汾河流域地表水資源可利用量分析計算

張沛雷

（山西省運城市水文水資源勘測站，山西 運城 044000）

0 引言

由降水形成的地表水水資源量存在于河流湖泊等地表水系中，這部分水量除可供人類經濟社會活動使用外，還有相當大的一部分要用以維護河流水系生態系統良性運行。對區域地表水資源量而言，不能夠也不應該無節制地加以利用。本文從資源開發利用和生態環境保護的角度分析計算汾河流域自產水量中可能被控制消耗利用的最大地表水資源量作為本流域地表水資源可利用量，以期為汾河流域水資源規劃及管理工作提供參考依據。

1 流域概況

汾河發源于山西省神池縣太平莊鄉西嶺村，穿越云中山和呂梁山之間的峽谷，至蘭村以上為上游，中下游縱貫省境中部的太原、臨汾兩大盆地6 市29 縣，在禹門口下游的萬榮縣榮河鎮廟前村附近匯入黃河，河流長度713 km，流域面積39721 km2，平均比降1.10‰。

汾河流域面積約占全省總面積的1/4，是省內第一大河。支流分布于東西兩側山地，長度不大，多屬山溪性河流，主要支流有嵐河、瀟河、昌源河、文峪河、洪安澗河、雙池河、澮河等。汾河干流在汾河水庫至蘭村、義棠至石灘區間跨越構造破碎帶，河水大量漏失、補給灰巖地層，下游又以巖溶泉形式集中排泄，重新補給地表徑流。流域內出露有蘭村、晉祠、洪山、郭莊、廣勝寺、龍子祠等巖溶大泉，形成中下游天然狀態下比較穩定的枯季徑流。

2 地表水可利用量計算

地表水資源可利用量指在可預見的時期內，統籌考慮生活、生產和生態環境用水，協調河道內與河道外用水的基礎上，通過技術可行的措施在現狀下墊面條件下的當地地表水資源量中可供河道外利用的最大水量。回歸水重復利用量、廢污水、再生水等水量不計入本地地表水資源可利用量。

本文在計算時，以汾河河津站作為控制節點，控制流域面積占汾河流域總面積的97.5%，分析計算河津站地表水可利用量，算得的可利用率作為汾河流域地表水可利用率成果，進一步計算汾河流域地表水可利用量。

2.1 計算方法

多年平均地表水資源可利用量分析計算采用控制斷面多年平均地表水資源量減去河道內基本生態環境需水量和汛期不能控制利用而下泄的水量并扣除二者間重復計算量的方法[1]，即：

2.2 河道內基本生態環境需水量（W 生態需水量）

河道內基本生態環境需水量，指維持河湖給定的生態環境保護目標對應的生態環境功能不喪失，需要保留在河道內的最小水量及其過程。選用Tennant 法、逐月最小徑流計算法、頻率曲線法3 種方法分析計算。

2.2.1 Tennant 法

Tennant 法是根據給定的生態環境保護目標將河流多年平均徑流量的百分比作為生態環境需水量。計算時較枯較豐時段的劃分，根據當地汛期、非汛期時段劃分確定。

選用河津站1980 年～2016 年共37 年修正后月年徑流量系列資料,生態需水量計算時，以月為時間尺度，汛期（6 月～9 月）百分比取20%，非汛期（1 月～5 月、10 月～12 月）百分比取10%。汛期6 月～9 月河津站天然徑流量7.25 億m3，取20%作為基本生態水量為1.45 億m3；非汛期徑流量8.89 億m3，取10%作為基本生態水量為0.89 億m3，算得全年河道內生態需水量為2.34 億m3，各月生態需水量計算見表1。

2.2.2 逐月最小徑流計算法

選用河津站1980 年～2016 年修正后月年徑流量系列資料，劃分12 個月份系列，計算逐月最小徑流量，得到全年河道內生態需水量為5.86 億m3，各月生態需水量見表1。

2.2.3 頻率曲線法

選用河津站1980 年～2016 年修正后月年徑流量系列資料,用37 年月徑流量構建12 個月頻率曲線，采用P-Ⅲ型曲線進行配線，確定各月徑流量均值、CV、CS/CV，取95%頻率的值作為各月基本生態徑流量。計算得全年河道內生態需水量為6.70億m3，各月生態需水量成果見表1。

表1 河津站年內各月基本生態環境需水量計算成果表 單位：萬m3

2.3 汛期洪水棄水量（W 洪水棄水量）

汛期洪水棄水量是指在可預期的時期內，汛期不能被工程措施控制供河道外利用的下泄洪水量。

河津站有較完整可靠的天然徑流量和實測徑流量系列資料，且流域水資源開發利用程度相對較高，采用近16 a 中汛期最大的用水消耗量，作為控制汛期洪水下泄的水量Wm。汾河流域汛期一般出現在6 月～9 月，但絕大部分年份的6 月尚未出現大雨，該月的供水大部分為前一年汛末水庫的蓄水，因而分析計算汛期難于控制利用的洪水量應將6 月排除在外，按7 月～9 月統計分析汛期洪水量。

