洮兒河流域典型河段徑流損失計算分析

丁元芳，孔慶輝，付 鵬，李成振

（1.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021；2.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林長春130061）

洮兒河系嫩江下游右岸較大的支流之一，發源于大興安嶺阿爾山南麓，自西北向東南流，經內蒙古、吉林兩省區至大安縣月亮泡注入嫩江。流域內當地產流量小，河道徑流損失大。分析徑流沿程損失的原因和途徑，定量分析不同河段徑流損失量，對合理利用流域水資源具有重要意義。

1 計算原理和方法

河道水量沿程損失計算采用水量平衡原理。水量平衡是水文循環的數量描述，是質量守恒定律在水文循環中的特定表現形式。水量平衡通常用水量平衡方程式表示。方程式中各收入項、支出項和蓄水變量隨研究的區域不同而有所不同。

在某時間段，某區間干流河道存在以下水量平衡：

式中：Q實上為干流河道區間上游站實測徑流量；Q實下為干流河道區間下游站實測徑流量；Q區天為區間自產天然徑流量；Q外引為斷面區間各支流和干流河道內的外引興利的利用水量；Q蒸為干流河道蒸發損失；Q滲為河道滲漏損失。其中地下水補給不包括干流兩側支流的基流（地下水）部分。

2 典型河段的選取

在計算河道徑流損失時所選取的計算斷面的依據主要包括：

1）河流干流上布設的水文站：基于河流干流上現有的水文站，不僅有斷面的詳細資料，而且在長系列的觀測資料系列，有利于分析徑流的沿程損失變化。在洮兒河干流上的主要水文站有五岔溝、索倫、察爾森、鎮西、洮南和黑帝廟水文站。

2）斷面選取主要集中在中下游：河流流域上游多位于山丘區，同時也是河流的主要產流和匯流區域，徑流損失量分散且不易計算；中下游位于平原區，此段河道比降小，且是河流主要水流區間，易于開展河道徑流量的補給、徑流和排泄分析。綜合上述依據，根據洮兒河流域的地形和河道特征，經過分析和選擇最終將洮兒河流域典型斷面區間選取鎮西-洮南-黑帝廟水文站區間。

3 徑流損失計算

3.1 建立水量平衡方程

對于鎮西～洮南斷面區間，洮兒河干流河道存在以下水量平衡：

式中：Q實測鎮西為洮兒河河道鎮西站實測徑流量；Q實測務本為洮兒河支流蛟流河上務本水文站的實測徑流量；Q實測額木太為蛟流河支流額木太河匯入蛟流河的實測徑流量，由于額木太河為季節性河流，且沒有控制站，缺乏相關的數據資料，所以未參與計算；Q區天為洮兒河鎮西至洮南斷面區間以及務本水文站至蛟流河口區間的自產天然徑流量；Q外引為河道徑流損失中各種外引河水造成的徑流損失，不包含引洮工程和白城運河的水量；Q運河為引洮工程從洮兒河的引水量，未收集到相關數據，未參與計算；Q蒸為白城運河從洮兒河的引水量；Q滲為干流河道蒸發損失；為干流河道的滲漏損失。

綜上，洮兒河干流河道鎮西～洮南斷面區間的水量平衡方程式暫時可以簡化為：

同理，對于洮南～黑帝廟斷面區間，洮兒河干流河道存在以下水量平衡：

3.2 損失計算

1）控制站徑流量。根據洮兒河流域兩個斷面建立的水量平衡方程，分別計算相應的數值，各控制站的多年平均各月實測徑流量如圖1所示。

圖1 各控制站多年平均月徑流量

2）區間產流量計算。干流河道區間天然徑流量（Q區天）應該根據區間所有支流實測徑流量加上還原量得到，但是進行還原計算需要大量的調查統計數據支持。本次干流河道區間天然徑流量（Q區天）的計算采用公式Q區天=P×r求得，其中P為區間降水量，r為徑流系數。經計算，求得洮兒河流域典型斷面區間多年平均各月產流量如表1所示。

表1 洮兒河流域斷面區間多年平均各月產流量 萬m3

3）計算結果。根據水量平衡方程式，利用上面所計算的各項數值求解典型斷面區間的河道徑流損失量，即蒸發損失、滲漏損失和外引損失。洮兒河流域典型斷面區間多年平均徑流損失如表2所示。

表2 洮兒河流域斷面區間多年平均徑流損失量 萬m3

4 徑流損失分析

4.1 徑流損失途徑分析

1）蒸發損失。洮兒河從鎮西水文站到洮南水文站河道彎曲，河谷逐漸開闊，河道水面面積為2.856 km2；蛟流河務本水文站至蛟河流口河道水面面積為0.9 km2；洮南水文站至黑帝廟站洮兒河河道水面面積為0.96 km2。洮兒河流域蒸發觀測采用直徑20 cm小口徑蒸發器，按折算系數0.65換算為大水體蒸發量，并近似用E601水面蒸發量代替水面蒸發量。洮兒河流域選取洮南站的蒸發量來計算，主要集中在4—6月份。經計算，洮兒河流域鎮西～洮南區間干流河道多年平均蒸發量為684萬m3，約占該段區間干流河道多年平均徑流損失的2%；洮南～黑帝廟區間干流河道多年平均蒸發量為175萬m3，約占該段區間干流河道多年平均徑流損失的1%。

