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印度大壩和水資源

摘要:經濟壓力和對水的需求，迫使印度必須優(yōu)化水資源開發(fā)。印度年降雨量大約為117 cm，相當于約4 000 km3的淡水。然而，75%～80%的年總降水量發(fā)生在6～9月。這種情況促使該國需要新建一些大壩。為此，印度打算繼續(xù)其大壩建設項目，以確保糧食生產自給自足和滿足日益增長的人口需求。對印度全國的年需水量、氣候及降雨量的分布情況，以及水資源開發(fā)利用現狀、規(guī)劃及前景作了介紹。

關鍵詞:水電資源開發(fā)規(guī)劃;大壩;印度

印度人口從1947年的4億增長到2010年的11．2億，并且增長仍在繼續(xù)，據預測，到2025年，印度人口將達到14億左右。由于人口眾多，印度最迫切的需求是對各種不同用途的淡水資源實施管理，比如用于生活、農業(yè)、工業(yè)、水利及生態(tài)系統(tǒng)的水資源。

1　氣候

對印度水資源狀況開展分析，就不得不考慮氣候這一因素。北回歸線橫穿印度中部，使這片土地呈現了各種不同氣象條件特征下的熱帶和亞熱帶氣候。亞熱帶地區(qū)(印度北部)氣候極端，而熱帶地區(qū)(印度的南部)則相對較為平靜。

印度大部分地區(qū)1 a可分為4個季節(jié)，即冬季(1～2月)、炎熱季(3～5月)、西南季風季或雨季(6 ～9月)以及后季風季(10～12月)。冬季的特點是低溫，北部地區(qū)氣溫大約在10℃～15℃，南部地區(qū)約為20℃～25℃。印度最北部地區(qū)會體驗極熱帶天氣系統(tǒng)影響所帶來的周期性多云或降雨、降雪。3月份標志著炎熱天氣的開始，氣溫從4月到6月開始逐漸上升，平均約為30℃～40℃。

西南季風季是主要的雨季。在這個季節(jié)，全國大部分地區(qū)的降雨占全年降雨的75%～80%。有時，從孟加拉灣和阿拉伯海而來的季風天氣系統(tǒng)(氣旋風暴)從印度穿境而過，帶來強降雨天氣并導致河水泛濫。除了安得拉邦、特蘭伽納和泰米爾納德邦地區(qū)以外，全國各地的后季風季相對而言比較干燥。

2　評估

印度所有的淡水資源均來自于6～9月西南季風季的降雨。因此，了解印度全國各地的降雨情況、地表水和地下水利用評估情況十分重要。

印度被劃分為29個邦和7個中央直轄區(qū)。全國29個邦的降雨量差異很大，最高的平均年降雨量為300 cm，在喀拉拉邦;最低年降雨量在哈里亞納邦，為55 cm。據相關資料統(tǒng)計，有8個邦的平均年降雨量在50～100 cm，9個邦在100～150 cm之間，2個邦的在150～200 cm之間，10個邦的平均年降雨量大于200 cm。這些數據成為全國29個邦相對水供應狀況評估的重要組成部分。

印度的平均年降雨量約為117 cm。根據降雨量和土地面積計算出的總水量約為4 000 km3。據估計，大約有1 400 km3的水已通過蒸散發(fā)損失掉，730 km3的水進入到土壤?？鄢羯l(fā)和滲透后，該國水系的平均地表徑流量只有1 869 km3。印度國內的土壤和硬地層具有不同的土壤特性及水文氣象條件，且分布廣泛，通過降雨補給的年均地下水資源量大約為432 km3。因此，該國的水資源總量為2 301 km3，人均水資源占有量為2 238 m3/a。

一般來說，發(fā)達國家需要的人均淡水資源量為1 000 m3/a，而印度的人均占有量為2 238 m3/a，是發(fā)達國家的2倍。因此，從這個角度來說，印度的水資源量處于相對較高的水平。

在以上對降雨和徑流進行估計分析的基礎上，可以看出，該國降雨－徑流率大約為47%。如果一個地區(qū)的水資源量在人均大約為1 000～1 500 m3/a的范圍以下，那么將會面臨水的壓力。

印度全國水資源稀缺的4個邦是哈里亞納邦、北方邦、比哈爾邦和西孟加拉邦，因為這些地區(qū)的人均可用水量是1 000 m3/a。阿魯納恰爾邦、喜馬偕爾邦、查謨和克什米爾邦、曼尼普爾邦、梅加拉亞邦、米佐拉姆邦、那加蘭邦和錫金邦等地區(qū)則具有豐富的水資源。

