地表水資源量計(jì)算中存在的問(wèn)題

馬驥

內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾水文勘測(cè)局 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000

引言

上世紀(jì)80年代初期，由“全國(guó)農(nóng)業(yè)自然資源調(diào)查和農(nóng)業(yè)區(qū)劃會(huì)議”牽頭組織，對(duì)我國(guó)境內(nèi)的水資源進(jìn)行了第一次普查工作。為全國(guó)各地的水資源評(píng)價(jià)、水利規(guī)劃、水利化區(qū)劃以及農(nóng)業(yè)區(qū)劃提供了重要的科學(xué)依據(jù)。近三十年來(lái)，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，自然環(huán)境也發(fā)生了很大的變化，但水資源量的計(jì)算方法卻沒(méi)有相應(yīng)的改進(jìn)，只是在細(xì)節(jié)上做了一些修改，尚未形成完整的計(jì)算體系，因此水資源量統(tǒng)計(jì)結(jié)果的精確度并不能滿足當(dāng)前社會(huì)的發(fā)展需求。因此有必要應(yīng)用豐富的實(shí)測(cè)資料，對(duì)地表水資源量重新進(jìn)行計(jì)算。

一、我國(guó)地表水資源量現(xiàn)狀

地表水資源指的就是地表水中可以逐年更新的淡水量，是水資源的重要組成部分之一，由分布在地表的各種水體組成，如海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川以及積雪等。因?yàn)榈乇硭偷叵滤g存在一些必要的聯(lián)系，因此，在進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)當(dāng)扣除地下水補(bǔ)給河流的那部分水量。現(xiàn)代水資源管理學(xué)對(duì)于地表水的定義通常為存在于陸地上可實(shí)施人為控制并且能夠調(diào)度分配和科學(xué)管理的水。但在實(shí)際的生活中，地表水資源在不同情況下的定義也是不一樣的。從航運(yùn)和養(yǎng)殖的角度來(lái)講，地表水資源主要指的是河道和水域中所存在的水；從能源的利用角度來(lái)講，則地表水資源通常指的是含有一定落差的河川徑流。按照理論值進(jìn)行估算，全球范圍內(nèi)的地表水總量為14億立方千米，其中海洋地表水13.7億立方千米；河流1700立方千米；淡水湖及水庫(kù)12.5萬(wàn)立方千米；冰川和永久積雪水0.3億立方千米。截止2018年底，我國(guó)的地表水資源總量約為27462.5億立方米，基本與往年持平。其中地表水資源總量為26323.2億立方米，地下水資源總量為8246.5億立方米，地下水與地表水資源不重復(fù)量為1139.3億立方米。

二、地表水資源量計(jì)算中存在的問(wèn)題

1、年徑流還原計(jì)算問(wèn)題

1.1地表水資源量計(jì)算方法

目前，我國(guó)進(jìn)行地表水資源總量計(jì)算所采用的方式為調(diào)查還原法。計(jì)算方式為實(shí)測(cè)徑流加還原徑流。其中還原徑流的內(nèi)容包括河流的工農(nóng)業(yè)引用水量、水庫(kù)內(nèi)的蓄水量、水庫(kù)蓄水的蒸發(fā)損失及滲漏損失、跨流域引水、河道分洪決口水量等。對(duì)徑流進(jìn)行還原的目的在于使河流的計(jì)算成果與天然情況基本一致，使結(jié)果更加準(zhǔn)確，方便后期使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)地表水資源總量進(jìn)行頻率分析。

