径流量计算成果合理性分析方法的初探.doc

径流量计算成果合理性分析方法的初探郭周亭（河南省水文水资源局，河南 郑州 450003）摘 要：天然径流量还原计算成果是区域水资源量评价的基础，其计算精度直接关系区域水资源量评价成果的质量。 本文就径流还原计算成果的合理性审查分析问题，结合个人工作经验，如何采用不同方法，通过多途径，从不同方面进行综合 分析，浅谈个人认识，以供参考。关键词：径流量；还原计算；耗损水量；审查分析中图分类号：P333.3文献标识码：A文章编号：1000-0852（2008）05-0071-05性分析所采用的常用方法，浅谈点滴，以供参考。1 概述由于受人类活动影响， 河道控制断面的实测水文资料已不 能反映流域天然下垫面条件下的产汇流状况。 为保证径流资料 系列具有一致性， 使河川径流计算成果能基本反映天然下垫面 条件下的产汇流状况（相对于某一产汇流条件而言），确保计算 成果的可靠性、合理性和代表性，便于采用数理统计方法进行水 文特征值计算， 同时作为评价区域地表水资源量的依据。 按照水资源评价导则要求，“应对受水利工程、用水消耗、分洪决口 影响而改变径流情势的测站，进行还原计算，将实测径流系列修 正为天然径流系列。 ”1在半湿润、 半干旱和干旱地区普遍采用水文站实测水量加 还原水量的计算方法，还原计算水量平衡基本方程式2为：W 天然=W 实测+W 农灌+W 工业+W 生活+W 库蓄+W 库漏+W 引水+W 分洪+W 其它（1） 式中：W 天然 为还原后的天然水量；W 实测为水文站实测水量；W 农灌 为灌溉耗损水量 （ 或者用水量）；W 工业为工业耗水量（ 或 者 用 水 量）；W 生活为生活耗水量（或者用水量）；W 库蓄为计算时段始末水 库蓄水变量（增加为正、减少为负）；W 库漏为水库渗漏水量（数量 一般不大， 对下游站来讲仍可回到断面上 ， 可以不计 ）；W 引水 为 跨流域引水增加或减少的测站控制的水量 （引出为正， 引入为 负）；W 分洪为河道分洪水量 （ 分出为正， 分入为负）；W 其它为流域 内其它还原水量。采用实测水量加还原水量的天然径流计算方法， 需要进行 大量还原水量调查和资料收集工作。 为保证径流计算成果的精 度， 首先应对所采用的水量调查资料进行细致的合理性审查分 析， 同时还要通过多种途径对径流计算成果的合理性进行审查 分析，才能避免出现大的问题。结合本人多年径流量计算的工作 实践及在我省水资源调查评价工作中， 对径流还原成果的合理2径流量计算成果合理性分析水文站天然径流还原计算成果的合理性审查，可以通过不 同途径、不同环节，采取不同方法，如：单项还原水量平衡分析， 定额、 系数区域分布趋势分析 ， 径流量计算成果分 布 规 律 及 降 水径流、上下游相关分析等。径流还原水量一般包括流域内的利用耗损水量、工程影响 水量、分洪决口水量和跨流域调水量等还原项。 其中利用耗损 水量还原项较普遍 ， 它包括农业灌溉耗损量 、 工业用水和城镇 生活用水的耗损量等；工程影响水量主要指水库、闸坝的蓄、引 水量及渗漏水量等。2.1 单项还原水量分析还原水量与水文站以上流域内的工业、农业等社会经济发 展状况密切相关，与降水的丰枯有一定的联系。 单项还原水量 成果合理性分析主要有：用水指标分析，区域分布规律分析，取 水、用水、耗水、退水平衡分析，用水时序变化趋势分析。2.1.1 农业灌溉耗损量分析农业灌溉还原水量系列资料的合理性主要从三方面进行 分析：（1）农业灌溉耗损量占天然年径流的百分数应与当地农业 发展情况相吻合，应基本体现国家对农田水利发展政策调整的 实际。 农业灌溉用水量随不同时期灌区配套工程的完善和灌溉 面积的增加，总体而言应呈上升变化趋势。（2） 农业灌溉耗损量时序变化与当地干旱指数 ， 降 水 量 的 时序变化具有一定的相关性。 应通过与降水量系列的丰枯变化 对比， 分析灌溉用水量的大小与年降水量丰枯是 否 协 调 ， 应 特 别注意灌溉用水量不仅与年降水量丰枯有关，还与降水量的年 内分配有关。收稿日期：20071010作者简介：郭周亭（1956-），男，河南郑州人，高级工程师，从事水文水资源分析研究工作。负相关关系，见图 1。 