計算步驟如下：

（1）計算歷年汛期能夠控制利用的洪水量。

利用河津站2001 年～2016 年7 月～9 月天然徑流量減去實測徑流量得到歷年汛期流域用水消耗量，即現狀條件下的河道外歷年汛期能夠控制利用的洪水量。計算見表2。

（2）確定汛期各月最大能夠控制利用洪水量Wm。

在（1）計算的系列中選取最大值，分析其合理性后，參考可預見期內的流域需水量預測，以及可預見期內河道外控制利用本流域河川徑流量最大可能的流域工程總調控水量確定Wm為51398 萬m3。

表2 歷年河道外汛期（7 月～9 月）能夠控制利用的洪水量計算表 單位：萬m3

（3）多年平均汛期難于控制利用下泄洪水量W洪水棄水量計算。

根據（2）確定的Wm，用控制水文站長系列汛期7 月～9 月天然徑流量逐年減去Wm，即得歷年汛期難于控制利用下泄洪水量。若汛期天然徑流量小于或等于Wm，則下泄洪水量為0。再將計算的歷年汛期難于控制利用下泄洪水量系列求均值，即得多年平均汛期難于控制利用下泄洪水量。計算公式為：

式中：Wi為汛期7 月～9 月天然徑流量；Wm為汛期7 月～9 月最大能夠控制利用的洪水量；n 為統計年數。

計算得出河津站多年平均汛期難于控制利用的洪水量為17490 萬m3，見表3。

表3 河津站多年平均汛期難于控制利用的洪水量計算表單位：萬m3

（4）確定重復計算量（W重復量）

重復計算量是指汛期7 月～9 月生態環境需水量與洪水下泄量的重復計算部分。計算時比較河道內生態需水量與汛期難于控制利用下泄洪水量，兩者中較小者即為重復計算部分。

2.4 地表水可利用量（W 地表水資源可利用量）

用式（1） 計算河津站控制流域地表水可利用量介于9.44 億m3～13.3 億m3之間，對應基本生態需水量3 種計算方法，得到高、中、低3 種可利用量成果。可利用率等于可利用量除以多年平均天然徑流量，計算高、中、低三種可利用率成果分別是82.6%、63.7%、58.5%，見表4。

汾河流域地表水資源可利用量計算時，選用表4 中算得的河津控制斷面高、中、低三種可利用率成果作為整個流域地表水資源可利用率成果。

經計算，汾河流域1980 年～2016 年多年平均地表水資源量16.35 億m3，算得高、中、低三種方案可利用量分別為13.5 億m3、10.4 億m3、9.57 億m3。

表4 河津站控制流域地表水可利用量成果表 單位：萬m3

3 不同頻率地表水可利用量計算

本文在多年平均地表水資源可利用量分析計算的基礎上，計算不同頻率地表水資源可利用量，用以分析確定不同來水頻率情況下汾河流域可利用的水資源狀況。

對汾河地表水資源量1980 年～2016 年系列資料采用P-Ⅲ型曲線進行配線，確定多年均值為163508 萬m3、CV=0.3、CS/CV=4.8，計算不同頻率年徑流量，50%為15.2 億m3，75%為12.7 億m3，90%為11.3 億m3，95%為10.7 億m3。

汾河流域不同頻率地表水可利用量本文在計算時，多年平均和來水頻率P=50%情況選用上文算得低方案可利用率58.5%，來水頻率P=75%選用中方案可利用率63.7%，來水頻率P=90%和P=95%情況下選用高方案可利用率82.6%。算得汾河流域不同頻率來水情況下可利用量介于8.12 億m3～9.57 億m3，見表5。

表5 汾河流域不同頻率地表水可利用量計算表 單位：萬m3

4 結論

地表水資源可利用量作為流域地表水資源耗損量的控制性指標，在保障河道內基本生態環境用水要求的前提下，本文通過分析河津站1980 年～2016 年實測、天然徑流資料，計算汾河流域高、中、低三種方案地表水資源可利用量分別為13.5 億m3、10.4 億m3、9.57 億m3，可利用率分別是82.6%、63.7%、58.5%，不同頻率來水情況下可利用量介于8.12 億m3～9.57 億m3。本文計算成果可為汾河流域水資源規劃提供理論基礎，對加強汾河流域水資源管理工作有重要意義。