太湖流域浙西區出入水量平衡計算及誤差分析

周 旋，李小韻

（1.無錫市濱湖區水利局，江蘇 無錫 214000；2.無錫市河湖治理和水資源管理中心，江蘇 無錫 214000）

出入水量平衡調查分析是推進用水總量控制與水量合理分配等水資源優化配置的基礎工作之一。浙西區位于太湖流域上游， 是太湖流域本地水資源入太湖的主要地區， 在流域水資源配置中占有重要的地位。通過此次研究，掌握本地區出入水量的影響因素，為進一步研究太湖流域的水量平衡、加強流域水資源有效管理奠定了工作基礎。

1 概述

太湖流域位于長江三角洲南翼，北依長江，東臨東海，南濱錢塘江，西以天目山、茅山為界，流域面積為36895 km2［1］。根據河道水系分布、地形地貌、治理特點等，太湖流域被劃分為8 個水利分區。浙西區位于流域西南部，區內涉及湖州、德清、臨安、長興和安吉等市縣。區域東側以東苕溪導流堤線為界，北與湖西區相鄰，西、南以流域界為限，總面積為5931 km2，占太湖流域面積的16.08%［2］。 區域內主要包括苕溪水系和長興水系兩大水系。 苕溪水系處于浙江省北部， 有東苕溪、 西苕溪兩大源流， 東苕溪流域面積2306 km2，西苕溪流域面積2273 km2，東苕溪、西苕溪主流匯合于湖州市白雀塘橋，后經長兜港流入太湖。長興水系發源于長興西部山丘區，包含長興港、 楊家浦港、 合溪新港等多條河道， 流域面積1352 km2，經由長興流入太湖。

圖1 浙西區行政分區及巡測站點示意圖

2 資料與方法

浙西區水量平衡計算是通過研究影響區域水量平衡的要素，對各要素水量變化情況進行計算分析。主要要素為沿太湖口門出入水量，區域降水量、區域產水量、區域耗水量、沿東苕溪口門出入水量及區域大中型水庫蓄變量。各要素來源如下：

（1）沿太湖口門出入水量。自20 世紀70 年代起，環太湖周邊地區水利部門為掌握出入太湖水量，每年均組織開展水文巡測工作。 水文巡測是通過在入湖水量較大的河流上設置基點站，每日定時測驗1～2 次流量，其他較小河道考慮實時水情，不定時進行流量測驗。 利用基點站流量與巡測段總流量建立關系， 推求出入湖水量。 對于與基點站距離較遠的河道，無法在同一個巡測段內建立關系，則單獨設站測驗。浙西區沿湖設置2 個單站和1 個巡測段，包括楊家埠站、杭長橋站、長興（二）段。

（2）區域降水量。收集整理浙西區20 個雨量代表站逐日降水資料， 通過泰森多邊形法計算得到浙西區面降水量。

（3）區域產水量。根據歷年《湖州市水資源公報》《杭州市水資源公報》，估算得到浙西區產水系數，由區域降水量及產水系數計算得到區域產水量。

（4）區域耗水量。根據歷年《湖州市水資源公報》《杭州市水資源公報》及相關用水統計、典型調查資料，按用水戶分類和耗水率進行估算。

（5）沿東苕溪口門出入水量。為控制東苕溪洪水進入杭嘉湖平原，東苕溪口門已全面建閘控制，并布設13 處單一流量站。 為掌握東苕溪出入杭嘉湖平原水量，湖州市、杭州市水利部門每年均組織開展東苕溪沿線水文巡測工作，并對全年監測資料進行整編分析。

（6）區域大中型水庫蓄變量。根據歷年《湖州市水資源公報》《杭州市水資源公報》，收集整理區域內15 個大中型水庫年初、年末蓄水量，計算年末蓄水量與年初蓄水量之差，得出年內蓄水變化量。

圖2 浙西區水量平衡要素示意圖

根據浙西區水量平衡分析要素， 浙西區水量平衡計算公式如下：

式中WP為降水產流量；WI1為沿太湖口門入浙西區水量；WO1為沿太湖口門出浙西區水量；WI2為沿東苕溪口門入浙西區水量；WO2為沿東苕溪口門出浙西區水量；ΔV 為區域大中型水庫蓄變量；WC為區域耗水量；ΔE1為水量平衡計算的絕對誤差；ΔE2為水量平衡計算的相對誤差。

3 水量平衡計算和誤差分析

3.1 水量平衡計算

本文通過計算2010—2016 年浙西區各出入水量要素，分析了浙西區水量平衡情況，歷年水量平衡詳細情況如表1。

表1 浙西區2010—2016 年水量平衡計算情況

從表1 可看出，2010—2016 年浙西區沿太湖口門、沿東苕溪口門水量均以出浙西區為主。各要素中，東苕溪口門排水量所占比重最大。2010—2016 年浙西區水量平衡計算的絕對誤差在-1.76 億～7.26 億m3之間，相對誤差在1.16%～12.86%之間。對比各年份的計算結果，除2014、2015 年以外，其余年份平衡結果較好，相對誤差控制在10%以內，2014、2015 年相對誤差大于10%，但均未超過15%。

