芻議枯水典型年分析

劉曉鳳

(黑龍江省水文局，哈爾濱 150001)

春季十年九旱是我省最普遍、最突出的災(zāi)情。對(duì)我省枯水典型年形成的原因和稀遇程度加以分析，提出科學(xué)合理的預(yù)測(cè)方法可以為我省減輕旱災(zāi)、合理分析利用水資源提供科學(xué)的依據(jù)。

枯水和洪水是水文學(xué)中的極值范疇，自20世紀(jì)70～80年代以來(lái)，有關(guān)部門(mén)開(kāi)始大規(guī)模地開(kāi)展河流枯水研究工作，但枯水研究的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于洪水。本文從以下幾方面進(jìn)行枯水典型年分析，從而找出枯水形成的原因、枯水的稀遇程度以及對(duì)枯水的預(yù)測(cè)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 枯水影響的主要因素

枯季是指流域內(nèi)降水較少、蒸發(fā)量較小而徑流比較穩(wěn)定、低落的季節(jié)。這段時(shí)期江河中的水量主要由于徑流補(bǔ)給量銳減而逐漸枯竭，甚至不能滿(mǎn)足需水的要求。

我省地處高寒地帶，枯季徑流來(lái)源主要是汛末滯留于流域內(nèi)的蓄水(冰)量和枯季的降水量。在寒冷地區(qū)，從每年10月至翌年7月，冰雪凍土存在的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)270 d之久。積雪和凍土存在時(shí)，改變了包氣帶厚度中土壤水份動(dòng)態(tài)規(guī)律，降雨徑流受到制約。凍土的不透水作用、蓄水調(diào)節(jié)作用和抑制蒸發(fā)作用，使降水入滲、土壤蒸發(fā)和土壤含水量的垂線(xiàn)分布等均不同于無(wú)凍地區(qū)和無(wú)凍期。凍結(jié)期，降雪轉(zhuǎn)為積雪，入滲終止;潛水和深層土壤水份蒸發(fā)在凍結(jié)鋒面而凝結(jié)，土壤含水量一般增加20% ～40%。融凍期，由于凍土的不透水作用，融雪和降雨入滲在凍層形成凍層上水。凍層溫度低于冰點(diǎn)，融凍時(shí)需吸收大量熱量，蒸發(fā)受到抑制，使實(shí)際蒸發(fā)遠(yuǎn)小于氣候蒸發(fā)能力。

所以對(duì)不同的區(qū)域，分析枯水，首先分析上一年的封江情況，包括封江時(shí)間、封江水位等，從而確定封凍于流域內(nèi)的蓄水情況;其次要分析上一年11月至次年3月的冬季降雪情況，最后還要考慮春季4、5月份的降雨，綜合這三方面的因素，就是本流域初步的枯季來(lái)水量。

2 枯水資料的整合與頻率分析處理方法

對(duì)枯水進(jìn)行頻率分析，首先要整合資料系列。每年的4月25日～5月15日為我省的泡田期，這期間水量的需求也相對(duì)較大，此期間的來(lái)水量也就尤為重要。選取此時(shí)間段的平均流量做為資料系列，較好地反映了枯季徑流情況，具有較好的代表性。所以，本文在分析枯水時(shí)，選取了區(qū)域代表站每年4月25日～5月15日的平均流量，進(jìn)行頻率計(jì)算，計(jì)算出每年枯水的稀遇程度，然后選取相應(yīng)頻率的枯水進(jìn)行典型年分析。

3 枯水徑流計(jì)算方法與系統(tǒng)預(yù)測(cè)

在中高緯度地區(qū)，一般氣候干燥，蒸發(fā)強(qiáng)烈，降水量小，其蒸發(fā)模型宜采用雙層或三層模型，以考慮對(duì)蒸發(fā)的抑制作用，但考慮產(chǎn)流量計(jì)算屬凍土融凍初期，為計(jì)算簡(jiǎn)便，采用單層模型，即可滿(mǎn)足預(yù)報(bào)精度要求。具體方法如下:

以月作為計(jì)算時(shí)段，流域水量平衡方程可寫(xiě)成:

式中:R為按月計(jì)算的徑流深度，mm;P為月流域平均降水量，mm;E為月蒸發(fā)量，mm月初起始蓄水量為流域最大蓄水容量，mm;Ki為流域土壤蓄水消退系數(shù)。

應(yīng)該指出的是，所計(jì)算的月徑流深，需經(jīng)過(guò)還原計(jì)算，使之成為與本月降水蒸發(fā)相對(duì)應(yīng)的徑流深度。其方法是先由4、5月逐日流量退水過(guò)程，繪制標(biāo)準(zhǔn)退水曲線(xiàn)，據(jù)分析法制成退水曲線(xiàn)流量與尾部總水量關(guān)系圖(表)。統(tǒng)計(jì)逐年4、5月末的日平均流量，利用該圖(表)中查出相應(yīng)退水總量，并根據(jù)流域面積換算成平均深度ΔR，其3月份處于凍結(jié)狀態(tài)，徑流深近于零，可忽略不計(jì)。則4、5月徑流深還原后為:

式中:R為還原后月平均徑流深度，mm，R′為年鑒刊布徑流深度，ΔR末為月末流量計(jì)算的退水徑流深度，ΔR上為上月末退水徑流深度。

4 結(jié)語(yǔ)

枯水的分析不同于洪水，由于枯水量級(jí)小，各方面對(duì)其影響都會(huì)比較顯著，分析起來(lái)較為困難。本文在對(duì)枯水定性分析的基礎(chǔ)上給出了一定的量化，使枯水分析更加詳盡。

[1] 韓承榮，等.水文預(yù)報(bào)方法[M].北京:水利水電出版社，1992.