陆水水库水量平衡计算方法

吴士夫，伏 琳，兰 茜

(长江中游水文水资源勘测局赤壁分局，湖北 赤壁 437300)

陆水水库水量平衡计算方法

吴士夫，伏 琳，兰 茜

(长江中游水文水资源勘测局赤壁分局，湖北 赤壁 437300)

简述了水量平衡的基本概念，介绍了陆水流域陆水水库以上水量平衡的计算方法，分析了造成水量平衡差的因素。

水量平衡；陆水水库；入库水量；出库水量

水资源是人类生存不可或缺的自然资源，也是地球上最为广泛的、可持续利用的自然资源。目前，各地经济发展对水资源的需求量日益增长，水资源的供需矛盾日益突出。如何解决社会经济发展与有限的水资源之间的矛盾是目前水文学与水资源研究的热点，因此在气候、水文和水资源管理等领域，水量平衡计算显得越来越重要。通过研究区域水量平衡，可以确定研究区域的水资源量，明确研究区域内来水总量、消耗总量及其各自的组成，为水资源的优化配置提供依据。

以陆水流域(陆水水库以上)为研究对象，根据陆水水库多年入库总量、出库总量以及蓄水变量之间的关系和变化，分析陆水流域水量平衡计算的最优方法，得到陆水流域水资源的区间分布情况，从而为该区的水资源调度提供参考。

1 流域概况及资料选择

1.1 流域及测站概况

陆水流域位于鄂东南，为长江中游的一级支流，发源于湖南、湖北、江西三省交界的幕阜山脉北麓，流经湖北省的通城、崇阳、赤壁、嘉鱼四县市，在洪庙汇入长江，全长183km，流域面积3 950km2。陆水水库位于陆水干流山谷出口处的湖北省赤壁市城区东南侧，东经113°53′22″，北纬29°41′41″, 枢纽控制流域面积3 270km2，占全流域面积的82.8%。参见图1。

陆水水库入库水量由水库水情控制站实测径流量、水文站至大坝(简称崇坝间)区间径流量以及库面降水量组成。

陆水水库出库水量由枢纽下泄水量、电站发电引用流量、南北渠灌溉取水、库区生活、工业用水组成。下泄流量和发电流量由水工建筑物推算并由陆水水库(蒲圻)水文站校核、南北渠出流量由水工建筑物推算径流量、生活和工业用水由相关企业用水流量计监控统计。

图1 陆水流域图

1.2 资料选择

利用2003～2014十余年间相关水文站的实测径流量、崇坝间雨量站实测降雨量、水库调度资料、水库库区蒸发站以及库区取用水户水量监控系统数据。分析和研究陆水流域(枢纽)水量平衡计算公式中各组成因子的量，进而对来水量和去水量变化规律进行分析，最终确定陆水流域(枢纽)水量平衡计算方法的合理性以及误差分析。

2 陆水水库水量平衡计算

2.1 水库水量平衡方程

水量平衡是指某一区域在某一时段内，输入的水量与输出的水量之差等于该区域内时段始末的蓄水变量，水量平衡原理的定量表达式：

I-O=ΔW

(1)

式中，I为区域输入的水量;O为区域输出的水量;ΔW为区域变化的水量。

水库水量平衡即水库在某一时段内，入库总水量与出库总水量之差等于水库该时段始末的蓄水变量，一般以年来计算。可用以下公式表达：

V入库+V库降+V区入-V出库-V库蒸-V库漏=ΔW

(2)

式中，V入库为水库入库水量；V库降为库面降水总量；V区入为区间入库水量；V出库为水库出库水量；V库蒸为库面蒸发量；V库漏为水库渗漏量；ΔW为水库蓄水变量。

理论上，某段时间内水库的入库总水量与出库总水量之差应该等于水库该时段始末的蓄水变量，也即水量是平衡的。

2.2 入库水量分析

陆水水库入库水量主要由三部分组成。

(1)水文站实测入库径流量

陆水水库的入库径流量由三个水文站控制，分别是崇阳(二)站、白霓桥(二)站、毛家桥(二)站。其中崇阳(二)站是陆水河的入库控制站，控制流域面积2 200km2；白霓桥(二)站为控制陆水水库小港北支大市河水情的基本站，控制流域面积215km2；毛家桥(二)站为控制陆水水库小港南支高堤河水情的基本站，控制流域面积364km2。三站位于枢纽库尾上游1～2km，均是国家基本水文站，控制陆水水库85%的流域面积，入库径流量均是利用实测流量定出水位流量关系推算得到。

(2)区间径流量

水库入库控制断面至坝前区间集水面积为437km2，此区间入汇的河流并无测站监测，因此只能采用间接的方法进行区间水量的推求。目前采用的方法有两种:其一是利用区间分布的雨量站资料，用区域的平均降雨量与区间面积的乘积然后在乘以流域的平均产流系数推求；其二是利用下垫面条件的相似性，用水文比拟法推算。两种方法目前均有应用并做对比分析。

