無資料地區(qū)年徑流量推求方法探討

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

【關(guān)鍵詞】無資料；參數(shù)等值線法；水文比擬法

0、引言

查閱安徽省農(nóng)村飲水安全普查報告，肥東縣農(nóng)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(nóng)村人口的40%左右。擬建古城鎮(zhèn)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(zhèn)自來水廠水資源論證報告書》的編寫，作者發(fā)現(xiàn)目前肥東縣飲水安全問題主要在于水質(zhì)性缺水和“重建輕管”，工程建設(shè)后管理存在漏洞。本報告書的編寫難點(diǎn)在于岱山水庫無實測水文資料，需要根據(jù)水文計算其入庫徑流量，本文以《肥東縣古城鎮(zhèn)自來水廠水資源論證報告書》為例，探討無實測資料地區(qū)年徑流量的計算方法，并對各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)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(qū)，可以利用參數(shù)等值線法和水文比擬法來計算無實測水文資料地區(qū)的徑流量，其中，參數(shù)等值線法包括直接發(fā)和降雨量修正法。

1.1 參數(shù)等直線法

利用參數(shù)等值線法計算無實測資料地區(qū)年徑流量就是根據(jù)已知點(diǎn)的統(tǒng)計參數(shù)CV、CS和多年平均徑流量得值，繪制而成參數(shù)等值線圖，然后查出論證區(qū)域參數(shù)位于參數(shù)等值線圖的位置，兩個等值線之間的數(shù)值就是論證區(qū)域的水文參數(shù)值。應(yīng)用參數(shù)等值線法時首先需要繪制參數(shù)等值線圖，繪制參數(shù)等值線圖首先需要取得水文統(tǒng)計參數(shù)在空間上的變化規(guī)律，運(yùn)用專業(yè)軟降或者人工的將參數(shù)在地圖上直觀的反映出來。參數(shù)等值線圖有兩個作用：①可以對比單站的參數(shù)數(shù)據(jù)和等值線圖直觀上反映出來的參數(shù)數(shù)據(jù)，用來分析論證區(qū)域某一水文特征頻率的計算結(jié)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(jìn)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(qū)進(jìn)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(shè)計流域上的方法，它是無資料地區(qū)計算徑流量的一種常見的方法。水文比擬法是根據(jù)參證流域與設(shè)計流域的相關(guān)關(guān)系，采用相同的比例放大縮小，得到設(shè)計流域的徑流量值。采用水文比擬法的關(guān)鍵是選擇與設(shè)計流域水文要素相似的參證流域，一般要求設(shè)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(yīng)當(dāng)選擇恰當(dāng)?shù)膮⒆C流域，以保證計算結(jié)果的合理性。

2、實例分析

古城鎮(zhèn)自來水廠位于肥東縣古城鎮(zhèn)古岱路以南100m處，岱山湖西側(cè)，本供水工程建設(shè)規(guī)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(zhèn)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(shè)計頻率下入庫流量時，由于岱山水庫流域?qū)儆跓o實測徑流資料，因此，不能直接運(yùn)用皮爾遜Ⅲ型曲線擬合得到岱山水庫設(shè)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(shè)計頻率下的年徑流量，并對計算結(jié)果進(jìn)行對比分析。

2.1 直接法

岱山水庫流域?qū)儆诜蕱|縣，位于為江淮低丘區(qū)，根據(jù)“安徽省江淮丘陵區(qū)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(qū)多年平均徑流深R1=969.5 mm。根據(jù)離均系數(shù)公式，由P-Ⅲ型曲線頻率曲線Φ值表查得不同保證率對應(yīng)的Φ值，從而求得不同保證率對應(yīng)的徑流深R值。利用徑流深公式計算出區(qū)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(bǔ)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(qū)地表水與地下水的分布情況，因此用降水徑流相關(guān)關(guān)系來計算某地區(qū)的徑流量對于無資料地區(qū)有著現(xiàn)實意義。

2.2.1 降雨資料分析

雖然本項目地區(qū)無雨量站，但是本項目區(qū)距離八斗嶺站較近且本項目區(qū)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(qū)，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(qū)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(jìn)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(shù) ，最后，由徑流系數(shù)公式計算得到項目地區(qū)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(jìn)行頻率，本文選用的數(shù)據(jù)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(tǒng)計參數(shù)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(jìn)行適線，適線后八斗嶺站控制流域的統(tǒng)計參數(shù)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(jìn)行年徑流量推求時，首先需要查閱出項目區(qū)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(qū)多年平均徑流系數(shù)，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(diào)查與參考相關(guān)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(qū)，氣候條件一致，且地形、植被、土壤、水文地質(zhì)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(yè)為主，產(chǎn)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(qū)徑流量時，參證流域選擇合理。兩流域降雨量對比結(jié)果見表2-4。

本文通過面積比擬法計算設(shè)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(jù)面積比例分降水量分配，可分析得本項目區(qū)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(shè)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(jié)果進(jìn)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(jié)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(jié)果在岱山水庫流域計算結(jié)果大致相同，因此，本項目中可以任意選取一種方法計算數(shù)據(jù)作為取水水源論證所需數(shù)據(jù)，其他兩種方法作為對比方法。由于本項目區(qū)流域面積較小，且采用面積比擬法時，參證流域與設(shè)計流域水文條件比較相似，因此水文比擬法計算結(jié)果比較準(zhǔn)備。但是對于年徑流量Cv值選取不是很準(zhǔn)確的情況下，采用水文比擬法計算結(jié)果和用直接法與降雨量修正法計算結(jié)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(diǎn)和難點(diǎn)，其中尤其是對于無資料地區(qū)年徑流量的計算，是決定取水水源論證結(jié)果可靠性的關(guān)鍵。在平常工作中，對于無資料地區(qū)年徑流量計算經(jīng)常才用的方法有參數(shù)等直線法和水文比擬法，參數(shù)等值線法包括直接法和降雨量修正法。采用參數(shù)等值線法計算無資料地區(qū)年徑流量時，參數(shù)的選取對于計算結(jié)果的影響比較大，因此用于小流域地區(qū)時計算結(jié)果準(zhǔn)確性較差；當(dāng)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(shè)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(jié)果較為準(zhǔn)確，建議采用水文比擬法進(jìn)行計算。

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作者簡介：孫鵬，男，1990年10月，合肥工業(yè)大學(xué)碩士。