3　降雨量變化及主要河流

降雨量的變化一般是通過變異系數(CV)來衡量，即序列的標準偏差除以平均值。

在印度，降雨量的年際變化十分顯著，CV值高達0．3～0．5。對于29個邦的年內雨水的CV值來說，其范圍在11%～34%之間。CV值為25%，說明在100 a里大約有68 a，該地區(qū)的降雨量范圍將從超過年均降水量的25%到低于年降水量的25%(加或減25%該地區(qū)的年均降雨量)。在剩下的32 a里，偏差將超過25%，也就是說，大約有16 a的不足年降雨量將大于25%，另外16 a則將超過年降雨量25%以上。例如，在年均降雨量大約為99 cm的北方邦，其CV為20%。觀察發(fā)現，在100 a里有68 a，其年降雨量在79～119 cm之間;在16 a中，年降雨量減少至小于79 cm，而在另一個16 a，它可能又會超過119 cm。

當變異性增加，降雨的可靠性就會顯著下降。還有很多因素會使降雨的變化性增加。對水域清理或管理的方式以及氣候的變化，都會導致降雨狀況發(fā)生變化。在對水的利用規(guī)劃中，必須要考慮到降雨的這種變異性特性。

印度有14個主要河流流域，流域面積達20 000 km2以上。另外，還有46個中等河流流域，其流域面積在2 000～20 000 km2之間。

印度河、恒河和布拉馬普特拉河是印度北部喜馬拉雅地區(qū)的重要河流。這些河流都有雪水和雨水的補給，因此，全年都不會斷流。恒河及其支流如扇形攤開在印度平原上，形成了最大的流域，占印度總面積的1/4。這些河流的最高水位和最大流量均出現在夏季季風季節(jié)。

在印度中部和南部，主要河流有默哈納迪(Mahanadi)河、蘇巴默爾哈(Subamarekha)河、塔皮(Tapi)河、訥爾默達(Narmada)河、戈達瓦里(Godavari)河、克里希納(Krishna)河、默希(Mahi)河、薩巴爾默蒂(Sabamati)河、高韋里(Cauveri)河和貝弗納(Pervnar)河。這些河流是完全靠雨水補給，所以很多河流在炎熱的季節(jié)就會萎縮成小溪流。

印度有許多沿海河流。這些河流，特別是分布在西海岸的河流，均具有長度較短，且流域面積也不大的特點。

4　大壩及水資源開發(fā)利用

在印度的不同地方，由于大部分的年降雨是發(fā)生在6～9月的西南季風季節(jié)，所以需要修建一些水庫來蓄水，以保障全年的用水需求。在1947年印度獨立以前，全國只有少數(250座)的蓄水壩，其總存儲容量大約為12 km3。印度獨立以后，水資源的開發(fā)利用得以迅速開展。為了蓄水，修建了大量的大壩以滿足日益增長的人口用水需求。因此，大壩的數量一直在上升，到1990年，其已建大壩數量達到了3 650座。地表水的存儲量也因此從12 km3增加到了252 km3。

印度擬繼續(xù)開展大壩建設項目，并計劃在未來25 a左右的時間內，使蓄水量增加200 km3，以確保糧食生產的持續(xù)自給自足，并滿足日益增長人口對能源和飲用水的需求。

應該提到的是，大壩為水資源的開發(fā)利用作出了極其重要和顯著的貢獻，并且從大壩的受益已相當可觀。

在設計大壩時，需要有長序列的河流流量數據資料用于確定在河流總水量中的可用水量，也就是可以被存儲的水量，以及為了大壩安全用于確定設計洪水的極端洪水值。

在印度，河流流量測站的數量大約只有雨量測站數量的18%。因此，由于河流水文站的數量有限，由河流流量數據所獲得的洪水信息量是遠遠不夠的。為了評估大壩安全，最大點雨量值和面雨量值被用來估算設計暴雨和可能最大降雨(PMP)。

5　最大點雨量與大暴雨

一個測站在不同時期的最大點雨量值的大小，對于從城市排水系統(tǒng)到大壩和溢洪道結構設計的工程專業(yè)設計人員來說，是很有價值的。一些調查人員對降雨的歷史記錄資料展開了分析研究，并將研究結果用來統(tǒng)計印度全國不同測站的最大點雨量值的大小。

