寶泉嶺站徑流還原計算分析

李 杰，李文書，胡蘭秋

(1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080;2.鶴崗市梧桐河下游澇區(qū)管理站，黑龍江 鶴崗 154107;3.綏濱縣水務局，黑龍江 綏濱 156200)

人類活動改變了河川徑流的天然狀況，使得斷面實測徑流不能真實反映天然徑流狀況，因此要想得到水文站的天然徑流量就必須進行還原計算。

人類活動對徑流的影響主要是農業(yè)灌溉用水量、水庫調蓄影響、跨流域引水量、城鎮(zhèn)、工業(yè)、生活耗水量等。

本文主要分析細鱗河水庫調蓄、及其城鎮(zhèn)供水對寶泉嶺站徑流的影響。

1 流域概況

梧桐河為松花江左岸一級支流，流域地處小興安嶺南麓山丘及山前過渡到平原地帶，流域面積4 516 km2，其中山區(qū)面積3 636 km2，占總流域面積的 80.5%，平原區(qū)面積880 km2，占19.5%，地勢西北高，東南低，寶泉嶺水文站以下進入平原區(qū)，河流長237 km，于梧桐河農場南屯處匯入松花江。

匯入梧桐河較大的支流自上而下有細鱗河、大鶴立河等，均從右側匯入。

細鱗河為山區(qū)性河流，是梧桐河中游右岸的較大的一條支流，長度48 km，流域面積633 km2。流域內以山區(qū)林地為主，細鱗河水庫位于細鱗河下游，壩址以上集水面積564 km2，占全流域面積的89%，細鱗河在細鱗河水庫壩址以下8 km處匯入梧桐河。

2 測站情況

梧桐河設有梧桐鎮(zhèn)、寶泉嶺水文站，梧桐鎮(zhèn)水文站站于1951年1月由黑龍江省水文總站設立為水文站，流域控制面積2 548 km2。1972年遷至寶泉嶺。寶泉嶺水文站位于鶴崗市寶泉嶺鎮(zhèn)，控制面積2 750 km2，距梧桐河河口37km。基本水尺斷面位于梧桐河橋上游36 m處，測驗河段順直長約60 m左右，右岸有一土壩，左岸為黑土。觀測項目有水位、流量、輸沙率、冰情、水溫、降水、蒸發(fā)等，具有1972～2007年的水位、流量觀測資料。

細鱗河水庫是黑龍江鶴煤集團于1987年建成，壩型為漿砌石重力壩，設有擋水壩段和溢流壩段，大壩全長345 m，水庫以城鎮(zhèn)供水為主，日供水量為7萬m3，水庫建成后劃歸鶴崗礦務局管理，水庫無任何觀測資料。測站分布見圖1。

圖1 梧桐河流域水系測站分布圖

3 徑流還原

梧桐河為松花江左岸較大支流，流域面積4 516 km2，多年平均徑流量達到12億m3，作為梧桐河干流控制站，寶泉嶺站天然徑流的準確性極為重要，因此需要對寶泉嶺站年徑流進行還原。

3.1 農業(yè)用水還原

寶泉嶺水文站以上灌溉水源及回歸水均在本區(qū)域內，所以水文站以上灌溉還原水量等于灌溉耗水量。灌溉耗水量還原公式為:

式中:W灌溉為灌溉耗水量，萬m3;F為灌溉面積;m為灌溉定額;α為回歸水系數(shù)，0.2。

通過寶泉嶺站以上歷年實際灌溉面積，還原得到寶泉嶺站歷年灌溉耗水量。

3.2 寶泉嶺站徑流系列

采用寶泉嶺站實測徑流加上水文站以上逐年農業(yè)灌溉耗水量，得到寶泉嶺站未考慮細鱗河水庫影響的徑流系列。

3.3 細鱗河水庫壩址徑流

根據(jù)《黑龍江省水文圖集》中年徑流深等值線圖趨勢，經分析細鱗河水庫年徑流與寶泉嶺站年徑流深基本一致，本次采用面積比將寶泉嶺站年徑流移用壩址處，分配采用寶泉嶺站年徑流分配。

