汾河流域地表水资源可利用量分析计算

张沛雷

（山西省运城市水文水资源勘测站，山西 运城 044000）

0 引言

由降水形成的地表水水资源量存在于河流湖泊等地表水系中，这部分水量除可供人类经济社会活动使用外，还有相当大的一部分要用以维护河流水系生态系统良性运行。对区域地表水资源量而言，不能够也不应该无节制地加以利用。本文从资源开发利用和生态环境保护的角度分析计算汾河流域自产水量中可能被控制消耗利用的最大地表水资源量作为本流域地表水资源可利用量，以期为汾河流域水资源规划及管理工作提供参考依据。

1 流域概况

汾河发源于山西省神池县太平庄乡西岭村，穿越云中山和吕梁山之间的峡谷，至兰村以上为上游，中下游纵贯省境中部的太原、临汾两大盆地6 市29 县，在禹门口下游的万荣县荣河镇庙前村附近汇入黄河，河流长度713 km，流域面积39721 km2，平均比降1.10‰。

汾河流域面积约占全省总面积的1/4，是省内第一大河。支流分布于东西两侧山地，长度不大，多属山溪性河流，主要支流有岚河、潇河、昌源河、文峪河、洪安涧河、双池河、浍河等。汾河干流在汾河水库至兰村、义棠至石滩区间跨越构造破碎带，河水大量漏失、补给灰岩地层，下游又以岩溶泉形式集中排泄，重新补给地表径流。流域内出露有兰村、晋祠、洪山、郭庄、广胜寺、龙子祠等岩溶大泉，形成中下游天然状态下比较稳定的枯季径流。

2 地表水可利用量计算

地表水资源可利用量指在可预见的时期内，统筹考虑生活、生产和生态环境用水，协调河道内与河道外用水的基础上，通过技术可行的措施在现状下垫面条件下的当地地表水资源量中可供河道外利用的最大水量。回归水重复利用量、废污水、再生水等水量不计入本地地表水资源可利用量。

本文在计算时，以汾河河津站作为控制节点，控制流域面积占汾河流域总面积的97.5%，分析计算河津站地表水可利用量，算得的可利用率作为汾河流域地表水可利用率成果，进一步计算汾河流域地表水可利用量。

2.1 计算方法

多年平均地表水资源可利用量分析计算采用控制断面多年平均地表水资源量减去河道内基本生态环境需水量和汛期不能控制利用而下泄的水量并扣除二者间重复计算量的方法[1]，即：

2.2 河道内基本生态环境需水量（W 生态需水量）

河道内基本生态环境需水量，指维持河湖给定的生态环境保护目标对应的生态环境功能不丧失，需要保留在河道内的最小水量及其过程。选用Tennant 法、逐月最小径流计算法、频率曲线法3 种方法分析计算。

2.2.1 Tennant 法

Tennant 法是根据给定的生态环境保护目标将河流多年平均径流量的百分比作为生态环境需水量。计算时较枯较丰时段的划分，根据当地汛期、非汛期时段划分确定。

选用河津站1980 年～2016 年共37 年修正后月年径流量系列资料,生态需水量计算时，以月为时间尺度，汛期（6 月～9 月）百分比取20%，非汛期（1 月～5 月、10 月～12 月）百分比取10%。汛期6 月～9 月河津站天然径流量7.25 亿m3，取20%作为基本生态水量为1.45 亿m3；非汛期径流量8.89 亿m3，取10%作为基本生态水量为0.89 亿m3，算得全年河道内生态需水量为2.34 亿m3，各月生态需水量计算见表1。

2.2.2 逐月最小径流计算法

选用河津站1980 年～2016 年修正后月年径流量系列资料，划分12 个月份系列，计算逐月最小径流量，得到全年河道内生态需水量为5.86 亿m3，各月生态需水量见表1。

2.2.3 频率曲线法

选用河津站1980 年～2016 年修正后月年径流量系列资料,用37 年月径流量构建12 个月频率曲线，采用P-Ⅲ型曲线进行配线，确定各月径流量均值、CV、CS/CV，取95%频率的值作为各月基本生态径流量。计算得全年河道内生态需水量为6.70亿m3，各月生态需水量成果见表1。

表1 河津站年内各月基本生态环境需水量计算成果表 单位：万m3

2.3 汛期洪水弃水量（W 洪水弃水量）

汛期洪水弃水量是指在可预期的时期内，汛期不能被工程措施控制供河道外利用的下泄洪水量。

河津站有较完整可靠的天然径流量和实测径流量系列资料，且流域水资源开发利用程度相对较高，采用近16 a 中汛期最大的用水消耗量，作为控制汛期洪水下泄的水量Wm。汾河流域汛期一般出现在6 月～9 月，但绝大部分年份的6 月尚未出现大雨，该月的供水大部分为前一年汛末水库的蓄水，因而分析计算汛期难于控制利用的洪水量应将6 月排除在外，按7 月～9 月统计分析汛期洪水量。