印度經常遭受嚴重颶風，包括季風低壓和熱帶風暴的侵擾，從而產生持續(xù)數天的嚴重且分布廣泛的降雨，有時甚至是大暴雨。暴雨區(qū)的范圍可能有400 000 km2，點雨量會達到40～80 cm/d。

最近開展的最嚴重的暴雨調查發(fā)現，日最大點雨量接近或超過40 cm。同時還發(fā)現，在印度12場暴雨雨量站日常降雨記錄中，產生極端點雨量和極端區(qū)域雨深的記錄占居著支配地位。

由ATM計算的10～20 000 km2的地區(qū)1～3 d最大暴雨的雨量－時間－面積值的結果表明，在古吉拉特邦，1941年7月1～3日的暴雨所產生的最大面雨深超出了其他地區(qū)1～3 d的降雨。此次暴雨是由孟加拉灣低壓造成的，當時在蘇拉特地區(qū)的一個雨量站記錄下了在7月2日08: 30結束時的日降雨量為99 cm。

6　設計暴雨計算

流域的設計暴雨是對在最高雨量下確定的流域可能設計洪水的估計。常用的設計暴雨是可能最大暴雨(RMS)，或者可能最大降雨(PMP)和標準項目暴雨(SPS)。PMP是氣象領域可能在一個給定區(qū)域的面積下對于所給定持續(xù)時間內的最大降雨深度(WMQ) ; SPS是在可用記錄內流域實際發(fā)生的最大暴雨。PMP用于高風險的結構，SPS沒有考慮這樣的風險，而且加入了經濟方面的考慮。PMP的計算是一個專門的學科，需要具有相當的水文氣象方面的知識。

至于SPS，主要使用以下2種方法。

(1)第1種方法是深度歷時DD方法，即在流域發(fā)生過的大暴雨中確定出整個流域不同歷時的最高面雨量。當該流域缺乏大暴雨記錄而鄰近流域發(fā)生過暴雨，那么在研究該流域的相關氣象因素時，可將其暴雨記錄資料轉移至所研究的區(qū)域。

(2)第2種方法是流域的年最大面雨量系列的頻率分析。在印度，對設計暴雨的研究始于20世紀50年代，旨在滿足建造大量的水利工程的需要。

從那時起，設計暴雨估算已經用于數個印度國內的水利工程，以確保項目的安全(CBIP)。工作范圍涉及到流域數個雨量站大量日雨量數據的收集和處理。

7　PMP估算

水文氣象領域的一個主要難點，是對有可能發(fā)生在一個點或一個區(qū)域的不同歷時的可能最大降雨的估計。這些估計可用于對大型土壩溢洪道和堆石壩的可能最大洪水的計算。使用可能最大洪水來設計泄洪道，主要目的是對其提供最大保護。以下2種方法可以用來估算可能最大降雨。

(1)第1種是采用物理方法來確定該地區(qū)的可能最大降雨。

(2)第2種方法是使用最高年度雨水頻率來分析的統(tǒng)計方法。

許多國家更青睞于采用物理方法。

物理方法包括暴雨數據選擇、暴雨換位，以及雨量－時間－面積(DAD)的分析，它會產生一組在給定歷時條件下關于降雨深度和面積關系的曲線，以及通過濕潤最大化因子來增強雨量(MMF)。

MMF為氣候邏輯最大降水量和估計暴雨有關降水量的比值。這些比率通常在1．2～1．6的范圍內。PMP被用來研究了整個印度很多具體的河流流域，因為在這些流域已經修建了多座大壩。

8　結語

為了緩解經濟壓力和滿足不斷增長的用水需求，迫切需要優(yōu)化水資源的開發(fā)。印度國內平均年降雨量大約是117 cm，相當于4 000 km3左右的淡水。然而，大部分(大約75%～80%)的年降水總量發(fā)生在6～9月這4個月中。由于降水分布不均，因此必須新建一些水庫來蓄水，以滿足用水需求。有鑒于此，印度政府規(guī)劃繼續(xù)其大壩建設項目的開發(fā)，以確保糧食生產自給自足和滿足日益增長的人口的生活所需。

(邰肇悅毛麗萍編譯)

收稿日期:2015-05-09

文章編號:1006-0081(2015) 07-0001-03

中圖法分類號:TV213

文獻標志碼:A