來水量系列一致性分析與修正

王益軍，郭富強，魯云龍

(吉林省水文水資源局通化分局，吉林 通化 134000)

人類活動對河川徑流量的影響，主要表現在兩個方面:第一，隨著經濟和社會的發展，河道外引用消耗的水量不斷增加，直接造成河川徑流量的減少，水文站實測徑流已不能代表天然情況;第二，由于工農業生產、基礎設施建設和生態環境建設改變了流域的下墊面條件(包括植被、土壤、水面、耕地、潛水位等因素)，導致入滲、徑流、蒸散發等水平衡要素的變化，從而造成產流量的減少或增加。另外，水利工程的建設與運用，在一定程度上改變了徑流的時空分布特征，對于水資源論證的特定區域，該類影響尤為突出。人類活動必然影響到實測水文資料的一致性。河道外用水消耗量可以通過還原方法還原回來，而下墊面的變化對徑流的影響是一個漸變過程，影響因素非常復雜，難以逐年做出定量的估算。一般對還原后的天然年徑流系列進行一致性分析，若發現在同量級降水條件下，近期某段時期的天然年徑流量比以前的明顯減少(或增加)，則表明系列一致性不好。應在分析原因的基礎上對前期的天然年徑流系列進行修正，既改善系列的一致性，又使計算成果能反映近期下墊面條件下的地表水資源量。一致性分析與修正的方法主要有以下幾種。

1 降水徑流關系分析

點繪選用站的年降水—徑流關系，分析在同量級降水條件下不同時期的點據是否有明顯偏離，如果有，則表明下墊面變化對徑流影響較大。為反映現況下墊面條件，應對前期天然年徑流系列進行一致性修正，修正的步驟為:

(1)將該系列劃為前期和近期兩個年段，分別通過點群中心繪制其年降水—徑流關系曲線。

(2)選定一個年降水值，從圖中兩根曲線上查出相應的年徑流深值(R1和R2)，用下列公式計算年徑流衰減率和修正系數:

式中:α為年徑流衰減率;β為年徑流修正系數;R1為代表前期下墊面條件的產流深;R2為代表現況(近期)下墊面條件的產流深。

根據不同年降水量的α值和β值，可以繪制P—β關系曲線，作為修正前期天然年徑流系列的依據。

(3)根據需要修正年份的降水量，從P—β關系曲線上查得修正系數，乘以該年修正前的天然年徑流量，求得修正后的天然年徑流量。

另外，也可建立徑流衰減量與年降雨量距平值的關系，或年降水量與徑流相對衰減量的關系，作為修改的依據或研究徑流衰減的規律手段。

2 流域水文模型

對于難以用上述逐項還原法計算的情況，可以用流域水文模型法進行估算。目前，較成熟的模型有新安江模型、陜北模型、Tan模型、淮北平原坡水區流域水文模型等，可根據水文氣象條件和各模型的適用條件選用。一般先根據流域水文氣象條件選擇模型，如濕潤地區，通常選新安江模型，干旱或半干旱地區，可選陜北模型等;再根據還原計算或一致性修正的要求選用資料，如要求統一修正在近期下墊面的條件，則可選擇近期的降雨徑流資料;當要求修正到近似天然狀態下，則選擇早期人類活動相對較少的資料，如果流域內興建了大型水利工程，則按照修正到工程前后選擇相應時期的資料;然后用選用的資料率定模型參數值，并進行驗證;最后用降水漿和建立的模型計算出徑流系列。

需說明的是，流域水文模型用于徑流量的模擬還缺乏經驗，還有不少的問題需要進一步研究，尤其是模型的精度和適用性問題。根據以往的經驗，濕潤地區模型的精度較干旱地區高，而耗水量占徑流量的比值正好相反，從而導致在濕潤地區模型精度雖高，但還原水量占徑流量的比有可能仍在模型的誤差范圍內;而干旱地區耗水量占徑流量的比值雖然高，但模型精度通常都不高，因而用模型進行徑流還原還難以達到實用要求。不過，作為將資料系列修正到特定下墊面條件下，流域水文模型仍是主要手段之一，值得在工作中不斷探討和完善。

3 實例

以山峰水庫作為資料系列一致性修正原實例。該水庫總庫容13.05億 m3，死庫容0.39億 m3。 集水面積4 110 km2，壩址以上干流長度141 km，干流平均坡度0.7‰水庫以上流域為山丘區，其中石山區約占總面積的30%，一般分布于干、支流的上游，丘陵區給占總面積的60%，平原區約占10%，流域開頭為扇形。水庫以上流域已建成大型水庫1座，中型水庫9座，小(1)型水庫28座，控制流域面積 1 535.2 km2，總庫容 2.64 億 m3。

山峰水庫具有防洪、灌溉、城市和工業供水、發電、養殖等綜合功能的大(1)型水庫。設計灌溉面積153萬畝(含井渠雙灌面積39萬畝)，有效灌溉面積104萬畝。該水庫自1993年開始向城市供水，年供水量3 200萬m3;1995年開始向電廠供水，年供水量1 100萬m3。由于向城市和工廠供水，使得水庫實際灌溉面積遠遠達不到設計灌溉面積，目前實際灌溉面積僅38萬畝。

選取山峰水庫1956～2000年還原后天然徑流系列、降水系列、用水量等資料。用降水徑流關系對山峰水庫1956～2000年天然徑流系列進行系列一致性分析。

點繪1956～2000年系列的降雨徑流關系，見圖?？梢妶D中20世紀60～70年代和80～90年代的點據有明顯不同的點群趨勢，可以認為1956～1979年和1980～2000年組成的系列需要進行一致性修正。首先按照兩個系列的點群分布分別繪制其年降水-徑流關系曲線，再根據繪制的關系線查算不同年降水量的徑流深，并計算值和值，計算結果見表，最后按表中的修正系數和逐年降雨量修正1956～1979年各年相應的天然年徑流量。

圖1 山峰水庫修正前后降水徑流關系圖

表1 山峰水庫站不同年降水量的α值和β值

從該實例可見，經修正后的1956～1979年與1980～2000年組成具有一致性的系列?；痉从?980～2000年的下墊面條件的天然年徑流系列。