地表径流匮乏的干旱地区，受区域地表产流条件制约，灌溉还原水量最大值可能出现平水年或偏丰年份，降水量与灌溉还原水量则可能为正相关关系。 同时应特别注意 枯水年份灌溉还原水量要与河道来水量协调，与工程蓄水量、供 水量基本吻合。4 0003 5003 0002 5002 0001 5001 000500005001 0001 5002 0002 500（1）首先查明城市供水系统的地表水源与地下水源的供量或供水比例。 逐年收集、统计城市的用水量（地表水源）与 表水工程的供水量资料。（2） 分析城市工业、 生活用水量变化随社会经济发展和 市人口增加的变化过程。 城市工业、生活用水还原量的变化 势一般呈递增势态， 其还原水量分析应同时结合流域产水、 程蓄供水能力和蓄水量的实际情况。（3） 城市工业、 生活还原水量的变化幅度一般应保持基 稳定的增加势态，不能出现忽大、忽小的锯齿状分布我省淮河流域淮河水系潢河支流的潢川水文站，流域集图 1 南湾站农业灌溉还原水量与降水量相关分析图我省主要河流控制站农业灌溉耗损量不同年代变化趋势见图 2。 从图 2 可以看出，20 世纪 6070 年代农业耗水量呈递增 趋势，进入 80 年代则有所减少，与全省农业发展情况基本相符； 另一方面， 逐年农业灌溉耗损量与流域的降水时序变化具有一 定的相关性，丰水年、平水年降水比较大，农业灌溉耗损量相对 较小，枯水年农业灌溉耗损量相应较大，特枯水年受来水不足影 响，农业灌溉耗损量又相对较小。面积 2 050 km2，大部分为山地和丘陵区。 流域内有新县、光山潢川 3 个县城，据调查县城工业和生活用水量的 80%采用地水源。 本次我省水资源评价，潢川水文站的天然径流计算采 实测加单项调查水量的还原计算法 ， 其中工业、 生 活 还 原 水采用调查水量和定额分析综合得来， 该站 19802000 年工业生活还原水量变化情况见图 3。图 2 主要控制站农业灌溉耗损量不同年代变化趋势分析图我 省 19562000 年多年平均农业 灌溉还原耗损量占天然 径流量的比例一般在 20%以内，南部农业耗水量所占比例小于 北部地区， 西部山丘区小于东部平原区。 北部平原区因引黄灌 溉， 所以计算代表站的农业灌溉还原耗损量占天然径流量的比 例较大，最高超过 50%。 我省主要河流水文站农业耗损还原量 占天然径流量的比值见表 13。2.1.2 工业、城市生活耗损量分析当流域内有地表水工程向城市供水时，应对城市工业、城市 生活用水量的合理性进行认真审查分析。图 3 潢川站工业生活还原水量合理性分析图2.1.3 工程引水及分洪决口水量平衡分析跨流域或河流上下游的引水量，应着重从以下两个方面 1 0008006004002000Eif 19801985199019952000 )m 河名站名天然径流量(万 m3)农业耗水量(万 m3)占天然径流比(%)淇河新村41 83710 17324.3卫河元村163 23985 49152.4马颊河南乐3 3161 16135.0伊河龙门105 1149 5809.1洛河白马寺192 80512 2516.4洛河黑石关313 15426 8818.6淮河淮滨622 17972 27911.6史河蒋集176 76321 35212.1洪河班台275 90911 7074.2沙河昭平台55 5421 0261.8颍河周口380 31262 11816.3沱河永城15 5513 03019.5白河新甸铺245 44013 5245.5唐河郭滩163 8017 8964.8郭周亭：径流量计算成果合理性分析方法的初探73第5期行综合平衡分析：（1）跨流域调水及河流水系之间、河流上下游的引出水量 与受水区的引入水量应协调平衡 （根据输水距离和输水工程 情况，适当考虑输水损失）。 最好备有区域工程或水文站网分 布图，在图上标出调水区、受水区和引水工程位置，并逐年、逐 月统计引出、引入水量，分析调水区的引出水量与受水区引入 水量是否对应一致。当受水区还原量为全部引入水量时， 还应计算还原其引 入水量的耗损水量；当受水区仅计算还原其退水量时（退入河 道内的部分引水量），可由退入水量反推渠首引水量，并进一 步与工程引水量资料对比分析是否对应一致。（2） 当采用定额法估算区域用水量或采用调查收据的用 水量资料时，首先应分析用水定额是否合理。