3.2 誤差分析

在水量平衡計算中， 計算結果誤差與各要素的計算方法及取值大小密切相關， 主要從以下幾個方面分析水量平衡計算的誤差來源。

3.2.1 測驗手段采用

參與水量平衡計算的各項要素中， 沿太湖口門出入水量和沿東苕溪口門出入水量所占比重較大，是影響水量平衡的關鍵因子。 沿太湖河道出入水量測驗主要采用駐測、巡測兩種方法相結合，即在巡測段主要河道上設基點站，每天測流1～2 次，其余站點采用巡測方法，每年巡測次數在20 次左右，利用基點站流量與巡測段巡測的總流量建立相關關系推算逐日流量［3］。沿東苕溪口門分為杭州段和湖州段，杭州段4 個堰閘根據水閘調度情況計算水量； 湖州段德清大閘、洛舍閘、鲇魚口閘、菁山閘全年逢雙日測流；吳沈門閘、新吳沈門閘、湖州船閘、城南閘、城西閘汛期每日測流，非汛期逢雙日測流。這些測驗手段雖然在很大程度上反映了沿太湖口門、 沿東苕溪口門出入水量，但與實際情況仍存在一定誤差。

3.2.2 區間徑流量計算

沿太湖口門出入湖水量根據沿太湖水文巡測資料計算， 但沿太湖巡測線路與太湖岸線并不是完全重合的。根據巡測站點位置信息，應用ArcGIS 軟件進行計算， 浙西區沿太湖巡測線路與太湖岸線之間存在約240 km2陸地。該區域與太湖之間的交換水量尚未掌握有效的計算方法， 在水量平衡計算中會造成一定誤差。

3.2.3 水利工程調度

東苕溪沿線13 個口門均已建閘控制，一般的洪水及平枯水期基本以人工調度的規律反映水量的出入情況。但各閘門調度原則不一致，部分閘門的啟閉情況無法完全掌握，且流量測驗和閘門的啟閉存在不同步現象。如不能實時掌握閘門啟閉狀態并及時加測流量，則所測流量將對水量平衡計算造成誤差。

3.2.4 其他因素

在利用雨量代表站計算區域降雨量時， 由于資料限制且各雨量站在實際運行中存在部分缺測情況，計算出的區域降雨量與實際情況存在一定誤差［4］。此外， 區域耗水量沒有實測資料， 主要在相關統計資料、典型調查資料的基礎上，按用戶分類和耗水率進行估算，與實際耗水情況存在一定誤差。

在上述各類影響因素中，區間徑流量、區域降水量、 耗水量等因素對不同年份的誤差影響相對一致。偶然性較大的因素主要是測驗手段和水利工程調度，巡測頻次、巡測時間、調度情況在不同年份可能存在較大差異，從而導致個別年份的誤差率較高。

4 誤差控制措施

根據水量平衡計算中出現誤差及對誤差來源的分析，提出以下幾點誤差控制措施：

（1）加強水文巡測工作的管理和建設。沿太湖口門出入水量、 沿東苕溪口門出入水量通過水文巡測的方法計算出入水量。 鑒于水文巡測方法無法完全控制出入水量，測驗結果與實際情況存在一定誤差。建議在條件許可情況下， 水文測驗工作要嚴格遵守水文巡測規范，盡量提高水文巡測的測次，加密巡測站點，提高巡測成果精度。另一方面引進先進的測流設備，運用現代化的測流方法，提高測流精度，減小誤差。

（2）調整水文巡測方案［5］。太湖流域是典型的平原河網地區，浙西區沿太湖巡測線距離太湖較遠，巡測線與太湖岸線之間約240 km2區域內河網水體與太湖之間的水量交換無法控制。 建議在條件許可情況下，將巡測線向太湖岸線方向遷移，以真正反映區域與太湖之間的交換水量。

（3）加快水資源監控系統建設。東苕溪沿線13個口門均已建閘控制，鑒于各閘門調度原則不一致，且流量測驗和閘門的啟閉存在不同步現象。 水行政主管部門應加快水資源監控系統建設， 及時掌握各閘門的啟閉信息， 把測驗工作同閘門的啟閉情況相結合，將偶然性誤差盡量降低，提高測驗精度，為水利工程的統一調度提供可靠依據。

5 結語

隨著太湖流域城市化進程日益加快及經濟社會飛速發展，水資源也日趨緊張。浙西區位于太湖流域上游，是太湖流域降水量最多的地區，是太湖流域本地水資源入太湖的主要地區， 在流域水資源配置中占有重要地位。因此，計算浙西區各水量要素并分析浙西區出入水量平衡情況是十分必要的。

針對水量平衡計算中出現誤差， 建議采取加強水文巡測工作的管理和建設；調整水文巡測方案；加快水資源監控系統建設等一系列誤差控制措施。