平一江,金新芽

(浙江省水文局,浙江 杭州 310009)

1 問題的提出

為落實各級政府對轄區(qū)水環(huán)境質(zhì)量負責(zé)的法定職責(zé),嚴格實行跨行政河流交界斷面水質(zhì)保護管理考核,促進水環(huán)境綜合治理和水環(huán)境質(zhì)量改善,實現(xiàn)流域經(jīng)濟社會與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,根據(jù)跨界河流水量水質(zhì)目標考核要求,水行政主管部門負責(zé)實施行政交界斷面水量及流向監(jiān)測,在每季度初10 d內(nèi)提供各交界斷面水量分析報告。由于受涉水工程等人類活動影響,能滿足水文規(guī)范要求的流量站越來越少,設(shè)在各市(縣)交界處附近的流量站更少,短期內(nèi)在全省各個交界斷面處建設(shè)水文測站難以做到,而且在10 d內(nèi)也難以完成利用水文資料推算交界斷面水量。因此,尋求一種在10 d內(nèi)能完成分析計算又能滿足一定精度要求的交界斷面水量計算方法是保證政府能夠盡快公布水質(zhì)考核結(jié)果的關(guān)鍵。

2 分析方法

數(shù)理統(tǒng)計分析作為研究隨機現(xiàn)象的重要數(shù)學(xué)方法,在水資源不確定性研究中應(yīng)用廣泛。徑流是流域水資源最重要的組成部分,它受多種因素影響,具有隨機不確定性,但對于長時間的觀測結(jié)果,則存在隨機不確定性意義上的統(tǒng)計規(guī)律。

根據(jù)高斯—馬爾可夫定理的基本結(jié)論,最小二乘估計法作為求算回歸方程式中參數(shù)的最一般方法,由其計算而得的估計量在所有的線性無偏估計中具有最小方差性。因此,可將交界斷面以上流域的面雨量與徑流深建立相關(guān)關(guān)系,從而由面雨量推算徑流深,間接推求交界斷面水量。交界斷面以上流域面降雨與徑流采用直線相關(guān),公式如下:

式中:P為降水量,mm;R為徑流深,mm;a、b為待定常數(shù);r為相關(guān)系數(shù)。

a、b、r由觀測點與直線擬合最佳,通過最小二乘法進行估算:

3 水量推算

全省山丘區(qū)89個交界斷面分布在縣與縣、縣與市或省與省交界處,流域集雨面積1.2～35 760.0 km2,可利用水文站推流的斷面主要有沈村、小旦、趙山渡水庫、羅渡大橋、荊灣和奉口等斷面。

3.1 年徑流深

89個交界斷面沒有長系列的實測徑流深與面雨量數(shù)值,可通過間接方法推算出滿足定線要求的數(shù)值。采用 《浙江省水資源》的成果,在1956—2000年間選取1957年、1961年、1973年、1979年、1988年及1998年 6個典型年 (豐、平、枯)的降雨量、徑流深等值線圖,通過等值線網(wǎng)格插值法求出全省89個交界斷面年面雨量和年徑流深;再將6 a的面雨量與徑流深值代入式 (2)、(3)、(4)求出不同交界斷面的a、b以及相關(guān)系數(shù)r;最后通過年面降雨量與年徑流深相關(guān)公式,用年降雨量推求交界斷面年徑流深。

3.2 時段月徑流深

推求時段徑流深方法與推求年徑流深相同,即建立相應(yīng)時段降雨徑流關(guān)系,利用對應(yīng)時段降雨推求時段徑流量。

在水質(zhì)考核中,需要掌握行政交界斷面當(dāng)年1—3月、1—6月、1—9月徑流量,而《浙江省水資源》中無法直接得到上述典型年1—3月、1—6月、1—9月的徑流深、降雨量等值線圖,特別是繪制年內(nèi)指定時段的徑流等值線圖,其誤差可能比較大,具體分析時采用水文比例法,公式如下:

通過上述典型年降雨、徑流獲得時段降雨、徑流。但由于徑流的年內(nèi)分配不均,年徑流屬于枯水年時并不代表時段徑流也為枯水,在建立時段降雨、徑流關(guān)系時,關(guān)注各時段降雨徑流量是否包含時段最豐、最枯值,如果未包含,則補充相應(yīng)點據(jù),否則會帶來較大的外延誤差。

3.3 斷面水量

根據(jù)時段和年降水量,由相應(yīng)降雨徑流關(guān)系推求出的時段及年徑流深,乘上斷面集水面積即為斷面相應(yīng)時段的徑流量,如果是天然徑流量,還需考慮斷面以上流域大中型水庫蓄水變量和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耗水量。

4 成果檢驗

4.1 相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)r越接近1,說明徑流深與降雨量直線相關(guān)性越好,計算出的徑流量成果越合理。全省不同時段不同斷面相關(guān)系數(shù)見表1。由表1可知,時段越長,相關(guān)關(guān)系越好,年徑流深與年雨量相關(guān)性越好。1—3月相關(guān)性略差,但全省95%以上交界斷面各時段相關(guān)系數(shù)在0.90以上,說明間接推求斷面不同時段的徑流深方法具有較好的精度。

表1 不同時段交界斷面相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計表 個

4.2 與實測值比較

選擇與交界斷面距離較近且集雨面積差值不超過10%的水文站進行實測值和分析值比較,所選斷面和水文站見表2。2010年采用相關(guān)公式計算各時段徑流與水文站實測推算的徑流深見表3。

表2 交界斷面附近的水文站表

表3 2010年交界斷面計算值與水文站實測值成果表 mm

由表3可知,年計算值與實測值成果比較接近,誤差都在10.0%以內(nèi)。1—3月徑流深公式計算值與實測值比較,誤差在15.0%以內(nèi)的占83.3%;1—6月徑流深公式計算值與實測值比較,誤差在10.0%以內(nèi)的占83.33%;1—9月徑流深公式計算值與實測值比較,誤差在10.0%以內(nèi)的占83.3%。

4.3 與等值線比較

對2010年89個交界斷面年徑流深計算值與當(dāng)年徑流深等值線網(wǎng)格散點插值求出值進行比較 (見表4),成果是理想的,89.89%的斷面誤差在10.0%以內(nèi)。

表4 交界斷面分析值與等值線網(wǎng)格散點插值成果表 個

5 結(jié) 語

在全省行政交界斷面水質(zhì)保護管理考核中,利用現(xiàn)有實測降雨量,通過建立交界斷面以上流域降雨徑流關(guān)系,推求時段徑流量,能夠滿足一定精度要求。在目前尚做不到實測徑流條件下,不失為過渡期推算交界斷面水量的可行方法。