同时分析区域的 用水量与蓄水、引水工程的供水量是否基本协调一致。2.2 系数、定额分析2.2.1 耗、退水系数分析第一次全国水资源调查评价定义的耗水系数是指用水过 程中的净消耗量（农业灌溉时作物和陆面蒸散发、工业生产过 程中蒸发量和被产品带走水量、生活用水消耗量和蒸发量）占 总用水量（取水量）的比值；反之为退水系数。这次全国水资源综合规划充分考虑到近期水资源条件的 变化，所定义耗水系数的含义与第一次评价有所不同。以示区 别，本次采用耗损系数表示用水损失量占取水总量的比值，其 用水损失量包括用水过程中的消耗量和其它损失量 （地下水 入渗量）；而退水量为通过明渠或地下径流实际排入河道的水 量。（1）耗水、退水系数的区域分布分析。在流域内、水系之间 或河流的上下游之间所采用的农业灌溉、工业、城市生活用水 的耗水系数应保持协调，分布合理。 不同流域、不同地区采用 的耗损系数差异较大，一般情况下，半湿润地区小于半干旱、 干旱地区；山区河流小于平原河流；河流的上游小于下游。 退 水系数反之亦然。本次我省水资源综合规划成果汇总情况看： 引水灌区的 农业灌溉还原水量计算，一般采用工程供水资料（或渠首引水 资料），多年平均耗损系数采用 0.330.70。 基本分布趋势呈现 南部半湿润地区小于北部半干旱地区，山区小于平原地区，河 流上游小于下游地区。 我省北部的海河流域采用 0.500.70， 山区河流为 0.50 左右，平原河流为 0.70 左右；中北部的黄河 流域采用 0.500.65，南岸山区河流一般为 0.50 左右，伊洛河 下游河谷平原及北岸平原河流多采用 0.65 左右；中南部的淮 河流域为 0.450.70， 淮河干流水系采用 0.45， 沙 颍 河 及 以 北 河流为 0.600.70（ 上游山区为 0.60， 下 游 平 原 为 0.70）； 西 南 部的长江流域为 0.330.60， 山区河流为 0.33， 向 平 原 河 流 则 逐渐增大至 0.60。凡是流域内有城市工业、生活利用地表水源时，其工业耗水系数采用 0.200.30，生活耗水系数全部采用 0.20。（2）耗损系数的系列变化趋势分析。 农业灌溉耗损系数的取值随年降水量的丰枯不同应有所变化。 丰水年气候湿润，灌溉耗 损水量少，系数可适当调小；枯水年则可适当增大。随着区域水资源开发利用程度提高也会加大灌溉耗损水量， 地下水埋深增大以后，灌溉入渗水量的基流形式排泄量也随之减 少； 当地下水位低于河底高程时 ， 灌溉退水量不可能再以基 流 形 式排入河道， 即不再产生灌溉退水量 （ 当不存在明渠退水时 ）， 灌 溉引水量全部消耗。 所以，在近期下垫面条件下，平原区灌溉耗损 系数最大可取 1.0。随着工业用水重复利用率的提高，耗损系数也逐渐增大。 通过分析，工业和农业灌溉耗损系数呈逐渐增大的变化趋势。 我省 第一次水资源调查评价时，多年平均农业灌溉耗水系数一般采用0.300.50。 本次水资源综合规划，考虑近期下垫面条件已发生了 较大变化， 所以多年平均农业灌溉耗损系数多采用 0.450.70，地 下水埋深较大的平原区农业灌溉耗损系数取 1.0。 同时，考虑不同 丰枯年地下水埋深差异较大，不同的丰枯年份农业灌溉耗损系数 取值也有所变化。2.2.2 用水定额分析（1）用水定额分析。 流域内、河流上下游所采用的农业灌溉、 工业、 城市生活用水净定额应保持基本协调一致 ， 不能出现 大 的 矛盾。 用水定额分析应考虑到以下问题：同类作物采用相同的灌 水方式时， 其农业灌溉净定额应基本一致 ； 工业同行业的用 水 定 额可以依据生产规模的不同有所差异。当采用渠道引用水量资料或水利年鉴刊布的用水量成果时， 应通过实灌面积、产值、人口等指标反推其用水定额，分析其用水 资料的合理性， 如存在明显不合理情况 ， 应适当修正和调整 其 还 原水量。（2）用水定额取值变化。 分析农业灌溉用水定额取值与年 降水量的丰枯是否相吻合。 一般情况下，丰水年农业灌溉用水定 额应小于偏枯年份。 本次我省水资源综合规划的径流还原计算， 农业灌溉综合净定额一般取值范围 ： 水稻田灌溉净定额 ， 沙 颍 河 以南采用 250400 m3/亩， 沙颍河以北地区多采用 400550 m3/亩； 丰水年，灌溉净定额采用 250m3/亩，平水年采用 300400m3/亩，枯 水年 400550m3/亩。 