黄庄水文站天然径流量还原计算及合理性分析

齐云婷 牛 淼 严芳芳

（1.山东省济宁市水文局 济宁 271000 2.山东省菏泽市水文局 菏泽 274000）

1 概述

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。影响河川径流形成的主要因素是气候和下垫面。气候因素包括降水、蒸发等；下垫面因素包括流域面积的大小及地形、地质、土壤、植被、湖泊等。由于人类对自然的影响造成了一定程序的干扰，水资源的利用率越来越高，断面的实测资料已经不能反应天然径流量的流动特征和变化规律，因而需要把受近期下垫面条件和人类河道工程影响的河川径流还原到过去无人类活动影响的径流，对河川径流进行调节的一种计算方法，称之为还原计算。而天然径流量指实测河川径流量的还原水量，一般指实测径流量加上实测断面以上的利用水量（扣除回归部分）。本文主要根据黄庄水文站水资源量评价的基础上计算区域的水资源量，对影响径流的农业灌溉、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，水库蓄水变量等进行16年（2001—2016年）的还原计算及合理性分析。通过对黄庄水文站的降水～径流关系分析，检查1956—2016年天然年河川径流系列的一致性，在此基础上进行系列修正的水文站。

2 测站概况

黄庄水文站位于山东省济宁市任城区柳行街道办事处黄庄，1962年6月设立，控制流域面积1027km2，属南四湖流域一级支流控制站，上游800m左岸有杨家河汇入。基本水尺断面下游330m、上游235m 各有公路桥一座，紧邻美丽富饶的济宁城区，两岸国家重点工矿企业林立，其地理位置十分重要，是南四湖防汛抗洪调度的重点站。流域内有小（一）型水库5 处，小（二）型水库9 座，塘坝15 座，拦河闸4 处，扬水站4 处，流域内引蓄水工程引蓄水量占来水量比例大于15%，总拦蓄能力2485×104m3。该站建站以来，实测最高水位39.37m（1964年9月1日），最大流量400m3/s（1964年9月1日）。观测项目主要有水位、流量、降水量、泥沙等。

表1 2001—2016年黄庄水文站降雨量和径流量统计表

3 水量调查资料及合理性检查

水量调查资料主要包括水库堰闸蓄水变量、灌溉还原水量、扬水站提水量、工业生活还原水量、跨流域引水量、其他水量等。数据均为水文资料摘录。

点绘（2001—2016年）黄庄水文站历年降水量过程线、年灌溉还原水量与年降水量的比值过程线（见图1），从图中可以看出年降水量愈大，灌溉还原水量与年降水量比值愈小，年降水量愈小，灌溉还原水量与年降水量比值愈大，符合实际情况，年灌溉还原水量数据较为合理。

4 天然年径流量还原计算方法

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。还原计算时段内天然径流量的计算公式，根据历年资料情况，本站径流还原计算采用了分项调查分析法进行还原计算，采用公式为：

W天=W实测+W农耗+W工业-W回灌地下水±W蓄±W引水-W回归+W渗漏+W其他

式中：W天—控制站天然径流量；

W实测—控制站实测径流量，根据实测水文资料计算；

W农耗—流域或区间内农业耗水量，包括实测及调查两部分。实测部分根据实测水文资料计算确定，调查部分由水文资料抄录。但经对该站调查资料分析，由于流域内水利工程较多，区域较大等原因，部分年份调查不全或估算欠准，出现偏大或偏小问题，处理方法：（1）根据流域或区间水利工程灌溉能力、灌溉定额、年降水量情况确定灌溉次数来增加灌溉水量，以此弥补调查资料的不足；（2）对无水利工程控制的年份，采用流域面积的百分比作为灌溉面积来处理。（3）选择降水相近年处理；

W工业—工业耗水量，根据水文资料计算；

W回灌地下水—用于回灌地下水水量，由水文资料抄录而得。黄庄站1980年后引水工程属农灌兼地下水回灌, 农业用水与地下水回灌不易区分，用于回灌地下水的部分水量合并列入农业还原用水栏；

W蓄—水利工程蓄水变量，包括实测及调查两部分，各部分由水文资料抄录而得；

W引水—跨流域引水，由实测水文资料计算确定；

W回归—灌溉回归水量。回归水在农灌用水中适当扣除；

W渗漏—水库渗漏水量；

W其他—其他用水量，由水文资料抄录。

由分项调查分析法进行数据统计，对洸府河黄庄水文站进行天然径流量还原计算，经分析黄庄站2001—2016年降雨量和年径流量的平均值分别为697.5mm 和6816.1×104m3，总体来看水资源比较丰富（见表1）。

通过绘制（2001—2016年）年降水量和天然年径流深的过程线，（图2），可以看出随年降水量的丰枯变化，天然年径流深相应增减，趋势基本一致。黄庄站径流量的年内变化比年降水量更大，径流量年际变化的特点是丰水年和枯水年径流量相差悬殊，极值比（最大年径流量与最小年径流量之比）较大。经统计分析1956—2016年61年天然年径流量系列，黄庄站最大天然年径流量发生在1964年，为42350 万m3，最小天然年径流量发生在1968年，为0 万m3； 2009年、2014年、2015年点据偏离明显偏小，其中2014年明显偏离，主要偏离原因为：当年实测断面径流量较小，其中2004年断面实测径流量为0，断面无流。

图1 黄庄水文站历年降水量过程线、年灌溉还原水量与年降水量的比值过程线图

图2 黄庄水文站历年降水量过程线、天然年径流深过程线图

5 天然年径流量系列一致性分析与修正

由于人类活动较大程度地改变了流域下垫面条件，导致产汇流条件发生了变化，若发现在同量级降水条件下2001—2016年点据明显偏离2000年以前点据时，则表明下垫面变化对径流影响较大，则对原1956—2000年天然年河川径流系列进行一致性修正。在黄庄水文站还原计算的基础上，对逐年天然河川径流量进行系列一致性分析。通过降水—径流关系分析，检查1956—2016年天然年河川径流系列的一致性，在此基础上确定需要进行系列修正的水文站。

图3 黄庄站不同时间段降水径流关系图

图4 黄庄站降雨径流双累积曲线图

经过对1956—2000年与2001—2016年两系列资料的径流关系比较（图3），得出多年平均径流系数1956—2000年平均为0.083，2001—2016年平均为0.088，经点绘降雨径流相关图两者极为接近。

由降水量径流深双累积关系线（图4）可以看出，2001年之后不存在明显拐点。故认为黄庄水文站天然年径流量的一致性较好，对2001年前天然径流量系列不需修正。

6 结语

天然河川径流是由当地降水自然形成的，由于人类活动的影响，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，使水文站断面实测径流量与断面天然径流量存在较大的差别,造成天然径流系列的不一致性。随着人类社会和经济的快速发展，人口逐渐增长和生活水平不断提高，对水资源的需求越来越高，水资源供需矛盾日趋严重。水资源现状是水资源综合利用规划的基础，因此进行径流还原计算是十分必要的■