径流系列还原计算方法

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：集水面积较大时，可根据人类活动影响的地区差异分区调查计算。显然，相应的还原水量即为计算的天然径流量与实测径流量的差值。

随着各类水利水电工程的兴建、水土保持措施的逐步实施以及分洪、溃口等情况发生，使径流及其过程发生明显变化，改变了径流系列的一致性，应对受影响的部分还原到天然状况。还原水量包括工农业及生活耗水量、蓄水工程的蓄变量、分洪溃口水量、跨流域引水量及水土保持措施影响水量等项目，逐年、逐月（旬）进行。当逐年还原所需资料不足时，可按人类活动措施的不同发展时期采用丰、平、枯水典型年进行还原估算。逐月（旬）还原所需资料不足时，可分主要用水期和非主要用水期进行还原估算。

径流还原计算一般采用分项调查法，也可采用降雨径流模式法、蒸发差值法等方法。集水面积较大时，可根据人类活动影响的地区差异分区调查计算。

2.5.1.1　分项调查法

分项调查法是以水量平衡为基础。当社会调查资料比较充分，各项人类活动措施和指标比较落实，可获得较满意的结果。一般根据各项措施对径流的影响程度采用逐项还原或对其中的主要影响项目进行还原。

一般情况下，工农业用水中农业灌溉是还原计算的主要项目，应详细计算，工业用水量可通过工矿企业的产量、产值及单产耗水量调查分析而得。蓄水工程的蓄变量可按水位和容积曲线推求。跨流域引出水量为直接还原水量，跨流域引入水量只计算其回归水量。水土保持措施对径流的影响可根据资料条件分析计算。径流还原计算分项调查法采用的水量平衡方程式为：

式中：W天然为还原后的天然径流量；W实测为实测径流量；W农业为农业灌溉净耗水量；W工业为工业净耗水量；W生活为生活净耗水量；W调蓄为蓄水工程的蓄水变量（增加为“＋”，减少为“－”）；W水保为水土保持措施对径流的影响水量；W蒸发为水面蒸发增损量；W引水为跨流域引水量（引出为“＋”，引入为“－”）；W分洪为河道分洪水量（分出为“＋”，分入为“－”）；W渗漏为水库渗漏水量；W其他为包括城市化、地下水开发等对径流的影响水量。

（1）农业灌溉净耗水量。当具有实测或调查的渠首引水总量资料时，农业灌溉净耗水量可由式（2.16）计算：

式中：W农为农业灌溉净耗水量，万m3；W毛为灌溉渠首引水总量，万m3；φ1为灌溉回归系数，即灌区地表废泄损失水量、渗漏量之和与渠首引水总量之比值。灌溉回归系数有别于灌区回归系数，灌区回归系数的数值要比灌溉回归系数大。当仅有灌区回归系数时，应作适当折扣，换算成灌溉回归系数，再用式（2.16）计算。

有灌溉定额和实灌面积资料时，用式（2.17）计算：

式中：M为田间综合净灌定额，m3／亩·a；A为实灌面积，亩；φ2为田间回归系数，为田间下渗回归水量同引入田间净灌溉水量之比。

（2）工业及生活净耗水量。当有引排水资料时，工业及生活净耗水量用式（2.18）计算：

式中：W工为工业和生活净耗水量，万m3；W0为工业和生活引用的地表水量，万m3；φ3为工业和生活用水回归系数。

当有用水定额、工业产值、人口等有关统计资料时，用式（2.19）计算：

式中：m为工业用水定额，［m3／（万元·a）］、火电用水定额，［m3／（万kW·a）］或生活用水定额，［m3／（人·d）］；D为工业产值，万元、火电开机，万kW或人口数，万人；ξ为工业用水重复利用系数，生活用水取零；k为单位换算系数。

