太湖流域浙西区出入水量平衡计算及误差分析

周 旋，李小韵

（1.无锡市滨湖区水利局，江苏 无锡 214000；2.无锡市河湖治理和水资源管理中心，江苏 无锡 214000）

出入水量平衡调查分析是推进用水总量控制与水量合理分配等水资源优化配置的基础工作之一。浙西区位于太湖流域上游， 是太湖流域本地水资源入太湖的主要地区， 在流域水资源配置中占有重要的地位。通过此次研究，掌握本地区出入水量的影响因素，为进一步研究太湖流域的水量平衡、加强流域水资源有效管理奠定了工作基础。

1 概述

太湖流域位于长江三角洲南翼，北依长江，东临东海，南滨钱塘江，西以天目山、茅山为界，流域面积为36895 km2［1］。根据河道水系分布、地形地貌、治理特点等，太湖流域被划分为8 个水利分区。浙西区位于流域西南部，区内涉及湖州、德清、临安、长兴和安吉等市县。区域东侧以东苕溪导流堤线为界，北与湖西区相邻，西、南以流域界为限，总面积为5931 km2，占太湖流域面积的16.08%［2］。 区域内主要包括苕溪水系和长兴水系两大水系。 苕溪水系处于浙江省北部， 有东苕溪、 西苕溪两大源流， 东苕溪流域面积2306 km2，西苕溪流域面积2273 km2，东苕溪、西苕溪主流汇合于湖州市白雀塘桥，后经长兜港流入太湖。长兴水系发源于长兴西部山丘区，包含长兴港、 杨家浦港、 合溪新港等多条河道， 流域面积1352 km2，经由长兴流入太湖。

图1 浙西区行政分区及巡测站点示意图

2 资料与方法

浙西区水量平衡计算是通过研究影响区域水量平衡的要素，对各要素水量变化情况进行计算分析。主要要素为沿太湖口门出入水量，区域降水量、区域产水量、区域耗水量、沿东苕溪口门出入水量及区域大中型水库蓄变量。各要素来源如下：

（1）沿太湖口门出入水量。自20 世纪70 年代起，环太湖周边地区水利部门为掌握出入太湖水量，每年均组织开展水文巡测工作。 水文巡测是通过在入湖水量较大的河流上设置基点站，每日定时测验1～2 次流量，其他较小河道考虑实时水情，不定时进行流量测验。 利用基点站流量与巡测段总流量建立关系， 推求出入湖水量。 对于与基点站距离较远的河道，无法在同一个巡测段内建立关系，则单独设站测验。浙西区沿湖设置2 个单站和1 个巡测段，包括杨家埠站、杭长桥站、长兴（二）段。

（2）区域降水量。收集整理浙西区20 个雨量代表站逐日降水资料， 通过泰森多边形法计算得到浙西区面降水量。

（3）区域产水量。根据历年《湖州市水资源公报》《杭州市水资源公报》，估算得到浙西区产水系数，由区域降水量及产水系数计算得到区域产水量。

（4）区域耗水量。根据历年《湖州市水资源公报》《杭州市水资源公报》及相关用水统计、典型调查资料，按用水户分类和耗水率进行估算。

（5）沿东苕溪口门出入水量。为控制东苕溪洪水进入杭嘉湖平原，东苕溪口门已全面建闸控制，并布设13 处单一流量站。 为掌握东苕溪出入杭嘉湖平原水量，湖州市、杭州市水利部门每年均组织开展东苕溪沿线水文巡测工作，并对全年监测资料进行整编分析。

（6）区域大中型水库蓄变量。根据历年《湖州市水资源公报》《杭州市水资源公报》，收集整理区域内15 个大中型水库年初、年末蓄水量，计算年末蓄水量与年初蓄水量之差，得出年内蓄水变化量。

图2 浙西区水量平衡要素示意图

根据浙西区水量平衡分析要素， 浙西区水量平衡计算公式如下：

式中WP为降水产流量；WI1为沿太湖口门入浙西区水量；WO1为沿太湖口门出浙西区水量；WI2为沿东苕溪口门入浙西区水量；WO2为沿东苕溪口门出浙西区水量；ΔV 为区域大中型水库蓄变量；WC为区域耗水量；ΔE1为水量平衡计算的绝对误差；ΔE2为水量平衡计算的相对误差。

3 水量平衡计算和误差分析

3.1 水量平衡计算

本文通过计算2010—2016 年浙西区各出入水量要素，分析了浙西区水量平衡情况，历年水量平衡详细情况如表1。

表1 浙西区2010—2016 年水量平衡计算情况

从表1 可看出，2010—2016 年浙西区沿太湖口门、沿东苕溪口门水量均以出浙西区为主。各要素中，东苕溪口门排水量所占比重最大。2010—2016 年浙西区水量平衡计算的绝对误差在-1.76 亿～7.26 亿m3之间，相对误差在1.16%～12.86%之间。对比各年份的计算结果，除2014、2015 年以外，其余年份平衡结果较好，相对误差控制在10%以内，2014、2015 年相对误差大于10%，但均未超过15%。