旱作物灌溉净定额， 沙颍河以南采用 150250 m3/亩，沙颍河以北地区多采用 180350 m3/亩；丰水年，灌溉净定 额 采 用 150180m3/亩 ， 平 水 年 采 用 200250m3/亩 ， 枯 水 年 采 用260350m3/亩。 工业、生活用水量采用定额法计算时，工业用水 定额应随生产技术 、 工艺水平的提高呈递减趋势 ， 城市生活 用 水 定额应随生活水平的提高呈递增趋势。本次我省水资源综合规划的径流还原计算，万元产值取水定 额为 15050 m3，从 1980 年的 150m3/万元产值逐步降至 50m3/万元 产值；城市生活用水定额取 100165 L/d， 由 1980 年的 100 L/d 逐 步增至 165 L/d。2.3 还原计算成果综合分析2.3.1 年降水径流相关分析降水径流关系分析是检查天然年径流合理性的重 要 尺 度 ，流关系线的点据与相关线配合程度及有无系统偏离现象进行全面检查，以保证径流成果的合理性。降水量（mm）分配协调一致性。 一般情况下，降水量与径流量的年内分配有同步特性；但对于流域形状系数较大或集水面积较大的控 性测站，当暴雨集中在月末时，且暴雨中心出现在流域上游， 往会发生径流滞后于降水的时空分配形态。2 400（3） 径流深等值线量算水量与控制站计算水量对照分析2 000利用等值线图上量算的多年平均径流量与各主要控制站计 的年径流量进行对照分析 。 相对误差应控制在一定范围之 （技术细则规定为5%），当相对误差超过5%时，应分别进行 值线和主要控制站水量的合理性分析，并对等值线或单站径 还原计算成果进行修正完善，保证基本符合误差要求。2.3.2 年径流区域分布规律分析根据年径流分布具有山区大于平原，河流上游大于下游，1 6001 2008004001003005007009001 1001 300润地区大于干旱地区的一般性区域分布规律。 按水系自上而下1956197919802000径流深（mm）分别将年降水量、径流量、径流深和径流系数列表对照，并逐点绘降水径流关系，分析其自上游至下游径流深、径流系数的 化趋势，是否符合降水量和下垫面条件的实际变化情况。我们采用的方法是 ： 按河流上游至下游水文站顺序 ， 将 径流深、 径流系数计算成果逐年列表 ， 并绘制径流 深 或 径 流数过程线图，详见表 2 和图 5。 然后进行系统的对照，逐年分图 4 淮河流域南湾站年降雨径流关系图（1）分析降水径流关系线与点据的配合程度。 影响降水径流相关线点据偏离的主要因素有：降水量的年内分配、还原水 量计算精度。 一般情况下，降水较集中的年份径流量偏大，降水 较均匀时年径流偏小。 若发生大强度、短历时的降水量，所引起 点据的偏离属于正常现象； 否则要分项检查还原水量是否存在 不合理问题。若因还原水量计算精度而导致的点据偏离时，应查 明原因后进行修正处理。径流深或径流系数分布是否与我省年径流具有南部大于北部西部山区大于东部平原，河流上游大于下游的区域分布规律吻合。 一旦发现异常及不符合区域分布规律的情况，再通过表2 河南省淮河流域淮河水系径流系数对照表年份大坡岭大长区间南湾竹竿铺息南长竹 区间新县泼河潢新泼区间淮息潢区间19800.420.300.450.670.380.600.590.520.2219810.320.230.310.340.220.220.220.230.1419820.480.350.540.580.480.490.540.560.3419830.440.270.420.650.340.570.520.500.2819840.450.330.370.360.380.290.380.340.2619850.300.300.350.550.250.450.520.450.2019860.130.110.230.540.110.560.490.370.1219870.430.340.480.720.490.650.560.550.3219880.270.230.250.400.220.310.300.270.1319890.470.330.350.480.400.410