1.2地表水資源量計(jì)算過(guò)程

我國(guó)季風(fēng)性氣候明顯，因此降水總量基本上維持在一個(gè)恒定范圍內(nèi)。但自從二十世紀(jì)以來(lái)，工農(nóng)業(yè)的用水量逐年增加，平原地下水開采量也在增加，地下水位的下降導(dǎo)致包氣帶持續(xù)增厚。這就對(duì)產(chǎn)流條件產(chǎn)生了影響，改變了地表水和地下水之間相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。因?yàn)榈叵滤淮蠓认陆担缘乇硭坏貌粚?duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給，河川徑流的總量因此而減少。除了開采地下水之外，水土流失的保持也是一項(xiàng)廣泛且復(fù)雜的人類活動(dòng)。水土流失的保持能夠蓄水保土，提高降水的利用效率，進(jìn)而對(duì)流域產(chǎn)匯流條件造成影響，增加年徑流。另外，煤礦開采、工程建設(shè)、土地開發(fā)等都會(huì)使一定范圍內(nèi)的流域產(chǎn)流條件發(fā)生變化，以目前的地表水統(tǒng)計(jì)技術(shù)而言，無(wú)法對(duì)上述條件進(jìn)行還原。這也就味著當(dāng)前的還原徑流并非準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)部分水文站通過(guò)對(duì)受人類活動(dòng)影響較小區(qū)域的降水觀測(cè)，制作出了“模擬徑流量”曲線圖，將現(xiàn)行的還原徑流曲線圖與該圖進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)明顯的不同之處，相關(guān)線并非以45°呈現(xiàn)。另外，該水文站數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)在70年代由于地下水開采而導(dǎo)致的年徑流量下降約為2.50億m3/a，80年代約為4.00億m3/a，但后來(lái)根據(jù)還原徑流所得到的數(shù)據(jù)為6.35億m3/a和5.17億m3/a，70年代尚未進(jìn)行還原的地下水開采量占到還原徑流總量的40%，80年代為77.4%，這說(shuō)明地下水的嚴(yán)重開采已經(jīng)對(duì)年徑流量造成了嚴(yán)重影響，如果不考慮地下水開采而進(jìn)行地表水總量計(jì)算，其結(jié)果誤差會(huì)相當(dāng)大。

在煤礦集中開采的區(qū)域，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示自從上世紀(jì)70年代開始年徑流量在不斷減少。從70年代初期到70年代末期年徑流量平均減少約7.3mm，80年代初期到90年代末期年徑流平均減少16.8mm，由此可見(jiàn)因采礦而導(dǎo)致的年徑流量減少問(wèn)題也相當(dāng)嚴(yán)重。

上述舉例充分說(shuō)明了當(dāng)前還原徑流的計(jì)算并不徹底，部分區(qū)域的年徑流量并未得到充分還原，并且這些項(xiàng)目的還原至今為止都沒(méi)有一個(gè)良好的解決辦法，這對(duì)于當(dāng)前地表水資源的計(jì)算來(lái)講是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。

2、大型水庫(kù)的庫(kù)岸調(diào)節(jié)問(wèn)題

在地表水資源量計(jì)算過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分水庫(kù)在豐水年份出入庫(kù)水量并不一致，也就是入庫(kù)水量大于出庫(kù)水量，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的水庫(kù)并不在少數(shù)。以某水庫(kù)為例，該水庫(kù)在上世紀(jì)80年代的平均出入水庫(kù)水量差值為8000萬(wàn)m3，而90年代的平均出入水庫(kù)水量差值為5000萬(wàn)m3，在這期間這兩個(gè)水庫(kù)上游降水量總體來(lái)講都比較豐富，少有干旱的情況發(fā)生。后來(lái)經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)造成出入庫(kù)水量不一致的原因在于庫(kù)岸調(diào)節(jié)失衡。通常情況下，在降水將比較豐富的年份，水庫(kù)內(nèi)的水位線持續(xù)保持一個(gè)較高的水平，而高水位線所對(duì)應(yīng)的庫(kù)岸土體密封并未到位，導(dǎo)致水庫(kù)內(nèi)的水通過(guò)庫(kù)岸滲入兩側(cè)的巖土中；在降水比較緊缺的年份，水庫(kù)內(nèi)水位線下降，兩側(cè)巖土內(nèi)的地下水向水庫(kù)內(nèi)回滲，導(dǎo)致水庫(kù)在旱季的出庫(kù)水量又高于入庫(kù)水量。因此，水庫(kù)的庫(kù)岸調(diào)節(jié)功能在特定年份對(duì)于年徑流量的影響還是比較明顯的，尤其在對(duì)徑流量的時(shí)程分配方面影響較大。對(duì)于庫(kù)岸調(diào)節(jié)所造成的水量統(tǒng)計(jì)該如何進(jìn)行還原，也是目前需要研究和解決的問(wèn)題之一。

