水利工程論文-黑龍江省水庫站徑流還原計算方法及有關問題的探討.doc

水利工程論文-黑龍江省水庫站徑流還原計算方法及有關問題的探討摘要：針對黑龍江省人類活動對河川徑流的影響，系統(tǒng)地論述水庫站月徑流量的還原計算方法。并就稻田攔蓄水量、地下水開采對河流水文效應產(chǎn)生的影響及徑流還原計算方法進行探討。關鍵詞：水庫站徑流量耗水量還原計算我省現(xiàn)有水庫站12處。這些站的建立，為彌補基本站網(wǎng)定位觀測的不足，擴大資料收集范圍，增強資料的完整性均發(fā)揮了重要作用。但由于這些站所測得徑流資料受水利工程影響，在數(shù)量和時程分配上均不能代表河流的天然狀況，因此在應用這些資料進行水資源評價和工程設計時，必須將測驗斷面的實測徑流還原為天然河川徑流量。本文針對我省水利工程和水庫站的特點，對水庫站月徑流量的還原計算方法進行全面論述，并就徑流量負值處理、稻田攔蓄水量問題、地下水開采對河川徑流影響等進行了探討。1水庫站河川徑流還原計算公式河川徑流還原計算的方法很多。主要有分項還原法、模型法、經(jīng)驗公式法、徑流雙累積法和流域蒸發(fā)差值法。而進行月徑流還原計算時，通常采用分項還原法。分項還原法是根據(jù)水量平衡原理建立水平衡公式，通過計算水利工程引起的增減水量推求測驗斷面的天然河川徑流量。計算公式如下：W天然=W出庫+W農(nóng)耗+W工耗W庫蓄+W滲漏+W庫蒸（1）式中：W天然還原后的天然河川月徑流量；W出庫出庫實測月徑流量；W農(nóng)耗農(nóng)田灌溉月耗水量；W工耗工業(yè)用水月耗水量；W庫蓄水庫月蓄水變量；W滲漏水庫月滲漏損失量；W庫蒸水庫增加的月水面蒸發(fā)損失量。2分項水量還原計算2.1農(nóng)田灌溉耗水量農(nóng)田灌溉耗水量是指農(nóng)田灌溉引水過程中，因蒸發(fā)消耗和滲漏損失掉而不能回歸到河流的水量，為渠首引水量與回歸入河水量之差。在計算農(nóng)田灌溉耗水量之前，須首先弄清區(qū)域用水水源、用水區(qū)域和回歸水之間的關系和相對位置，來判別應還原的水量。如果灌區(qū)引水口在測驗斷面上游，而灌區(qū)在測驗斷面下游時，則灌溉耗水量即為渠首引水量。如灌區(qū)引水口和灌區(qū)均在測驗斷面上游時，則灌溉耗水量應等于渠首引水量減去綜合回歸水量，即：（2）式中：W引水渠首引水量；W綜回農(nóng)田灌溉水綜合回歸水量，包括田渠下滲回歸水量和田渠棄水量；W凈灌農(nóng)田灌溉凈用水量（W凈灌=m凈定*F實灌）；W田回田間下滲回歸水量；m凈定農(nóng)田灌溉凈定額；F實灌實際灌溉面積；E渠蒸渠系引水、輸水過程中增加的蒸發(fā)損失量。由于W田回和E渠蒸可相互抵消一部分，因此灌溉耗水量計算可簡化為下式：W農(nóng)耗=m凈定*F實灌（3）2.1.1水稻凈灌溉定額的確定我省農(nóng)田灌溉以水田為主，水田灌溉耗水量占農(nóng)田灌溉耗水量總量的80%以上，因此合理確定水田灌溉用水定額，是準確計算農(nóng)田耗水量的關鍵。根據(jù)水量平衡原理：m凈定=m泡田+E需水+m滲漏-P有效（4）式中：m泡田泡田期用水量；E需水水稻全生育期需水量；m滲漏水稻全生育期田間滲漏量；P有效水稻生長期有效降水量（P有效=P降雨*有效）P降雨灌溉期降水量；有效降雨有效利用系數(shù)。