張彥波，趙文舉，劉 晶，王 亮

（河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測局，河南 新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

地表水資源量是指河流、湖泊、冰川等地表水體中由當?shù)亟邓纬傻摹⒖梢灾鹉旮碌膭討B(tài)水量，用天然河川徑流量表示。由于人類活動的影響，水資源利用率越來越高， 河道斷面上的實測資料已不能反映河道天然徑流量的流動特征和變化規(guī)律， 因而在進行水資源調(diào)查評價時， 需要對實測徑流量進行還原計算［1］。又因人類活動改變了天然流域的下墊面，使得原有的降水和徑流規(guī)律發(fā)生了變化。 為了使長系列水文資料更具有代表性， 應(yīng)對天然徑流系列進行一致性修正［2］。

在進行還原計算和一致性修正分析時， 凡觀測資料符合規(guī)范規(guī)定，且資料系列較長的水文站，包括符合流量測驗精度規(guī)范的國家級、省級基本水文站、專用水文站和委托站，均可作為選用水文站［3］。新鄉(xiāng)市修武水文站、 寶泉水庫水文站和合河水文站的觀測資料具有長系列、規(guī)范完整等條件，滿足了單站天然徑流還原計算的要求。 筆者試以修武水文站—寶泉水庫水文站—合河水文站區(qū)間 （以下簡稱修—寶—合區(qū)間）的觀測資料為依據(jù)，探討河道徑流系列的還原計算和一致性修正方法， 以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

1 區(qū)間水文站簡介

1.1 修武水文站

修武水文站位于修武縣城北， 衛(wèi)河上游的新河上，屬于海河流域，南運河水系。 河道由北向南而下流入平川，遇郇封嶺所阻，慢轉(zhuǎn)90°折向東北，走向與郇封嶺大體一致， 即西南東北向， 干流長度約70 km。修武水文站控制流域面積為1 287 km2，山區(qū)、平原各占半數(shù)，主要接納太行山南麓和博愛、武陟部分平原地區(qū)來水。 流域面積呈折疊扇形，上游開闊，主要支流有山門河、大沙河、群英河。 該站主要受博愛縣的丹東灌溉退水和焦作礦井退水的影響， 主要還原項目有丹東灌區(qū)，焦西、焦東灌區(qū)，靈泉灌區(qū)，群英灌區(qū)。

1.2 寶泉水庫水文站

寶泉水庫位于輝縣市西40 km 峪河出山口，總庫容6 690 萬m3。 寶泉水庫水文站始建于1954 年，原名峪河口水文站，1998 年遷至寶泉水庫后， 更名為寶泉水庫水文站。 該站控制流域面積為538 km2。峪河位于太行山東南端，跨山西、河南兩省，屬海河流域，南運河水系，它發(fā)源于山西省陵川縣八都嶺，河源區(qū)有嶺東河、古郊河兩條支流。該河自西北流向東南，經(jīng)平甸入河南省境內(nèi)，在水文站下游29 km 處入衛(wèi)河，河道總長82 km，河道比降為2.1%。 峪河沿途自上游向下游納入小磨河、十里河、碾草河、平甸溝、西溝等主要支流［4］。

1.3 合河水文站

合河水文站位于太行山南麓，衛(wèi)河上游，是衛(wèi)河支流的主要匯集地，先后有子坊溝、大獅澇河、峪河、石門河、 百泉河和黃水河等13 條河流在上游匯入。合河水文站是新鄉(xiāng)及海河流域防汛抗旱的前沿哨所，控制流域面積為4 061 km2，其中北部為山區(qū)，南部為平原。 該站在衛(wèi)河及共產(chǎn)主義渠上分設(shè)兩個斷面，衛(wèi)河、共產(chǎn)主義渠均屬于海河流域、南運河水系。合河水文站上游有寶泉水庫水文站、 修武水文站和石門水庫水位站，共產(chǎn)主義渠和衛(wèi)河在合河交匯。在衛(wèi)河站上游1 500 m 處，建有衛(wèi)河節(jié)制閘。 該節(jié)制閘使衛(wèi)河來水與共產(chǎn)主義渠來水分開， 起到了防洪和調(diào)節(jié)水量作用。

