潍河区年月天然河川径流量计算分析

2018-11-14王忠国宋果毅张文韬

山东水利 2018年10期

王忠国，宋果毅，张文韬

目前，山东省正在进行第三次水资源调查评价工作。由于人类活动对河川径流的影响越来越大，所以正确估算天然河川径流量，使年径流统计系列具有统一基础，使年内分配符合天然过程，就必须进行还原计算。还原计算过程中，年月天然河川径流量出现了负值，对此分析如下：

1 单站天然河川径流量的计算

1.1 计算要求

按照第三次《山东省水资源评价技术细则（印发稿）》（以下简称《细则》）以及山东省水文局地表水资源评价阶段成果审查及技术研讨会的要求，结合高崖水库站的流域特性和资料情况，推求天然径流量。对于控制面积内不存在蓄水、引水、提水及河道分洪或堤防决口的水文站，实测河川径流量即为天然河川径流量；对于控制面积内存在蓄水、引水、提水及分洪或决口的水文站，进行逐月、逐年的实测河川径流量进行还原计算。高崖水库站按逐年、逐月进行还原计算。当还原后的天然月河川径流量出现负值时，对各项逐月还原水量进行具体分析。

1.2 计算方法

1）高崖水库站选为水资源评价的水文站，对单站年实测河川径流系列进行了一致性还原计算。做出了历年逐月的天然河川径流量。还原计算采用全面收集资料和典型调查分析相结合的方法，按照评价要求逐年逐月进行。

2）按《细则》要求，对地表水利用的耗损量进行还原。还原的主要项目包括：农业灌溉、工业和生活用水的耗损量（含蒸发消耗和入渗损失），跨流域引入、引出水量，河道分洪水量，水库蓄水变量等。第三次水资源评价时段内，高崖水库站还原的主要项目是农业还原水量、工业和生活还原水量、水库蓄水变量；本次评价时段内无跨流域引入、引出水量，河道分洪水量。

3）还原计算时段内天然径流量的计算公式：

式中：W为天然河川径流量，m3；W1为实测河川径流量，m3；W2为农业灌溉耗损量，m3；W3为工业用水耗损量，m3；W4为城镇生活用水耗损量，m3；W5为跨流域（或跨区间）引水量，引出为正，引入为负，m3；W6为河道分洪不能回归后的水量，分出为正，分入为负，m3；W7为大中型水库蓄水变量，增加为正，减少为负，m3。

对于高崖水库站式（1）简化为式（2）：

式中符号意义同上。

式（2）中仅列出了对水文站实测径流量影响较大的还原项目，《细则》要求各地可根据具体情况增减项目。

天然河川径流量W的计算公式（1）中，W2、W3、W4都是耗水量，均为正值；W1为实测河川径流量有正有负；W7为大中型水库蓄水变量，增加为正，减少为负。还原计算过程中，潍河区地表水资源评价年月天然河川径流量出现了负值，计算结果见表1。

表1 潍河区高崖水库站历年逐月河川径流量表

2 天然河川径流量负值分析

2.1 天然河川径流量概念

在第三次水资源评价中，地表水资源量是指河流、湖泊等地表水体中由当地降水形成的、可以逐年更新的动态水量，用天然河川径流量表示。地表水资源量循环的时间单位是一年，由当地降水形成，是正值。

2.2 流域下垫面条件的影响

从水量交换的角度也可把全球陆海水量平衡的区域划分为4个自然系统，即分为大气系统，流域系统，土壤系统和地下水系统。

其中流域系统水量平衡方程式为：

式中：±△S为流域蓄水量，m3；P为降水量，m3；R 为径流量，m3；E 为蒸发量，m3。

由于人类活动改变了流域下垫面条件，导致入渗、径流、蒸发等水平衡要素发生一定的变化，从而造成径流的减少（或增加）。下垫面变化对产流的影响非常复杂，而在半干旱半湿润地区，许多流域的径流因下垫面变化而衰减的现象已经非常明显。地表层下垫面的变化反映在流域蓄水量△S的变化上，是由于人类活动影响造成的，如农业灌溉、工业用水、城市化增加城镇生活用水、跨流域（或跨区间）引出引进水量、河道分洪、大中型水库数量增加、库湖串联、河道梯级拦河闸坝等水利工程建设，造成流域蒸散发和渗入地下水量的变化。在干旱年份或枯水季节，公式（3）中，降水量P很小（如高崖水库站2006年是枯水年，流域平均降水量412.7mm），农业灌溉等人类活动用水量就增大，加大河道、水库、湖泊的取水量，流域内蒸散发E也随之增大，流域内水库、湖泊蓄水量减少，△S成为负值，水量平衡方程式中径流量R变为负值。即年月天然河川径流量成为负值。对于非闭合流域或处于流域的上游的单站还原计算，下垫面变化对天然河川径流量影响更加复杂，若产生的影响是增大蒸散发量或增大渗入地下水的补给量，年月天然河川径流量成为负值就具有了合理性。

2.3 水库蒸发量和渗漏量分析

水库蒸发量和渗漏量作为下垫面因素，径流量还原计算不考虑。第三次水资源评价，《细则》中年月天然河川径流量计算公式（1），根据高崖水库站流域特性和资料情况，推求年月天然河川径流量公式（2）中：W1是高崖水库站流入河道、流入渠道、城市供水和本站蓄水变量之和。其中，该站流入河道、流入渠道和城市供水都是正值；W2、W3、W4是高崖水库站流域内农业灌溉耗损量、工业用水耗损量和城镇生活用水耗损量，也都是正值；在干旱年份或枯水季节，降水量小，农业灌溉等人类活动用水量就增大，本站水库蓄水量和流域内大中型水库蓄水量就将大量减小，大中型水库蓄水变量是负值，且比较大。

同时，流域内蒸散发量将增大。根据式（1），高崖水库站本次水资源评价不考虑水库蒸发损失量还原、流域内蒸散发量还原和地表水渗入地下水的补给量，在干旱年份或枯水季节，其年月天然径流量就出现了负值。