本研究结合平原水网区水量平衡研究的现状,借鉴以往积累经验,重新整理思路对湖区水量平衡分析的技术路线进行了研究。为了达到推广应用的目的,在以鄱阳湖区为典型水量平衡分析中,全程立足于总结出具有普遍意义的、实用有效的分析思路和研究方法的出发点而开展工作。经过研究,总结出普遍适用于平原水网区的水量平衡分析方法如下。
第一步,研究湖区水量平衡的标准。
应用水文分析的方法和思路,充分利用本流域或具有相似气候和下垫面条件的流域进行分析,提出可供参证湖区水量平衡状况的判断依据和标准。
平原水网区计算水量的合理性一般可通过径流系数(α)的大小来判别。径流系数是径流量与降雨量的比值,由于影响降雨量和径流量的因素众多,降雨量与径流量不是简单的一一对应关系,也就是说径流系数是有一定变化范围的。
在不同气候区或不同下垫面条件下,同样的降雨量过程往往会产生不同的径流过程。对于同一气候区相同的下垫面条件,降雨量不同径流系数也会不一样。即使同样的降雨,其时程分配不同,气温不同,前期土壤含水量不同,其产流的效应也是不同的。据原水利水电部水文局1987年出版的《中国水资源评价》,年降水量大于1600mm十分湿润的华南气候区径流系数α>0.5;年降水量为800~1000mm的湿润气候区0.25<α<0.5;年降水量为400~800mm的半湿润气候区0.1<α<0.25;年降水量为200~400mm的半干旱气候区α<0.1。我国地域辽阔,气候和下垫面在空间上的差异十分悬殊,径流系数的地区差异也较大。具体某一个地区的径流系数多大为合理,还需作具体定量的研究。
经过分析认为,利用气候和下垫面条件相似流域的径流系数作为参证标准,是一种简单易行且有一定精度的办法。具体可在本平原水网区内选择一个流量和降雨量资料可靠的参证水文站,分析其较长系列的水文资料,寻找其径流与气候因子(如降雨量)之间的关系,以作为判断平原水网区计算水量平衡与否的参证标准。在比较时,要注意两者下垫面条件差异对径流系数的影响。
第二步,根据水量平衡方程计算湖区水量系列,并采用参证的判断标准,判断计算的湖区水量是否平衡,从而初选出不平衡的年份。
根据水量平衡公式,利用湖区出入口控制站的水文资料,以及湖区的水位变化和蒸发量等资料,可以计算出平原水网区的水量,然后计算径流系数。将计算的平原水网区的水量的径流系数与参证站的径流系数进行比较,若同样的降雨量径流系数的变化超过一定的范围(如超过径流系数外包线的5%),则可认为计算的水网区水量不平衡,反之则可认为计算的水量是合理的。
第三步,分析湖区水量不平衡的原因及其影响因素。
结合湖区的地形地貌、河湖和江湖关系、湖流特性等,分析流域圩垸汛期溃决、汛期水文站测流断面控制情况、水文站测验与整编情况,分析其对水文站径流资料的影响,并进而判断其对湖区水量的影响。
根据平原水网区的特点和水文观测的现状,平原水网区水量不平衡的原因可从两大方面去分析。
(1)从平原水网区特有的地形地貌及水流特点分析对水量的影响。如溃圩的影响,由于湖区地势低平一般建有圩区,圩堤标准普遍偏低使得大水年溃堤现象不可避免,溃圩的后果就是水文站控制不住上游所有来水,造成“跑水”,使得水文站观测的流量资料不准确。调查和搜集湖区破圩的资料,包括破圩的数量、溃口的时间、经过、淹没面积、淹没水深、溃口分洪口门长度和断面面积等,在资料条件足够的情况下可以估算破圩漏失的水量。
再如江湖与河湖关系的影响,当出湖控制站受外江洪水顶托和倒灌时,入湖控制站受湖区水位顶托时流向紊乱,测流精度降低,使得水文观测精度降低,需要分析出湖和入湖控制站受顶托的影响。
(2)从出湖和入湖水文站的水文观测和整编情况找出导致水量不平衡的原因,着重分析控制面积较大的入湖站和出湖站。
