無資料地區年徑流量推求方法探討

【摘要】以肥東縣古城鎮自來水廠建設項目水資源論證為例，在簡要介紹論證的主要內容的基礎上，針對該建設項目的特點和資料條件，重點探討缺乏實測水文資料條件下論證區域年徑流量推求方法。

【關鍵詞】無資料；參數等值線法；水文比擬法

0、引言

查閱安徽省農村飲水安全普查報告，肥東縣農村約有29.98萬人的飲水安全無法得到保障，約占到肥東縣農村人口的40%左右。擬建古城鎮自來水廠，可以解決2萬余人的飲水問題，通過《肥東縣古城鎮自來水廠水資源論證報告書》的編寫，作者發現目前肥東縣飲水安全問題主要在于水質性缺水和“重建輕管”，工程建設后管理存在漏洞。本報告書的編寫難點在于岱山水庫無實測水文資料，需要根據水文計算其入庫徑流量，本文以《肥東縣古城鎮自來水廠水資源論證報告書》為例，探討無實測資料地區年徑流量的計算方法，并對各種方法的優缺點進行分析，得到各種方法的試用條件，為類似問題的解決提供參考。

1、計算方法簡介

在無實測水文資料地區，可以利用參數等值線法和水文比擬法來計算無實測水文資料地區的徑流量，其中，參數等值線法包括直接發和降雨量修正法。

1.1 參數等直線法

利用參數等值線法計算無實測資料地區年徑流量就是根據已知點的統計參數CV、CS和多年平均徑流量得值，繪制而成參數等值線圖，然后查出論證區域參數位于參數等值線圖的位置，兩個等值線之間的數值就是論證區域的水文參數值。應用參數等值線法時首先需要繪制參數等值線圖，繪制參數等值線圖首先需要取得水文統計參數在空間上的變化規律，運用專業軟降或者人工的將參數在地圖上直觀的反映出來。參數等值線圖有兩個作用：①可以對比單站的參數數據和等值線圖直觀上反映出來的參數數據，用來分析論證區域某一水文特征頻率的計算結果合理性。如果一致，則成果合理，如果不一致，則需要對單站計算的成果進行分析和檢查，找出不一致的原因，并且做出必要的說明和修改。② 可以利用地理插值法直接在無實測水文資料地區進行插值，常用的插值方法為ArcGIS的克里格插值法。

1.2 水文比擬法

水文比擬法是一種將參證流域的水文資料直接移植到設計流域上的方法，它是無資料地區計算徑流量的一種常見的方法。水文比擬法是根據參證流域與設計流域的相關關系，采用相同的比例放大縮小，得到設計流域的徑流量值。采用水文比擬法的關鍵是選擇與設計流域水文要素相似的參證流域，一般要求設計流域與參證流域氣候、下墊面等因素相似。如果兩個流域水文要素差異較大，則不建議使用水文比擬法。因此，利用水文比擬法時，首先應當選擇恰當的參證流域，以保證計算結果的合理性。

2、實例分析

古城鎮自來水廠位于肥東縣古城鎮古岱路以南100m處，岱山湖西側，本供水工程建設規模一期工程為10000m3/d，論證等級為二級，以肥東縣為分析范圍，岱山水庫上游部分為取水水源論證范圍，水源論證范圍為89.5km2，工程取水水源為岱山水庫，岱山水庫位于肥東縣古城鎮郭鄭村、滁河支流沙河上游。岱山水庫流域集水面積89.5km2，總庫容3310萬m3。本文計算岱山水庫設計頻率下入庫流量時，由于岱山水庫流域屬于無實測徑流資料，因此，不能直接運用皮爾遜Ⅲ型曲線擬合得到岱山水庫設計頻率下的徑流量。本文分別采用直接法、降雨量修正法和水文比擬法三種方法來推求岱山水庫設計頻率下的年徑流量，并對計算結果進行對比分析。

2.1 直接法

岱山水庫流域屬于肥東縣，位于為江淮低丘區，根據“安徽省江淮丘陵區綜合單位線”，查得岱山水庫流域CV=1.1，CS =2CV 。查閱《合肥市實用水文手冊》中“合肥市多年平均年徑流深等值線圖”查得項目地區多年平均徑流深R1=969.5 mm。根據離均系數公式，由P-Ⅲ型曲線頻率曲線Φ值表查得不同保證率對應的Φ值，從而求得不同保證率對應的徑流深R值。利用徑流深公式計算出區域的年徑流量，其中匯流面積F=89.5 km2 ，表2-1為不同保證率下計算出來的年徑流量成果。