3.2 误差分析

在水量平衡计算中， 计算结果误差与各要素的计算方法及取值大小密切相关， 主要从以下几个方面分析水量平衡计算的误差来源。

3.2.1 测验手段采用

参与水量平衡计算的各项要素中， 沿太湖口门出入水量和沿东苕溪口门出入水量所占比重较大，是影响水量平衡的关键因子。 沿太湖河道出入水量测验主要采用驻测、巡测两种方法相结合，即在巡测段主要河道上设基点站，每天测流1～2 次，其余站点采用巡测方法，每年巡测次数在20 次左右，利用基点站流量与巡测段巡测的总流量建立相关关系推算逐日流量［3］。沿东苕溪口门分为杭州段和湖州段，杭州段4 个堰闸根据水闸调度情况计算水量； 湖州段德清大闸、洛舍闸、鲇鱼口闸、菁山闸全年逢双日测流；吴沈门闸、新吴沈门闸、湖州船闸、城南闸、城西闸汛期每日测流，非汛期逢双日测流。这些测验手段虽然在很大程度上反映了沿太湖口门、 沿东苕溪口门出入水量，但与实际情况仍存在一定误差。

3.2.2 区间径流量计算

沿太湖口门出入湖水量根据沿太湖水文巡测资料计算， 但沿太湖巡测线路与太湖岸线并不是完全重合的。根据巡测站点位置信息，应用ArcGIS 软件进行计算， 浙西区沿太湖巡测线路与太湖岸线之间存在约240 km2陆地。该区域与太湖之间的交换水量尚未掌握有效的计算方法， 在水量平衡计算中会造成一定误差。

3.2.3 水利工程调度

东苕溪沿线13 个口门均已建闸控制，一般的洪水及平枯水期基本以人工调度的规律反映水量的出入情况。但各闸门调度原则不一致，部分闸门的启闭情况无法完全掌握，且流量测验和闸门的启闭存在不同步现象。如不能实时掌握闸门启闭状态并及时加测流量，则所测流量将对水量平衡计算造成误差。

3.2.4 其他因素

在利用雨量代表站计算区域降雨量时， 由于资料限制且各雨量站在实际运行中存在部分缺测情况，计算出的区域降雨量与实际情况存在一定误差［4］。此外， 区域耗水量没有实测资料， 主要在相关统计资料、典型调查资料的基础上，按用户分类和耗水率进行估算，与实际耗水情况存在一定误差。

在上述各类影响因素中，区间径流量、区域降水量、 耗水量等因素对不同年份的误差影响相对一致。偶然性较大的因素主要是测验手段和水利工程调度，巡测频次、巡测时间、调度情况在不同年份可能存在较大差异，从而导致个别年份的误差率较高。

4 误差控制措施

根据水量平衡计算中出现误差及对误差来源的分析，提出以下几点误差控制措施：

（1）加强水文巡测工作的管理和建设。沿太湖口门出入水量、 沿东苕溪口门出入水量通过水文巡测的方法计算出入水量。 鉴于水文巡测方法无法完全控制出入水量，测验结果与实际情况存在一定误差。建议在条件许可情况下， 水文测验工作要严格遵守水文巡测规范，尽量提高水文巡测的测次，加密巡测站点，提高巡测成果精度。另一方面引进先进的测流设备，运用现代化的测流方法，提高测流精度，减小误差。

（2）调整水文巡测方案［5］。太湖流域是典型的平原河网地区，浙西区沿太湖巡测线距离太湖较远，巡测线与太湖岸线之间约240 km2区域内河网水体与太湖之间的水量交换无法控制。 建议在条件许可情况下，将巡测线向太湖岸线方向迁移，以真正反映区域与太湖之间的交换水量。

（3）加快水资源监控系统建设。东苕溪沿线13个口门均已建闸控制，鉴于各闸门调度原则不一致，且流量测验和闸门的启闭存在不同步现象。 水行政主管部门应加快水资源监控系统建设， 及时掌握各闸门的启闭信息， 把测验工作同闸门的启闭情况相结合，将偶然性误差尽量降低，提高测验精度，为水利工程的统一调度提供可靠依据。

5 结语

随着太湖流域城市化进程日益加快及经济社会飞速发展，水资源也日趋紧张。浙西区位于太湖流域上游，是太湖流域降水量最多的地区，是太湖流域本地水资源入太湖的主要地区， 在流域水资源配置中占有重要地位。因此，计算浙西区各水量要素并分析浙西区出入水量平衡情况是十分必要的。

针对水量平衡计算中出现误差， 建议采取加强水文巡测工作的管理和建设；调整水文巡测方案；加快水资源监控系统建设等一系列误差控制措施。