2）外引損失。各種外引水工程也是河道徑流沿程損失的一個重要原因。在洮兒河流域有洮兒河灌區等，此外，還有用于生活和工業等目的的提水工程。位于洮兒河流域上的團結干渠引水口，通過團結干渠滿足團結水庫的蓄水要求，設計引水能力為18 m3/s，團結水庫的總庫容為7600萬m3，興利庫容為3100萬m3，將團結水庫的興利庫容來做為多年平均引洮兒河水量。洮兒河灌區通過滿州代取水口引洮兒河河水，2005年引水流量為18.65 m3/s，灌溉面積為1.48萬hm2。洮兒河灌區退水排放到洮兒河，退水口位于鎮賚縣小黑帝廟。白城地區的水田渠灌定額約為9000～12000 hm2。以10500 m3/hm2的灌溉定額計算灌溉1.48 hm2，洮兒河灌區約引水15540萬m3。

因此，團結干渠引水口和洮兒河灌區的總引水量約為18640萬m3，再加上其它各種引水，從洮兒河提引水多年平均引水量約為20000萬m3，約占鎮西～洮南區間干流河道多年平均徑流損失的48%；再補充完善引洮工程的引水量，外引損失所占比例將更大。

3）滲漏損失。滲漏損失主要源于河道徑流過程中與地下水的相關轉化。洮兒河流域所選取的典型斷面位于洮兒河的沖洪積扇區。該扇形地從鎮西向南東方向呈扇狀撒開，地形由扇頂向扇前傾斜，坡度由大逐漸變小；地層巖性由中更新統、上更新統礫卵石組成（構成強透水層）。該段地貌特征使得地下水更易接受地表水的補給。

結合蒸發損失和外引損失，洮兒河流域滲漏損失在典型斷面區間干流河道多年平均徑流損失中占有較大比例。

4.2 徑流損失變化分析

1）多年變化。鎮西～洮南區間徑流損失的1956—2009年的多年變化和洮南～黑帝廟區間徑流損失的1978—2008年的多年變化如圖2所示。由圖2可見，鎮西～洮南區間河道徑流損失量較大，年損失量總體上30000～60000萬m3之間，多年平均徑流損失量約為40000萬m3；洮南～黑帝廟區間徑流河道徑流損失量較鎮西～洮南區間較少，多年平均徑流損失量約為20000萬m3，洮兒河流域兩個典型斷面干流河道徑流損失的總體趨勢基本一致。

圖2 洮兒河流域典型斷面歷年徑流損失變化

2）代際變化。鎮西～洮南區間在60年代至今的各個年代干流河道徑流損失水量總體相當，約為40億m3，60年代略多。河道徑流損失主要是由于河道滲漏和引提水所引起的。洮南～黑帝廟區間徑流損失在80年代至今的3個年代干流河道徑流損失水量逐漸減少，從20億m3減少至13億m3，由于鎮西～洮南區間徑流損失嚴重，在洮南～黑帝廟區間徑流量逐漸減少，近幾年出現斷流情況，這也導致洮南～黑帝廟區間的徑流損失量遠遠小于鎮西～洮南區間。

（3）季節變化。鎮西～洮南區間、洮南～黑帝廟區間河道徑流損失存在著季節差異。鎮西～洮南區間夏、秋季損失量為36886萬m3，占年均損失的88%。洮南～黑帝廟區間整個區間平均河道徑流以損失為主，多年平均損失量為19115萬m3，其中夏、秋季損失量為17769萬m3，該區段外引提水工程較少，徑流損失的主要原因是滲漏損失。特別是近十年來，黑帝廟站基本處于斷流的狀態，符合實際情況。

5 結論

1）根據水量平衡原理，建立起區間道水量平衡關系，得到河道徑流水量的補損計算一般方程，即，利用該方程可以間接計算河道水量的損失。

2）利用河道水量補損方程，計算分析鎮西～洮南區間河道徑流損失量較大，年損失量總體上在30000～60000萬m3之間，多年平均徑流損失量約為40000萬m3；洮南～黑帝廟區間徑流河道徑流損失量不大，多年平均徑流損失量約為20000萬m3，除1986年、1988—1991年總補給量高于各種損失量外，其余年份損失量總體相當。從季節變化看量，洮兒河流域夏、秋季損失量占全年損失量的絕大部分。

3）多年來洮兒河流域河道水面凈蒸發量變化不大，說明流域區間滲漏和外引水是河道徑流水量損失的主要原因。

4）在進行水量平衡計算時，一方面由于部分實測徑流系列較短，另一方面產流機理的復雜性，區間產流量的計算不可避免存在誤差，計算結果對于河道徑流損失的定性分析具有一定的代表性。此外，還要進一步加強滲漏損失等方面的研究，以定量掌握洮兒河流域的水量轉化規律。

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