黃莊水文站天然徑流量還原計(jì)算及合理性分析

齊云婷 牛 淼 嚴(yán)芳芳

（1.山東省濟(jì)寧市水文局 濟(jì)寧 271000 2.山東省菏澤市水文局 菏澤 274000）

1 概述

地表水資源量是指河流、湖泊等地表水體中由當(dāng)?shù)亟邓纬傻摹⒖梢灾鹉旮碌膭?dòng)態(tài)水量，用天然河川徑流量表示。影響河川徑流形成的主要因素是氣候和下墊面。氣候因素包括降水、蒸發(fā)等；下墊面因素包括流域面積的大小及地形、地質(zhì)、土壤、植被、湖泊等。由于人類對(duì)自然的影響造成了一定程序的干擾，水資源的利用率越來(lái)越高，斷面的實(shí)測(cè)資料已經(jīng)不能反應(yīng)天然徑流量的流動(dòng)特征和變化規(guī)律，因而需要把受近期下墊面條件和人類河道工程影響的河川徑流還原到過(guò)去無(wú)人類活動(dòng)影響的徑流，對(duì)河川徑流進(jìn)行調(diào)節(jié)的一種計(jì)算方法，稱之為還原計(jì)算。而天然徑流量指實(shí)測(cè)河川徑流量的還原水量，一般指實(shí)測(cè)徑流量加上實(shí)測(cè)斷面以上的利用水量（扣除回歸部分）。本文主要根據(jù)黃莊水文站水資源量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上計(jì)算區(qū)域的水資源量，對(duì)影響徑流的農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和生活用水的耗損量（含蒸發(fā)消耗和入滲損失），跨流域引入、引出水量，河道分洪水量，水庫(kù)蓄水變量等進(jìn)行16年（2001—2016年）的還原計(jì)算及合理性分析。通過(guò)對(duì)黃莊水文站的降水～徑流關(guān)系分析，檢查1956—2016年天然年河川徑流系列的一致性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行系列修正的水文站。

2 測(cè)站概況

黃莊水文站位于山東省濟(jì)寧市任城區(qū)柳行街道辦事處黃莊，1962年6月設(shè)立，控制流域面積1027km2，屬南四湖流域一級(jí)支流控制站，上游800m左岸有楊家河匯入。基本水尺斷面下游330m、上游235m 各有公路橋一座，緊鄰美麗富饒的濟(jì)寧城區(qū)，兩岸國(guó)家重點(diǎn)工礦企業(yè)林立，其地理位置十分重要，是南四湖防汛抗洪調(diào)度的重點(diǎn)站。流域內(nèi)有小（一）型水庫(kù)5 處，小（二）型水庫(kù)9 座，塘壩15 座，攔河閘4 處，揚(yáng)水站4 處，流域內(nèi)引蓄水工程引蓄水量占來(lái)水量比例大于15%，總攔蓄能力2485×104m3。該站建站以來(lái)，實(shí)測(cè)最高水位39.37m（1964年9月1日），最大流量400m3/s（1964年9月1日）。觀測(cè)項(xiàng)目主要有水位、流量、降水量、泥沙等。

表1 2001—2016年黃莊水文站降雨量和徑流量統(tǒng)計(jì)表

3 水量調(diào)查資料及合理性檢查

水量調(diào)查資料主要包括水庫(kù)堰閘蓄水變量、灌溉還原水量、揚(yáng)水站提水量、工業(yè)生活還原水量、跨流域引水量、其他水量等。數(shù)據(jù)均為水文資料摘錄。

點(diǎn)繪（2001—2016年）黃莊水文站歷年降水量過(guò)程線、年灌溉還原水量與年降水量的比值過(guò)程線（見圖1），從圖中可以看出年降水量愈大，灌溉還原水量與年降水量比值愈小，年降水量愈小，灌溉還原水量與年降水量比值愈大，符合實(shí)際情況，年灌溉還原水量數(shù)據(jù)較為合理。

4 天然年徑流量還原計(jì)算方法

還原的主要項(xiàng)目包括：農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和生活用水的耗損量（含蒸發(fā)消耗和入滲損失），跨流域引入、引出水量，河道分洪水量，水庫(kù)蓄水變量等。還原計(jì)算時(shí)段內(nèi)天然徑流量的計(jì)算公式，根據(jù)歷年資料情況，本站徑流還原計(jì)算采用了分項(xiàng)調(diào)查分析法進(jìn)行還原計(jì)算，采用公式為：

W天=W實(shí)測(cè)+W農(nóng)耗+W工業(yè)-W回灌地下水±W蓄±W引水-W回歸+W滲漏+W其他

式中：W天—控制站天然徑流量；

W實(shí)測(cè)—控制站實(shí)測(cè)徑流量，根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料計(jì)算；