3、河道滲漏還原問(wèn)題

我國(guó)地域廣袤，不同的區(qū)域有不同的地質(zhì)條件，每一條河流或多或少都會(huì)流經(jīng)斷層帶或是石灰?guī)r等比較容易滲水的區(qū)域。當(dāng)河流經(jīng)過(guò)這段區(qū)域時(shí)大量的河水會(huì)滲漏到地下對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給，個(gè)別地方的滲漏尤為嚴(yán)重，甚至在枯水年份的年凈流量為負(fù)值。某河流有一段面積為4269km2的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)包含有四個(gè)地市行政區(qū)，在區(qū)域內(nèi)還有一處泉眼往出涌水。正常情況下，該區(qū)域的年份流量約為7m3/s左右。若要對(duì)這四個(gè)地市行政區(qū)內(nèi)的地表水資源分別進(jìn)行計(jì)算，就必須先計(jì)算清楚各個(gè)地市行政區(qū)域內(nèi)的區(qū)間產(chǎn)流量和滲漏量，然后再根據(jù)各地市行政區(qū)域的產(chǎn)流條件和滲漏條件將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分配。對(duì)于各地市行政區(qū)域的地表水資源計(jì)算工作來(lái)講，首先要建立區(qū)間水量平衡方程，即W上+W區(qū)產(chǎn)+W區(qū)泉-W區(qū)滲=W下，該方程式中除了W區(qū)產(chǎn)和W區(qū)滲外均為已知數(shù)值，因此還要再建立一個(gè)流域內(nèi)的滲漏方程，對(duì)已滲漏的水量進(jìn)行有效計(jì)算。滲漏方程需要根據(jù)歷年區(qū)間不產(chǎn)流時(shí)期上下游的實(shí)測(cè)徑流資料進(jìn)行建立，最終方程式如下：θ區(qū)=0.201W區(qū)入0.9355，其中W區(qū)入=W上+KW區(qū)產(chǎn)，K=0.3-0.5。根據(jù)水量平衡方程和滲漏方程可知區(qū)間產(chǎn)流量和區(qū)間河道滲漏量，從而將計(jì)算結(jié)果分配至各個(gè)地市行政區(qū)。上述計(jì)算方法從理論上來(lái)講并不存在任何問(wèn)題，但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中卻存在迭代計(jì)算不收斂的問(wèn)題。后對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致迭代計(jì)算不收斂的原因在于建立滲漏方程的數(shù)據(jù)較少，無(wú)法客觀體現(xiàn)出該域內(nèi)的長(zhǎng)期的滲水量。因此，河道滲漏對(duì)于地表水資源總量的計(jì)算是一個(gè)不能忽視的問(wèn)題，但河道滲漏量的準(zhǔn)確計(jì)算又需要以大量的河道滲漏數(shù)據(jù)作為支撐，或是有滲漏區(qū)域內(nèi)上下游比較詳實(shí)的水文記錄資料，當(dāng)然，如果兩種資料數(shù)據(jù)都有并能進(jìn)行補(bǔ)充和印證，將會(huì)極大的有利于滲漏量的計(jì)算。然而實(shí)際情況是，既沒(méi)有河道滲漏數(shù)據(jù)，也沒(méi)有上下游的水文記錄資料，即便是有，也因?yàn)閿?shù)量較少或是年份過(guò)短起不到任何實(shí)質(zhì)性的幫助作用。

結(jié)束語(yǔ)

文章所描述的三大問(wèn)題，會(huì)對(duì)地表水資源總量計(jì)算的準(zhǔn)確性造成嚴(yán)重影響。水庫(kù)庫(kù)岸調(diào)節(jié)失衡以及河道滲漏這兩個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)大量分析資料進(jìn)行還原和計(jì)算。而年凈流量的還原則需要根據(jù)當(dāng)?shù)厝祟惢顒?dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響來(lái)進(jìn)行還原。我國(guó)人口自新中國(guó)以來(lái)持續(xù)增長(zhǎng)，再加上各行各業(yè)的發(fā)展，對(duì)于水資源的需求只會(huì)越來(lái)越多，同時(shí)這也是社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)。因此相關(guān)部門及工作人員要及時(shí)準(zhǔn)確的做好地表水資源統(tǒng)計(jì)工作，為國(guó)家和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。