上式中，m泡田主要和土壤前期含水量和土地平整程度有關，m滲漏主要取決于土壤的滲透條件，E需水受當?shù)貧夂蚯闆r影響，P有效主要受降水量的大小和時程分配制約。在地形地貌、氣溫、滲透條件相近的同一地區(qū)，影響m泡田，m滲漏，E需水大小的因素相對穩(wěn)定，此時，同一地區(qū)的m凈定將主要取決于降水量的大小及其時程分配。根據(jù)上述分析，省水科院將全省劃分為東、西兩大平原和南、北兩大山地四個農(nóng)田灌溉分區(qū)，并根據(jù)全省28個水田灌溉實驗站資料，給出了不同分區(qū)P=75%的水田凈灌溉定額。本文在此基礎上，通過計算機回歸分析確定出如下計算水田凈灌溉定額的經(jīng)驗公式：區(qū)：m凈定=286.6Pi2+302.1Pi+361.6（5）區(qū)：m凈定=248.5Pi2+303.1Pi+314.6（6）區(qū)及區(qū)：m凈定=243.3Pi2+291.9Pi+290.8（7）式中：m凈定不同降水頻率下的水田凈灌溉定額；Pi年降水量頻率。2.1.2水田灌溉月耗水量的計算首先求出水田所在農(nóng)業(yè)分區(qū)的逐年面降水量，然后經(jīng)頻率分析確定還原年份的年降水量頻率，代入式（5）（7）得年耗水量，再乘以水田灌溉水量月分配系數(shù)即為月耗水量。水田灌溉水量月分配系數(shù)如表1。表1黑龍江省水稻灌溉水量月分配系數(shù)表月份分區(qū)567890.3610.1890.2090.1500.0920.3550.2050.2270.1510.0620.3530.1880.2080.1730.0780.4120.1610.1830.1630.0822.2工業(yè)用水耗水量2.2.1工業(yè)用水耗水量的確定方法工業(yè)用水耗水量為工業(yè)用水取水量與工業(yè)廢水入河排放量之差。其值包括兩部分：一是用水戶在生產(chǎn)過程中被產(chǎn)品帶走、蒸發(fā)和滲漏掉的水量，稱為用水消耗量；二是工業(yè)廢水在排放過程中因滲漏和蒸發(fā)而耗損的水量，稱為排水消耗量。以上各項水量的水平衡關系為：W工耗（8）式中：W工耗工業(yè)用水耗水量；W取水工業(yè)用水取水量；W河排工業(yè)廢水入河排放量；W用耗用水消耗量；W排耗排水消耗量。我省工業(yè)廢水一般無入河排放量觀測資料，且工業(yè)廢水、生活污水和雨洪徑流往往在城市排污口中混雜排放，很難區(qū)分，因此工業(yè)廢水入河排放量資料很難直接獲得。為解決這一問題，筆者根據(jù)用水指標的定義和各項水量之間的水平衡關系，提出如下入河排放量的計算方法：W排放=W取水*1-0*（1-i）/（1-0）（9）W河排=W排放*（1-）（10）將式（9）、（10）代入式（8），并經(jīng)整理得：W工耗=W取水*1-（1-0*（1-i）/（1-0）*（1-）（11）式中：W排放用水戶廠區(qū)工業(yè)廢水排放量0調(diào)查起始年用水消耗率（0=W用耗/W取水）；0、i調(diào)查起始年、還原年的工業(yè)用水重復利用率；工業(yè)廢水在入河過程中的滲漏、蒸發(fā)損失率（=W排耗/W排放），明渠輸水取0.200.30，管道輸水取0.150.25。2.2.2工業(yè)用水月耗水量的計算將調(diào)查起始年的0、0及還原計算年份的i、帶入式（11），求出工業(yè)用水年耗水量再平均分配到年內(nèi)各月，即可求出工業(yè)用水月耗水量。