（3）蓄水工程的蓄水变量。蓄水工程的蓄水变量对于有实测资料的大中型水库，按计算时段始末的蓄水量确定还原水量：

式中：W蓄为蓄水工程的蓄水变量，万m3；V末为时段末水库蓄变量，万m3；V初为时段初水库蓄变量，万m3。

对于没有实测资料的中小型水库，可以分区采用部分水库的实测资料，建立降水量P与相对蓄水变量ΔV／V的关系。根据本地蓄水、用水规律，求得时段蓄水变量ΔV，再用兴利库容V除之，然后与时段内降水总量P建立相关关系。应用此相关线，便可根据时段雨量和兴利库容查得蓄水变量。

（4）水面蒸发增损量。由于流域内水面增加而增加的耗水量用式（2.21）计算：

式中：W蒸为水面面积增大增加的耗水量，万m3；E水为水面蒸发皿蒸发量，mm；α为水面蒸发折算系数；E陆为陆面蒸发量，mm；A水为增加的水面面积，km2。

（5）跨流域引水量。跨流域引水，系指设计站控制断以上引出和引入的水量。引出水量，使径流量减少，还原水量为正值。从外流域引入的水量，使径流量增加，还原水量为负值。

对于引入水量的还原，如引入水量用于灌溉，还原水量只计入其回归水部分；用于其他部分，视回归和损失情况进行还原。

（6）水库渗漏量。水库渗漏量可分为坝身渗漏、坝基渗漏、库区渗漏三部分，多数水库有坝下反滤沟实测流量资料，可直接作为坝身渗漏量。

当计算时段内没有降水，用水库进出库水量平衡资料估算：

式中：W渗为水库渗漏量；W入为入库水量；W出为出库水量，含反滤沟实测坝身渗漏量；ΔW为水库蓄变量；W水为库面蒸发量。

根据水库各级水位观测的进出库水量平衡资料，估算各级库水位的渗漏量，绘制水库水位与渗漏流量关系曲线。用水库计算时段的平均水位，即可从关系曲线上查得平均渗漏流量。

2.5.1.2　降雨径流模式法

降雨径流模式法适用于人类活动措施难以调查或调查资料不全时，直接推求天然径流量。首先建立未受人类活动等影响的降雨径流模式，再采用受人类活动等对径流有显著影响期间的降水资料，推求天然径流量。显然，相应的还原水量即为计算的天然径流量与实测径流量的差值。

用于还原的降雨径流模式一般可分为多元回归分析法和参数分析法：

（1）多元回归分析法。多元回归分析法又称为基于降雨径流模式的双累积法，此方法应用于对流域人类活动措施没有详细调查，或调查资料不很落实可靠的情况。但人类活动前有较多的降雨、径流观测资料，可以满足建立流域下垫面显著改变前降雨径流模式的需要。最简单的模式通常为降雨径流关系（P—R）。由于降雨径流关系是十分复杂的，它与流域内许多水文、气象因子有关。

式中：R为年径流量；P为年降雨量；P上为上一年月10～12月总雨量；T为年平均气温；a0，a1，a3…为待定系数，用人类活动影响以前的降雨、径流资料就可率定。

与年径流有关的因子很多，有些流域还可以加上P超（一次降水量超过最大初损Imax累积量）作为参数。但参变量不宜太多，视具体情况取公式前3项即可。南方不少地区，只取公式前2项就能达到很高的相关系数。

当公式的系数确定后，便可将受人类活动影响后的各年降水、气温等资料代入回归方程，就可求得不受人类活动影响的天然径流量。

（2）参数分析法。参数分析法又称产流模式法，适用于当设计流域的径流受人类活动多种措施的影响，难以逐项定量计算时，可按照设计流域的产流方式和影响产流的主要因素，初步拟定一个符合设计流域的，包含若干参数的产流模式。选定不受人类活动影响的年份（或年组），利用实测降雨、径流资料调整模式的结构及有关参数，使其用雨量资料按模式推算出的径流过程与选定年份（或年组）的实测径流过程相吻合。

这个以降水为输入、径流为输出的产流模式一经确定，即可用以后各年降水资料推求出各年不受人类活动影响的天然径流过程。从参数分析入手建立的产流模式，只需人类活动前有少数几年降雨径流同步资料即可，这是该方法的一个优点。它主要适用于实测径流受多种人类活动措施的影响，其影响量逐年发展变化较大，又不易调查清楚的设计流域。