2.2 降雨量修正法

地表水與地下水的一個主要補充來源為大氣降水，大氣降水的大小和時空變化深刻的影響著地區地表水與地下水的分布情況，因此用降水徑流相關關系來計算某地區的徑流量對于無資料地區有著現實意義。

2.2.1 降雨資料分析

雖然本項目地區無雨量站，但是本項目區距離八斗嶺站較近且本項目區與八斗嶺站所在的下墊面情況相似，并且兩者均處于江淮低丘區，降雨、氣候等要去基本相似，因此本文選用八斗嶺站雨量資料作為項目地區雨量資料是合適的，可行的。

2.2.2 降雨資料推求徑流

為了得到不同保證率下的降雨量，本文首先對八斗嶺站長歷時的降水資料進行排頻，再查閱《2014年合肥市水資源公報》，得到岱山水庫控制流域多年平均降雨量和多年平均徑流深的值，計算得出岱山水庫流域多年平均徑流系數 ，最后，由徑流系數公式計算得到項目地區的徑流量。

2.2.3 降雨量頻率計算

首先對八斗嶺雨量站長歷時的降雨系列進行頻率，本文選用的數據為八斗嶺站1960年-2014年的降雨資料。通過計算，得到的八斗嶺站降水統計參數為：八斗嶺站控制流域多年平均降水量均值為962.5mm，采用皮爾遜Ⅲ曲線進行適線，適線后八斗嶺站控制流域的統計參數為CV =1.2，CS=2CV。表2-2為八斗嶺站年降雨量。

2.2.4 年徑流量推求

進行年徑流量推求時，首先需要查閱出項目區多年平均降水量。通過查閱《2014年合肥市水資源公報》，得出岱山水庫控制流域多年平均降雨量為972mm，多年平均徑流深為198 mm，從而項目區多年平均徑流系數，表2-3為岱山水庫流域不同保證率下的年徑流量

2.3 水文比擬法

通過實地調查與參考相關資料，與本項目鄰近的石角橋水文站有1960年～2014年的水文資料，石角橋水文站控制面積面積1830km2，而且兩流域同屬江淮低丘區，氣候條件一致，且地形、植被、土壤、水文地質等下墊面條件也基本一致，而且地表情況相似，下墊面使用情況基本相同，兩流域地表均以種植業為主，產匯流過程相似。因此，本文選用石角橋水文站作為參證站計算項目區徑流量時，參證流域選擇合理。兩流域降雨量對比結果見表2-4。

本文通過面積比擬法計算設計流域年徑流量，通過對比石角橋站與岱山水庫控制面積，根據面積比例分降水量分配，可分析得本項目區系列徑流，90%典型枯水年1993年～1994年徑流量375.6萬m3，表2-5為岱山水庫不同保證率下年徑流量。

2.4 設計年徑流量對比

本文采用直接法、降雨量修正法和水文比擬法3種方法分別計算出岱山水庫流域年徑流量，將三種計算方法計算出來的結果進行對比，分析三種方法分別的適用條件。表2-6為三種計算方法計算出來的結果。

從表2-6可以看出，通過直接法、降雨修正法和水文比擬法三種方法計算結果在岱山水庫流域計算結果大致相同，因此，本項目中可以任意選取一種方法計算數據作為取水水源論證所需數據，其他兩種方法作為對比方法。由于本項目區流域面積較小，且采用面積比擬法時，參證流域與設計流域水文條件比較相似，因此水文比擬法計算結果比較準備。但是對于年徑流量Cv值選取不是很準確的情況下，采用水文比擬法計算結果和用直接法與降雨量修正法計算結果差異較大，不建議采用。

3、體會與建議

取水水源論證是水資源論證工作的重點和難點，其中尤其是對于無資料地區年徑流量的計算，是決定取水水源論證結果可靠性的關鍵。在平常工作中，對于無資料地區年徑流量計算經常才用的方法有參數等直線法和水文比擬法，參數等值線法包括直接法和降雨量修正法。采用參數等值線法計算無資料地區年徑流量時，參數的選取對于計算結果的影響比較大，因此用于小流域地區時計算結果準確性較差；當參證流域有較長時間序列的實測徑流資料且參證流域與設計流域的各項水文因素，包括氣候條件、下墊面情況等相似時，采用水文比擬法計算結果較為準確，建議采用水文比擬法進行計算。

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作者簡介：孫鵬，男，1990年10月，合肥工業大學碩士。