正的结果一般偏大，与现状泉域衰减的程度不相符，单站扣泉进行分区水资源分配时，会导致除泉域出露区外的其他分区地表资源量偏小，部分区域出现了地表水小于河道基流的矛盾。

基于上述矛盾，亟需采用新的方法对泉域径流进行一致性修正，本文经过山西省第三次水资源调查评价工作的实践，提出一套比较可行的泉水径流修正方法。

2 泉域径流修正方法

由于资料收集的限制，本次泉水径流的一致性修正方法主要还是采用降水径流关系。考虑到修正的出发点是为了反映人类活动对下垫面不可逆转的影响，而将径流系列修正到现状条件下，为水资源的开发利用和管理提供技术支撑。

2.1 泉域径流修正公式

ri=f(pi),i=1956,1957,…，a-1

2.2 泉水径流修正步骤

(1)根据已有岩溶泉水资料成果，以及径流和降水系列的统计分析，确定泉域径流的大气降水影响周期年份；

(2)利用1956年～2016年的泉域径流深和影响周期年份的平均滑动降水量(简称影响降水量)，点绘影响降水量和径流深双累积曲线，初步分析泉域的拐点年份；

(3)根据拐点年份，分两个系列点绘泉域影响降水量和径流深关系，查看点据分布情况，检查拐点年份的正确性，如果发现两个系列的点据有明显的交叉带，反复滑动拐点年份进行点绘，直到两个系列的点群有明显的分离，最终确定拐点年份；

(4)利用指数函数、幂函数、多项式等拟合拐点年份前的点据系列，作为泉域未发生大的变化前的关系线。拐点年份后的点据，一般关系较为散乱，没有规律，主要是受地下水开采、煤矿开采等的影响，减弱了大气降水对泉域的补给关系。因此，将拐点年份后影响降水量代入拐点年份前的降水径流关系，推算出泉域现状大气降水在未受人类活动影响下的径流深，取其均值与现状条件下径流深均值的比值作为拐点年份前的修正系数，同时考虑影响降水的年际变化对径流深的作用，将拐点前每年影响降水量与拐点后影响降水量均值的比值作为修正系数的年际调节系数，共同作为泉域采用的修正系数；

(5)利用泉域采用的修正系数与修正前的径流量相乘，计算出泉域修正后的径流量。

3 泉水径流修正成果分析

3.1 对泉域径流的影响

泉域径流的变化是大气降水、地表径流、地下水三水转化和人类活动综合作用的结果。一方面作为主要的生活生产供水水源地，在二十世纪八九十年代以来经历了大规模的开采，使泉域范围内的地下水超采，水位不同程度下降，大气降水影响周期发生变化，泉域径流出露大幅减少，特别是2000年以来，在大气降水偏丰的条件下，泉水径流仍然持续衰减，甚至个别年份出现快要断流的情况，比如洪山泉、水神堂泉、柳林泉等，说明泉域下垫面条件已发生不可逆转的变化。另一方面泉域内煤炭等资源的大规模开采，地下水隔水层遭到破坏，形成大量的矿坑水，排泄至河道，导致泉域的出流流量逐年衰减，比如神头泉、郭庄泉等。这些仅仅是泉域径流变化的一部分因素，更为复杂三水转化很难用一个尺度进行量化。

本文的目标是基于泉域现状(2001年～2016年)的出流能力，利用下垫面未发生较大变化前较好的降水径流关系，将径流系列推算至与现状一致的条件下。与原方法(参照附近单站修正系数修正)相比，新的修正成果考量了泉水径流与流域天然径流不同的形成机理，将泉水径流衰减变化从单站天然河川径流中剥离离开，避免了因采用相同修正系数导致河川径流与泉水的相互均化补给，能够将地下水开采、煤矿开采等造成的下垫面变化趋势很好地反映出来。成果具体见表1。

表1 本次方法与原方法修正成果的比较 单位：万m3

(1)本次对于受大气降水补给强烈、径流相对稳定(变差系数<0.27，坪上泉除外)、下垫面破坏不大的泉域，如神头泉、灵丘泉、坪上泉、龙子祠泉、霍泉等，本次修正成果比原修正成果径流有所增大。是因为原方法修正会将部分泉域径流分摊至单站的天然河川径流(不含泉)上，导致泉水修正成果偏小；对于径流不稳定(变差系数>0.27)、衰减较大的泉域，如水神堂泉、洪山泉等，本次修正成果较原修正成果有所减少，是因为原方法修正会将部分单站的天然河川径流(不含泉)分摊至泉域径流上，导致泉水修正成果偏大。

(2)本次修正系列的拐点年份一般较原方法的拐点年份往后推延，主要原因是在泉水径流衰减总体趋势下，径流发生突变的情况大都发生在20世纪90年代，甚至2000年以后，但是考虑到三次评价的现状条件为2001年～2016年，因此，拐点年份在2000年以后的，统一按2001年确定。

3.2 对单站径流(含泉)的影响

本次泉水径流修正后对单站天然径流的修正有一定的影响，但是影响不大。原方法是基于地表径流和泉水径流的衰减变化均化考虑，将地表径流和泉域径流按相同的修正系数统一修正，与本次泉域径流和单站天然径流(扣泉)分别修正再综合的修正成果基本接近，误差不大(大部分在10%以内)，因此单站天然径流修正成果仍然采用原方法的成果。

4 结论及建议

综上分析，本次泉水径流的一致性修正方法理论较为完善，成果较为合理，在山西省第三次水资源调查评价中的得到应用，可供同类项目借鉴。