1.4 修—寶—合區(qū)間

修—寶—合區(qū)間有馬鞍石灌區(qū)、馬坊灌區(qū)、武嘉灌區(qū)、白馬泉灌區(qū)及各縣設(shè)的提灌站，其中武嘉引黃灌溉對該區(qū)間徑流的影響最大。另外，人民勝利渠西一干渠在獲嘉的彥當有一些退水進入共產(chǎn)主義渠，但近年來已經(jīng)很少。 因?qū)毴畮焖恼具w移，修—寶—合區(qū)間控制面積由2 216 km2變?yōu)? 236 km2。

2 單站天然河川徑流量還原計算

2.1 計算方法

對于控制面積內(nèi)不存在蓄水、引水、提水及河道分洪或堤防決口的水文站， 實測河川徑流量即為天然河川徑流量。 合河水文站控制面積內(nèi)，存在蓄水、引水、提水情況，因此應(yīng)對該站逐月、逐年的實測河川徑流量進行還原計算。在還原計算中，分項調(diào)查法因計算原理簡單，應(yīng)用較多［5］。 在采用分項調(diào)查法進行還原計算時，主要計算跨流域引、排水量，河道決口或分洪水量。 對于整個流域，在一定的時期內(nèi)，根據(jù)水量平衡原理，列出水量平衡方程，如式（1）所示。

式中：W天然為還原后的天然徑流量；W實測為水文站實測徑流量；W灌溉為農(nóng)業(yè)灌溉耗水量；W工業(yè)為工業(yè)耗水量；W生活為城鎮(zhèn)生活耗水量；W引水為跨流域引排水量，引入為負，引出為正；W分洪為決口或分洪水量，流入為負，流出為正。

2.2 計算結(jié)果分析

修—寶—合區(qū)間1980 年天然徑流量還原計算結(jié)果如表1 所示。

表1 1980 年修-寶-合區(qū)間天然徑流量還原表（部分）Tab.1 Some natural runoff reduction of Xiuwu-Baoquan-Hehe interval in 1980

3 天然河川徑流量系列一致性分析

在進行還原計算的基礎(chǔ)上， 對其同步期逐年天然河川徑流量進行系列一致性分析。

3.1 分析方法

修—寶—合區(qū)間天然河川徑流量系列一致性分析可采用以下2 種方法。 （1）通過點繪修—寶—合區(qū)間1956～2016 年面平均年降水量與天然年徑流深的相關(guān)圖，分析降水與徑流的關(guān)系，檢查其天然年徑流系列的一致性。 若發(fā)現(xiàn)在同量級降水條件下，某時段的點據(jù)明顯偏離， 則表明下墊面變化對徑流影響較大，應(yīng)對其天然年河川徑流系列進行一致性修正。 繪制不同年段的年降水與徑流的關(guān)系曲線，兩條曲線之間的徑流坐標距離即為年徑流變化值。 （2）通過點繪水文站控制范圍內(nèi)面平均年降水量與天然年河川徑流量的雙累積相關(guān)圖，找出年降水量與天然年河川徑流量關(guān)系發(fā)生明顯變化的拐點年份， 以該年為分割點， 將年降水量和天然年河川徑流量系列劃分為前、后兩個年段，并對前一年段的天然年河川徑流量系列進行修正［6］。當選定一個年降水值時，可分別從兩條曲線上查出兩個對應(yīng)的年徑流深值（R1和R2），采用式（2）和式（3）分別計算年徑流量衰減系數(shù)和修正系數(shù)。

式中：γ 為年徑流衰減系數(shù)；Ψ 為年徑流修正系數(shù)；R1為前一年段年降水與徑流關(guān)系曲線上的天然年徑流深，mm；R1為后一年段年降水與徑流關(guān)系曲線上的天然年徑流深，mm。