W農(nóng)耗—流域或區(qū)間內(nèi)農(nóng)業(yè)耗水量，包括實(shí)測(cè)及調(diào)查兩部分。實(shí)測(cè)部分根據(jù)實(shí)測(cè)水文資料計(jì)算確定，調(diào)查部分由水文資料抄錄。但經(jīng)對(duì)該站調(diào)查資料分析，由于流域內(nèi)水利工程較多，區(qū)域較大等原因，部分年份調(diào)查不全或估算欠準(zhǔn)，出現(xiàn)偏大或偏小問(wèn)題，處理方法：（1）根據(jù)流域或區(qū)間水利工程灌溉能力、灌溉定額、年降水量情況確定灌溉次數(shù)來(lái)增加灌溉水量，以此彌補(bǔ)調(diào)查資料的不足；（2）對(duì)無(wú)水利工程控制的年份，采用流域面積的百分比作為灌溉面積來(lái)處理。（3）選擇降水相近年處理；

W工業(yè)—工業(yè)耗水量，根據(jù)水文資料計(jì)算；

W回灌地下水—用于回灌地下水水量，由水文資料抄錄而得。黃莊站1980年后引水工程屬農(nóng)灌兼地下水回灌, 農(nóng)業(yè)用水與地下水回灌不易區(qū)分，用于回灌地下水的部分水量合并列入農(nóng)業(yè)還原用水欄；

W蓄—水利工程蓄水變量，包括實(shí)測(cè)及調(diào)查兩部分，各部分由水文資料抄錄而得；

W引水—跨流域引水，由實(shí)測(cè)水文資料計(jì)算確定；

W回歸—灌溉回歸水量。回歸水在農(nóng)灌用水中適當(dāng)扣除；

W滲漏—水庫(kù)滲漏水量；

W其他—其他用水量，由水文資料抄錄。

由分項(xiàng)調(diào)查分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)洸府河黃莊水文站進(jìn)行天然徑流量還原計(jì)算，經(jīng)分析黃莊站2001—2016年降雨量和年徑流量的平均值分別為697.5mm 和6816.1×104m3，總體來(lái)看水資源比較豐富（見表1）。

通過(guò)繪制（2001—2016年）年降水量和天然年徑流深的過(guò)程線，（圖2），可以看出隨年降水量的豐枯變化，天然年徑流深相應(yīng)增減，趨勢(shì)基本一致。黃莊站徑流量的年內(nèi)變化比年降水量更大，徑流量年際變化的特點(diǎn)是豐水年和枯水年徑流量相差懸殊，極值比（最大年徑流量與最小年徑流量之比）較大。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析1956—2016年61年天然年徑流量系列，黃莊站最大天然年徑流量發(fā)生在1964年，為42350 萬(wàn)m3，最小天然年徑流量發(fā)生在1968年，為0 萬(wàn)m3； 2009年、2014年、2015年點(diǎn)據(jù)偏離明顯偏小，其中2014年明顯偏離，主要偏離原因?yàn)椋寒?dāng)年實(shí)測(cè)斷面徑流量較小，其中2004年斷面實(shí)測(cè)徑流量為0，斷面無(wú)流。

圖1 黃莊水文站歷年降水量過(guò)程線、年灌溉還原水量與年降水量的比值過(guò)程線圖

圖2 黃莊水文站歷年降水量過(guò)程線、天然年徑流深過(guò)程線圖

5 天然年徑流量系列一致性分析與修正

由于人類活動(dòng)較大程度地改變了流域下墊面條件，導(dǎo)致產(chǎn)匯流條件發(fā)生了變化，若發(fā)現(xiàn)在同量級(jí)降水條件下2001—2016年點(diǎn)據(jù)明顯偏離2000年以前點(diǎn)據(jù)時(shí)，則表明下墊面變化對(duì)徑流影響較大，則對(duì)原1956—2000年天然年河川徑流系列進(jìn)行一致性修正。在黃莊水文站還原計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)逐年天然河川徑流量進(jìn)行系列一致性分析。通過(guò)降水—徑流關(guān)系分析，檢查1956—2016年天然年河川徑流系列的一致性，在此基礎(chǔ)上確定需要進(jìn)行系列修正的水文站。

圖3 黃莊站不同時(shí)間段降水徑流關(guān)系圖

圖4 黃莊站降雨徑流雙累積曲線圖

經(jīng)過(guò)對(duì)1956—2000年與2001—2016年兩系列資料的徑流關(guān)系比較（圖3），得出多年平均徑流系數(shù)1956—2000年平均為0.083，2001—2016年平均為0.088，經(jīng)點(diǎn)繪降雨徑流相關(guān)圖兩者極為接近。

由降水量徑流深雙累積關(guān)系線（圖4）可以看出，2001年之后不存在明顯拐點(diǎn)。故認(rèn)為黃莊水文站天然年徑流量的一致性較好，對(duì)2001年前天然徑流量系列不需修正。

6 結(jié)語(yǔ)

天然河川徑流是由當(dāng)?shù)亟邓匀恍纬傻模捎谌祟惢顒?dòng)的影響，改變了流域下墊面條件，導(dǎo)致入滲、徑流、蒸發(fā)等水平衡要素發(fā)生一定的變化，使水文站斷面實(shí)測(cè)徑流量與斷面天然徑流量存在較大的差別,造成天然徑流系列的不一致性。隨著人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口逐漸增長(zhǎng)和生活水平不斷提高，對(duì)水資源的需求越來(lái)越高，水資源供需矛盾日趨嚴(yán)重。水資源現(xiàn)狀是水資源綜合利用規(guī)劃的基礎(chǔ)，因此進(jìn)行徑流還原計(jì)算是十分必要的■