2.3水庫滲漏損失量水庫滲漏量分為壩基滲漏、庫底滲漏和庫岸側(cè)滲三部分。在壩基滲漏較大的水庫上，可利用壩下反濾溝實測流量資料推算水庫滲漏量。如果沒有實測流量資料，可采用以下方法進行計算：W滲漏=W入庫+W降雨W蓄變-W出庫-W庫蒸（12）式中：W入庫入庫站實測月徑流量；W降雨庫區(qū)水面月降雨量；W蓄變水庫月蓄水變量。在缺乏實測入庫徑流量的水庫上，可選用封凍期入庫流量為零或入庫流量接近零的月份推算月滲漏水量。在河流封凍期W降雨為零，由于枯水月份W入庫和W庫蒸均很小，且可互相抵消一部分，因此式（12）可進一步簡化為：W滲漏=W蓄變-W出庫（13）應用式（13）計算水庫月滲漏量，并與水庫月平均水位點繪相關曲線，再以月平均水位在關系上查讀月滲漏水量。2.4水庫增加的水面蒸發(fā)損失量水庫蓄水以后，庫區(qū)由陸地蒸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)樗嬲舭l(fā)，其月凈增的水面蒸發(fā)損失量為：W庫蒸=（1-E陸年/E601年）*E601月*A月（14）式中：E陸年庫區(qū)年陸地蒸發(fā)量；E601年庫區(qū)年E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量；E601月庫區(qū)月E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量；A月庫區(qū)月平均水面面積。2.4.1E陸年的計算我省無陸面蒸發(fā)量實驗資料。以往計算E陸年時，一般采用年降水量與年徑流深之差（P-R）代替。其中年徑流深（R）往往借用相鄰地區(qū)資料，或以實測出庫水量和水庫蓄水變量代數(shù)和近似代替。由于以P-R代替E陸年是以忽略區(qū)域年蓄水量為前提的，方法本身不符合水平衡原理，加之R值多為近似值，因此用上述方法計算的E陸年會產(chǎn)生較大的誤差。我省在第一次水資源評價時曾提出利用水熱平衡法計算多年平均陸面蒸發(fā)量的方法，可應用這一方法計算E陸年。（1）山丘區(qū)E陸年的計算E陸年=P降雨*10-a+0.1553/LP（15）2）平原區(qū)E陸年的計算E陸年=P降雨*（-0.246+0.642/LP）（16）表2山丘區(qū)a取值條件表流域平均高程(m)a2003000.3543004500.4044507500.4277500.475以上公式中：P降雨庫區(qū)年降水量；太陽輻射平衡值；L蒸發(fā)潛熱；a隨流域平均高程變化的系數(shù)，取值條件如表2。2.4.2水庫月蒸發(fā)損失量的計算利用式（15）、（16）求出E陸年后，再將其同E601年、E601月、A月一并代入式（14）即可求出水庫月蒸發(fā)損失量。3徑流還原計算中有關問題的探討3.1稻田攔蓄水量問題3.1.1稻田攔蓄水量還原計算的必要性稻田攔蓄水量是指稻田攔蓄利用產(chǎn)流降雨而引起河川徑流減少的水量。目前，對于是否進行該水量還原計算，專家和學者一直持兩種不同態(tài)度：一種觀點認為，稻田攔蓄水量應歸于下墊面條件變化對河川徑流的影響，本著向后還原的原則，不進行該水量的還原計算；另一種觀點則認為，稻田用水屬于水利工程的延續(xù)，稻田攔蓄的水量就是產(chǎn)流降雨，稻田對降水的攔蓄利用，使河川徑流在數(shù)量和時程上均發(fā)生顯著變化，因此應進行該水量的還原計算。