2.5.1.3　蒸发差值法

蒸发差值法适用于时段较长情况下的还原计算。还原时可略去流域蓄水量变化，还原量为人类活动前后流域蒸发的变化量。

流域蒸发可分为陆面蒸发和水面蒸发两种。人类活动前的陆面蒸发可用经验公式计算，水面蒸发一般可用实测蒸发资料换算。这样，流域下垫面变化前的流域蒸发E前就能算得。流域下垫面变化后的流域蒸发E后可用流域总损失量代替，即用实测降水P与径流深R的差值P－R代替，所以其还原水量为：

因人类活动前后的流域降水量的变化可以忽略不计，关键是如何计算E前。

式中：E前为设计流域天然状态下的蒸发量，mm；A为设计流域总面积，km2；A1为人类活动前流域内的水库、湖、塘等水面面积，km2；α为水面蒸发折算系数；E水为蒸发皿实测水面蒸发，mm；E陆为陆面蒸发，mm。

使用时要注意流域平均雨量计算的可靠性、蒸发资料的代表性和蒸发公式的地区适用性。在我国南方地区可采用以下经验公式计算陆面蒸发：

式中：θ为太阳总辐射，kJ；T为日平均气温，℃；L为蒸发潜热常量，2.47kJ／g；α，β为系数和常数，一般取α＝0.19，β＝0.8。

式中：θ0为碧空无云时的太阳总辐射量（有表可查）kJ；n为月平均云量，以小时计；s为月平均日照率，即月的实测日照时数与该月理论日照时数（有表可查）的比值，以小数计。

该公式用于计算湿润地区的正常年蒸发量具有较高的精度，对于北方地区，选用适当的陆面蒸发公式即可。若需要计算月蒸发总量时，除θ和θ0应采用月辐射总量外，其他因子T、n、s都采用月平均值。通过以上方程式，即可算出还原水量。

2.5.1.4　还原成果的合理性检查

对还原计算成果，应从单项指标和分项还原水量，上下游、干支流水量平衡及降雨径流关系等方面，检查其合理性。

（1）单项指标检查。用分项调查法进行还原计算时，人类活动措施数量和单项指标是否准确，是决定计算成果精度的关键。农业灌溉定额、灌溉回归系数是指标合理性检查的重点，一般情况下有如下量级概念：

1）水稻单项灌溉定额大于综合灌溉定额。

2）保证灌面定额大于有效灌面定额。

3）汛期水面蒸发量大于以深度计的灌溉净耗定额。

4）灌区回归系数大于灌溉回归系数和田间回归系数。

掌握和运用上述概念，可以发现资料存在的问题，以便及时改正。

（2）上下游、干支流及区间水量平衡检查。经还原计算后的上下游、干支流长时段径流量，要基本符合水量平衡原则。

当上下游区间产流量较小时，可点绘还原前后上下游年、月径流相关图，检查还原后下游站的流量是否较上游站稍大，从而分析上下游还原水量的合理性。

当各干支流都有测站控制时，可以把还原后支流站径流量之和与干流控制站径流量比较，其区间水量若出现负值，要查明原因，予以改正。

（3）降雨径流关系检查。还原后的年径流代表天然情况下的空间分布，所以在全流域降水量基本均匀、下垫面基本一致的情况下，一般应有：

1）山丘径流深大于丘陵平原区径流深。

2）上游径流深大于中、下游径流深。

通过还原前后的径流深点绘降雨径流关系，通常还原后的相关点据较还原前的相关点据集中，相关系数提高，且符合地区降雨径流关系的一般规律。

（4）各种影响因素的序列对照及统计参数检验。把还原后的天然径流系列由大到小排列，同时把各种主要影响的因素如降水量、蒸发量也由大到小排列，对照序次检查其对应关系。

从径流参数地区分布情况进行检查，一般还原后的径流统计参数具有较好的地区分布规律性。

径流系列还原计算方法

相关推荐