4 水庫損失計算

4.1 水面蒸發(fā)

細鱗河水庫壩址附近沒有蒸發(fā)觀測資料，梧桐河干流的王家店雨量站具有1963年～2001年39 a較完整的蒸發(fā)觀測資料，因王家店站地理位置、氣候條件與細鱗河水庫有所不同，本次按照《黑龍江省水文圖集》中年蒸發(fā)量趨勢將王家店站蒸發(fā)修正到壩址處，經計算細鱗河水庫壩址多年平均水面蒸發(fā)量為580 mm。

4.2 水庫損失深度

根據(jù)王家店站多年平均降水量(與壩址基本相同)、細鱗河水庫壩址年徑流及水面蒸發(fā)量，按下式計算蒸發(fā)損失深度。

式中:E水為水庫水面多年平均蒸發(fā)量;R為水庫多年平均徑流深;P為水庫庫面多年平均降水量。

經計算，細鱗河水庫蒸發(fā)損失深度為300 mm/a。水庫滲漏損失根據(jù)地質條件選取為1 mm/d。

5 水庫蓄變量還原

5.1 細鱗河水庫蓄變量還原

5.1.1 蓄變量還原原理

根據(jù)水量平衡原理，細鱗河水庫棄水包含在下游寶泉嶺水文站的實測流量中，根據(jù)水量平衡原理，下游未曾觀測到水庫的蓄變量公式如下:

式中:W蓄變量為水庫調蓄引起的下游水量變化，m3;W工業(yè)為工業(yè)供水量，萬m3;α為退水口在水文站以下，α=0;ΔV為計算時段始末水庫蓄變水量;E水面為水面蒸發(fā)量;D為水庫滲漏量;P為水庫庫面降水量。

5.1.2 徑流調節(jié)計算

徑流調節(jié)計算采用長系列法進行逐年調節(jié)計算，水庫空庫起調。細鱗河水庫是黑龍江鶴煤集團于1987年建成，在1987～2005年19 a系列中，興利調度采用一線二區(qū)制，按時段設定城鎮(zhèn)供水調度線，當庫水位高于城鎮(zhèn)供水調度線時，水庫正常供水;當庫水位低于城鎮(zhèn)供水調度線時，城鎮(zhèn)供水按水庫最大能力供水在徑流調節(jié)計算過程中，水庫調度運行的最小庫容接近死庫容，但不小于死庫容。

5.2 試算分析寶泉嶺站天然徑流系列

將水庫損失，庫容變化及城鎮(zhèn)供水量疊加到寶泉嶺徑流系列中，再用寶泉嶺徑流重新分配細鱗河水庫徑流系列，再次調節(jié)計算過程，直到始、末時段寶泉嶺月徑流差別在2%以內，認為寶泉嶺站徑流即為天然徑流系列。

6 水庫蓄變量影響分析

未考慮水庫蓄水影響前寶泉嶺站多年平均徑流量為7.4億m3，考慮水庫蓄水影響后寶泉嶺站天然徑流量為7.7億m3，兩者相差4%，在12月～3月枯水期徑流相差達到18.9%。由此看出對細鱗河水庫進行蓄變量還原是十分必要的。寶泉嶺站考慮細鱗河水庫蓄變量的影響分析見圖2。

圖2 寶泉嶺站考慮細鱗河水庫蓄變的影響分析圖

7 結語

天然河川徑流是由當?shù)亟邓匀恍纬傻?，由于受人類社會活動因素干擾，使得許多水文站斷面實測徑流量與斷面天然徑流量存在較大差別。水資源現(xiàn)狀是水資源綜合利用規(guī)劃的基礎，因此進行徑流還原計算是十分必要的。

在現(xiàn)實生活中由于許多水庫缺少觀測資料，無法進行還原計算，應當充分利用水量平衡原理進行分析計算。

[1] 葉守澤.水文水利計算[M].北京:中國水利水電出版社，1992.

[2] 黑龍江省水利廳.黑龍江省水文圖集[R].哈爾濱:黑龍江省水利廳，1996.