首先查算不同量級的年降水量的年徑流修正系數(shù)Ψ 值，然后繪制P 與Ψ 關(guān)系曲線（該曲線為對天然年河川徑流系列修正的依據(jù)）。根據(jù)需要修正年份的年平均降水量值，從P 與Ψ 關(guān)系曲線上查得該年平均降水量對應(yīng)的修正系數(shù)， 然后用查得的修正系數(shù)乘以該年天然年河川徑流量， 即可求得修正后的天然年河川徑流量。

3.2 分析結(jié)果

點繪修—寶—合區(qū)間1956～2016 年面平均年降水量與天然年徑流深的相關(guān)圖，如圖2 所示；點繪修—寶—合區(qū)間1956～2016 年面平均年降水量與天然年河川徑流量的雙累積相關(guān)圖，如圖2 所示。

圖1 修—寶—合區(qū)間面平均降水量與徑流深關(guān)系圖Fig.1 Relations of average rainfall of Xiuwu-Baoquan-Hehe interval and runoff depth

圖2 修—寶—合區(qū)間面平均降水累計與徑流深累計關(guān)系圖Fig.2 Relations of average rainfall accumulation of Xiuwu-Baoquan-Hehe interval and runoff depth accumulation

由圖1 可知，2001～2016 年關(guān)系線與1978～2000 年關(guān)系線的變化趨勢基本統(tǒng)一， 然而1956～1978 年的關(guān)系線與以上兩個年段曲線的偏離較大，因此需要對該時段進行一致性修正。從圖2 可知，徑流深累計值在3 824.4 mm（1978 年）出現(xiàn)明顯的向上轉(zhuǎn)折。 因此，判定1978 年為拐點，需要對1956～1977 年時段進行一致性修正。

根據(jù)式（2）和式（3），計算修—寶—合區(qū)間的年徑流修正系數(shù)，結(jié)果如表2 所示。繪制修正系數(shù)與降水量的關(guān)系曲線，如圖3 所示。

由表2 和圖3 可以計算出年平均降水量對應(yīng)的修正系數(shù)， 用該年修正系數(shù)乘以本年度的天然徑流量，即得出本年度修正后的天然徑流量，部分結(jié)果如表3 所示。

將1956～1977 年的天然徑流量進行系列修正后，再次分析降水與徑流深的關(guān)系、累計降水量和累計徑流深的關(guān)系，結(jié)果如圖4 和圖5 所示。

表2 修—寶—合區(qū)間年徑流修正系數(shù)表Tab.2 Xiuwu-Baoquan-Hehe interval runoff revised coefficient

通過圖4 和圖5 可以看出，1956～2016 年數(shù)據(jù)變化趨勢基本一致，即該系列數(shù)據(jù)一致性修正完成。

圖3 修—寶—合區(qū)間修正系數(shù)與降水量關(guān)系圖Fig.3 Relations of revised coefficient of Xiuwu-Baoquan-Hehe interval and rainfall

表3 修—寶—合區(qū)間修正天然徑流量計算表Tab.3 Revised natural runoff calculation of Xiuwu-Baoquan-Hehe interval

圖4 修正后的修—寶—合區(qū)間降水量與徑流深系列對比圖Fig.4 Comparison of revised rainfall of Xiuwu-Baoquan-Hehe interval and runoff depth

圖5 修正后的修—寶—合區(qū)間降水量累計與徑流深累計關(guān)系圖Fig.5 Relations of revised rainfall accumulation of Xiuwu-Baoquan-Hehe interval and runoff depth accumulation

4 結(jié)語

通過對修—寶—合區(qū)間數(shù)據(jù)系列一致性修正得出，該區(qū)間多年平均天然徑流量由修正前的23 907.7萬m3減少為18 365.5 萬m3， 減少了5 542.2 萬m3。經(jīng)過系列修正后的數(shù)據(jù)能反映近期下墊面條件下的天然年徑流系列，從而使水資源分析評價、水資源論證、水資源綜合規(guī)劃的成果更具有科學(xué)性。 因此， 進行水資源評價的相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)熟練掌握徑流系列的還原和徑流系列一致性修正的方法和技術(shù)， 以便為今后做好水資源調(diào)查評價提供重要的技術(shù)保障。