1)水位观测的影响。关注基面和水准点、水尺零点的考证;分析水位观测是否控制住了水位变化过程,有无迟测漏测现象,年头年尾是否衔接等;判断是否符合规范的要求,是否达到整编推流的要求。(www.daowen.com)
2)流量精简分析及其影响。一般的测站年内只测几次精测法,众多测次采用简测法,故若有精测法的原始测速记录,可以定量分析简测法的精度,以及对径流资料的影响。
3)浮标测流的影响。了解浮标在断面上布设是否合理,浮标系数年内年际有无变化,若有变化则查明变化的原因;若有流速仪与浮标系数的比测资料,可定量分析浮标系数的取用是否恰当。
4)流向偏角、悬索偏角改正的影响。若有原始记录,可以定量分析。
5)断面冲淤变化的影响。重点了解测站测流时借用断面的情况,若借用断面次数比较频繁,且有实测大断面资料,可定量分析断面冲淤变化对流量资料的影响。
6)漫滩的影响。了解汛期测流断面漫滩时的测流和推流情况,了解方法是否正确,特别关注是否漏算水量。
7)水位—流量关系曲线的影响。分析历年水位—流量关系,若有突出偏离的点据和年份,需找出反常的原因。若认为原整编方法合理,则利用实测流量成果,采用与流量整编一致的方法进行曲线的拟定,并与整编时原定曲线进行比较,并据以判断推流的精度;若按规范判断其整编方法有问题,可以按规范的方法推流并对原流量进行改正,从而可定量计算原流量资料的偏差大小。
(3)从人类活动的影响分析。在人类活动频繁的区域,一般建有提水和引水工程,可以了解水流的去向和排放情况,若有实测流量资料,可以计算取水的净耗水量并进行还原。
在分析中,要根据平原水网区的具体情况进行针对性的分析,对影响水资源量的因素一一进行分析。
第四步,通过分析,采取不同的计算方法对不平衡现象进行修正。
比较有效的方法分两类:一类方法是查明原因,对于可以定量的影响因素进行分析计算,进而修正湖区水量;另一类方法是针对影响因素太过复杂不能定量的年份采用水文模型进行修正。在选用水文模型时,应充分考虑当地气候和下垫面情况,选择合适的、成熟的模型。
第一类方法:原因分析修正法。针对湖区水量不平衡的年份,在对溃圩及跑水、漏水情况、控制站测验等情况进行分析后,有些年份水量不平衡的现象可以根据影响因素进行修正。理论上讲,如果有原始的水文观测记录,以及详细的破圩资料和人类活动影响的数据,通过定量分析是可以对不平衡年份进行修正的,但实际上可供分析的资料远远达不到要求,所以还有一些年份无法通过以上分析得到修正,要解决水量不平衡问题需另觅途径。
第二类方法:水文学的方法。因为湖区起着滞蓄洪水的作用,堤防低矮,防洪标准不高,使得溃圩现象时有发生,跑水、漏水现象不能杜绝。入湖控制站一般建在入湖河流山区与平原交界的地方,高水受到湖区水位的顶托影响;出口控制站汛期受到江水的顶托影响,水流经常为顶托型或倒灌型,顶托或倒灌都影响到测流的精度。
在这些影响因素中,有些影响因素是因为湖区地形条件决定而难以避免的。所以在寻找解决湖区水量平衡问题方法时,总的思路是要回避掉这些影响因素,尽量采用不受下垫面影响的资料进行分析计算。利用不受下垫面因素影响的降雨量,通过产汇流模型进行计算的方法是方便实用且效果良好的一种方法。在选用水文模型时要注意当地气候条件和下垫面的条件,如湿润地区可选择新安江模型。
通过以上的分析研究,一般即可得到较为准确的长系列湖区水量资料,据此可对湖区的水资源量进行恰当的评价,为湖区水资源保护和经济活动的规划提供技术支撑。
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