计算步骤如下：

（1）计算历年汛期能够控制利用的洪水量。

利用河津站2001 年～2016 年7 月～9 月天然径流量减去实测径流量得到历年汛期流域用水消耗量，即现状条件下的河道外历年汛期能够控制利用的洪水量。计算见表2。

（2）确定汛期各月最大能够控制利用洪水量Wm。

在（1）计算的系列中选取最大值，分析其合理性后，参考可预见期内的流域需水量预测，以及可预见期内河道外控制利用本流域河川径流量最大可能的流域工程总调控水量确定Wm为51398 万m3。

表2 历年河道外汛期（7 月～9 月）能够控制利用的洪水量计算表 单位：万m3

（3）多年平均汛期难于控制利用下泄洪水量W洪水弃水量计算。

根据（2）确定的Wm，用控制水文站长系列汛期7 月～9 月天然径流量逐年减去Wm，即得历年汛期难于控制利用下泄洪水量。若汛期天然径流量小于或等于Wm，则下泄洪水量为0。再将计算的历年汛期难于控制利用下泄洪水量系列求均值，即得多年平均汛期难于控制利用下泄洪水量。计算公式为：

式中：Wi为汛期7 月～9 月天然径流量；Wm为汛期7 月～9 月最大能够控制利用的洪水量；n 为统计年数。

计算得出河津站多年平均汛期难于控制利用的洪水量为17490 万m3，见表3。

表3 河津站多年平均汛期难于控制利用的洪水量计算表单位：万m3

（4）确定重复计算量（W重复量）

重复计算量是指汛期7 月～9 月生态环境需水量与洪水下泄量的重复计算部分。计算时比较河道内生态需水量与汛期难于控制利用下泄洪水量，两者中较小者即为重复计算部分。

2.4 地表水可利用量（W 地表水资源可利用量）

用式（1） 计算河津站控制流域地表水可利用量介于9.44 亿m3～13.3 亿m3之间，对应基本生态需水量3 种计算方法，得到高、中、低3 种可利用量成果。可利用率等于可利用量除以多年平均天然径流量，计算高、中、低三种可利用率成果分别是82.6%、63.7%、58.5%，见表4。

汾河流域地表水资源可利用量计算时，选用表4 中算得的河津控制断面高、中、低三种可利用率成果作为整个流域地表水资源可利用率成果。

经计算，汾河流域1980 年～2016 年多年平均地表水资源量16.35 亿m3，算得高、中、低三种方案可利用量分别为13.5 亿m3、10.4 亿m3、9.57 亿m3。

表4 河津站控制流域地表水可利用量成果表 单位：万m3

3 不同频率地表水可利用量计算

本文在多年平均地表水资源可利用量分析计算的基础上，计算不同频率地表水资源可利用量，用以分析确定不同来水频率情况下汾河流域可利用的水资源状况。

对汾河地表水资源量1980 年～2016 年系列资料采用P-Ⅲ型曲线进行配线，确定多年均值为163508 万m3、CV=0.3、CS/CV=4.8，计算不同频率年径流量，50%为15.2 亿m3，75%为12.7 亿m3，90%为11.3 亿m3，95%为10.7 亿m3。

汾河流域不同频率地表水可利用量本文在计算时，多年平均和来水频率P=50%情况选用上文算得低方案可利用率58.5%，来水频率P=75%选用中方案可利用率63.7%，来水频率P=90%和P=95%情况下选用高方案可利用率82.6%。算得汾河流域不同频率来水情况下可利用量介于8.12 亿m3～9.57 亿m3，见表5。

表5 汾河流域不同频率地表水可利用量计算表 单位：万m3

4 结论

地表水资源可利用量作为流域地表水资源耗损量的控制性指标，在保障河道内基本生态环境用水要求的前提下，本文通过分析河津站1980 年～2016 年实测、天然径流资料，计算汾河流域高、中、低三种方案地表水资源可利用量分别为13.5 亿m3、10.4 亿m3、9.57 亿m3，可利用率分别是82.6%、63.7%、58.5%，不同频率来水情况下可利用量介于8.12 亿m3～9.57 亿m3。本文计算成果可为汾河流域水资源规划提供理论基础，对加强汾河流域水资源管理工作有重要意义。