(3)库面降水量

库面降水量数据根据水库库区降水量与水库库面面积的乘积求得。陆水水库水面面积多年平均值54km2，一年中受水位高低会有一定变化，在此采用54km2，库面降水量采用陆水水库坝上水文站和库区新庄雨量站、洪下雨量站观测雨量数据均值，三个雨量站分布于水库库尾、库中以及大坝右岸，是国家基本站和区域代表站，数据的可靠性和代表性均有保证。陆水水库2003～2014年来水量统计情况见表1。

表1 陆水水库2003～2014年来水总量统计表(亿m3)

2.3 出库水量分析

陆水水库出库水量用以下几部分组成。

(1)工农业及生活用水

陆水水库工农业用水主要包括三部分：水库电站发电取水、下游灌区农田灌溉取水和企业生产用水，生活用水主要指赤壁市城区居民生活用水。用水量监测的手段主要有水工建筑物推算、电功率反算、流量计监测等。

(2)蒸发渗漏损失

蒸发渗漏损失量虽然占出库水量的比例很小，但也是水库水量平衡方程中重要组成部分。目前陆水水库蒸发量采用陆水水库坝上水文站观测的蒸发量折算为库面蒸发量再与水库库面面积的乘积来计算；渗漏量目前采用水库水位相关法进行估算。

(3)弃水量

主汛期上游洪水发生，入库径流量远大于发电流量导致水库水位迅速上涨而需要开启闸门泄洪，开启泄洪闸泄洪的水量就是弃水量。弃水量采用水工建筑物推算，并用下游2km处陆水水库蒲圻站流量监测资料校核。陆水水库2003～2014年出库水量统计见表2(其中出库径流量汇总了渗漏、工农业用水、弃水等)。

2.4 水量平衡计算

根据多年来水量和出库水量统计值，以及根据水库库容曲线和水库年头水位变化可查算得水库蓄水量的变化值，代入(2)式可进行水库水量平衡计算。列表计算结果见表3。

表2 陆水水库2003～2014年出库水量统计表(亿m3)

表3 陆水水库2003～2014年水量平衡计算表

其中：平衡差=来水总量-去水总量-库容变量；相对平衡差=平衡差/来水总量

3 误差分析

3.1 影响因素

水库水量平衡方程是一个多因子公式，影响其计算精度的包括入库控制站流量监测、水库库面面积计算、水面蒸发量监测、区间雨量监测、水库下泄流量计算、电站发电引用流量、水库容积曲线、水库渗漏、库区工农业以及生活引用水量等。此外，计算年度是日历年还是水文年也会有一定的影响。

3.2 误差来源

从表3的统计结果来看，水库水量平衡差历年来有大有小，但都在一个范围内，没有特大值出现，表明各项要素的数据基本可靠。可以把这些影响因子分成三类：第一类是实测值，流量、水位、雨量、蒸发量监测站点都是国家基本站，有长系列资料，且资料每年都经过严格审查，通过复审、汇编，并录入国家水文数据库，资料详实可靠，仅有的一点误差可能是计算方法的选择带来的。第二类是水库库面面积、水库下泄流量、电站发电引用流量、水库容积曲线这些资料，大都是在建坝初期进行一些验证性实验来率定的，经过长期的运行不可避免地会发生一些变化，因此会带来一定的误差。第三类是水库渗漏、库区部分工业用水、城镇居民生活饮用水，对此类数据监测一是缺乏有效手段，二是取用水户取用水量的监测存在数和量的监管问题，数是指目前只对一定规模企业进行监测，量是指监测的企业也缺少监管。这就不可避免地会带来误差。

4 结 论

主要根据陆水水库十余年资料进行了水库水量平衡计算，分析了造成陆水水量平衡差的主要因素。得出以下几点结论：

(1)陆水流域(陆水水库以上)水量平衡差计算结果表明：平衡差历年有所波动但整体稳定，总体差值较小，相对差更小，方法及监测数据较合理可靠。

(2)影响平衡差的主要因素有三个：一是计算方法的选择，希望能在后续的研究中通过对比分析提出更合理的方法；二是相关公式的适用性，需加强水工建筑物推流公式、电功率反推流量公式、水库库容曲线等的率定；三是取用水户监管力度要加强，对取用水户进行排查，对其监测设备进行检测。

以上仅仅是建立在陆水流域实测资料基础上展开的研究，但是由于影响因子的复杂性以及多变性，要想更精确的推求水库水量平衡，还需更加确切的资料和方法的改进，这也是今后需要开展的工作。

[1] 孙芬花.滹沱河黄壁庄水库以上流域水量平衡方法探讨[J].地下水,2014(3).

[2] 芮孝芳.水文学原理[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

Calculation Methods of Water Balance for Lu Shui Reservoir

WU Shi-fu, FU Lin, LAN Qian

(Bureau of hydrology and water resources survey of the middle reaches of the Yangtze River, Chibi 437300, China)

The factors causing the water balance differences of Lu Shui Reservoir are analyzed after briefly introducing the basic concepts of water balance and the calculation methods of water balance for Lu Shui Reservoir.

water balance; Lu Shui Reservoir; water inflow; water outflow

2017-02-15

吴士夫(1984-)，男，湖南祁阳人，工程师，大学，主要从事水文勘测和分析研究工作。

TV214

A

1673-0496(2017)02-0008-03

10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2017.02.003