.480.430.1619900.330.240.310.450.310.380.480.430.1519910.480.310.430.570.560.640.660.520.3719920.170.170.260.260.180.230.310.210.1319930.220.220.310.410.230.430.490.410.1319940.180.180.250.350.150.310.360.230.1419950.260.230.300.390.240.380.310.340.2319960.410.300.510.610.490.490.560.500.3319970.290.220.300.330.260.270.310.310.2019980.530.300.540.560.540.440.550.570.3019990.210.140.170.200.100.220.340.420.0820000.500.310.470.460.480.320.460.400.35郭周亭：径流量计算成果合理性分析方法的初探75第5期析，进而检验上游各站天然径流还原计算成果的精度、合理性。我省主要河流控制代表站还原水量占天然径流量一般在 20% 以 内 ， 见 表 34 ， 总体来说还原计算 成 果 精 度 较 高 。但 是 ，局部区域因跨流域或跨水系调水 ， 还原水量占天然径流量的 2030%， 平原地区小面积河流的外调水量甚至大于当地产流 量，所以占天然径流量的比例则更大。表3 河南省主要控制站总还原水量分析表南湾息南长竹区间淮息潢区间图 5 淮河干流径流系数对比分析图流深等值线与降水量等值线对比， 分析高、 低值区分布是否对 应，降水量的年内分配是否较集中（即分析有无可能出现影响径 流深异常分布的降水因素）。 否则，再次对径流还原计算成果进 行逐项核实，查明原因后再行修改。通过上述多种途径、反复进行合理性审查分析和修正工作， 尽可能消除径流还原计算中所存在的问题， 以保证多数年份的 降水量与径流深或径流系数之间，以及河流上下游，相邻流域之 间的分布趋势相协调，符合区域下垫面变化情况。2.3.3 控制站合成水量分析河流下游控制站的天然径流量由上游各水文站及区间计算 成果叠加而来， 可能出现水量重复还原或计算误差累计等问题， 导致控制站合成水量不合理或精度差的情况。 所以，可以通过对 控制站合成水量的合理性分析审查，进一步映证上游各站还原水 量的精度和可靠性。 对控制站合成水量可以采取下列分析方法：（1）重点审查水系之间、河流上下游的引出、引入水量是否 平衡一致。 尤其同一河流出现上引、下用水量时，应重点审查还 原水量的平衡协调， 上游工程引出水量应与下游分河段的用耗 水量、退水量协调一致。（2）分析控制站分项还原水量合成值的合理性。按照上述单 站成果的分析审查思路与方法，逐一分析控制站分项还原水量的 合理性；分析控制站天然径流量计算成果与降水量的关系点据的 分布情况，及天然径流量月分配与面降水量月分配是否协调。（3）上游站、区间成果与下游控制站水量平衡分析。 利用下 游控制站、 上游站的天然径流量计算成果， 反算区间天然径流 量，再与原计算的区间天然径流量比较，检查控制站水量合成过 程中是否出现计算错误。（4）通过主要控制代表站还原水量占天然径流量的百分比分How to Make Rationality Analysis3结语水文站天然径流量计算成果是区域水资源量评价的基础， 其计算精度直接关系区域水资源量评价成果的质量，所以单站 径流还原计算成果的合理性审查在水资源量调查评价工作中 至关重要。 天然径流还原计算成果的合理性审查，可以通过多 途径，采用不同方法，从不同侧面进行垂向或横向的综合分析， 也可以通过直接或间接的渠道进行分析检验其合理性。综观上述多途径的审查分析方法，其中最重要的是我们对 河流的水系特征、工程布局和供水、用水情况的了解程度。 只有 在平时工作中， 多深入基层测站做调查工作 ， 掌握 流 域 内 基 本 情况， 积累丰富的实践经验 ， 才是做好径流还原计 算 成 果 合 理 性审查分析工作的关键。参考文献：1 SL238-1999， 水资源评价导则S.2 水利部水利水电规划设计总院. 全