水利工程論文-黑龍江省水庫(kù)站徑流還原計(jì)算方法及有關(guān)問(wèn)題的探討.docVIP

水利工程論文-黑龍江省水庫(kù)站徑流還原計(jì)算方法及有關(guān)問(wèn)題的探討摘要：針對(duì)黑龍江省人類活動(dòng)對(duì)河川徑流的影響，系統(tǒng)地論述水庫(kù)站月徑流量的還原計(jì)算方法。并就稻田攔蓄水量、地下水開(kāi)采對(duì)河流水文效應(yīng)產(chǎn)生的影響及徑流還原計(jì)算方法進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞：水庫(kù)站徑流量耗水量還原計(jì)算我省現(xiàn)有水庫(kù)站12處。這些站的建立，為彌補(bǔ)基本站網(wǎng)定位觀測(cè)的不足，擴(kuò)大資料收集范圍，增強(qiáng)資料的完整性均發(fā)揮了重要作用。但由于這些站所測(cè)得徑流資料受水利工程影響，在數(shù)量和時(shí)程分配上均不能代表河流的天然狀況，因此在應(yīng)用這些資料進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)和工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須將測(cè)驗(yàn)斷面的實(shí)測(cè)徑流還原為天然河川徑流量。本文針對(duì)我省水利工程和水庫(kù)站的特點(diǎn)，對(duì)水庫(kù)站月徑流量的還原計(jì)算方法進(jìn)行全面論述，并就徑流量負(fù)值處理、稻田攔蓄水量問(wèn)題、地下水開(kāi)采對(duì)河川徑流影響等進(jìn)行了探討。1水庫(kù)站河川徑流還原計(jì)算公式河川徑流還原計(jì)算的方法很多。主要有分項(xiàng)還原法、模型法、經(jīng)驗(yàn)公式法、徑流雙累積法和流域蒸發(fā)差值法。而進(jìn)行月徑流還原計(jì)算時(shí)，通常采用分項(xiàng)還原法。分項(xiàng)還原法是根據(jù)水量平衡原理建立水平衡公式，通過(guò)計(jì)算水利工程引起的增減水量推求測(cè)驗(yàn)斷面的天然河川徑流量。計(jì)算公式如下：W天然=W出庫(kù)+W農(nóng)耗+W工耗W庫(kù)蓄+W滲漏+W庫(kù)蒸（1）式中：W天然還原后的天然河川月徑流量；W出庫(kù)出庫(kù)實(shí)測(cè)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(kù)蓄水庫(kù)月蓄水變量；W滲漏水庫(kù)月滲漏損失量；W庫(kù)蒸水庫(kù)增加的月水面蒸發(fā)損失量。2分項(xiàng)水量還原計(jì)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(guò)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(jì)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(guān)系和相對(duì)位置，來(lái)判別應(yīng)還原的水量。如果灌區(qū)引水口在測(cè)驗(yàn)斷面上游，而灌區(qū)在測(cè)驗(yàn)斷面下游時(shí)，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(cè)驗(yàn)斷面上游時(shí)，則灌溉耗水量應(yīng)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(shí)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(shí)灌實(shí)際灌溉面積；E渠蒸渠系引水、輸水過(guò)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(jì)算可簡(jiǎn)化為下式：W農(nóng)耗=m凈定*F實(shí)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(zhǔn)確計(jì)算農(nóng)田耗水量的關(guān)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(zhǎng)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(guān)，m滲漏主要取決于土壤的滲透條件，E需水受當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r影響，P有效主要受降水量的大小和時(shí)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(duì)穩(wěn)定，此時(shí)，同一地區(qū)的m凈定將主要取決于降水量的大小及其時(shí)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(gè)農(nóng)田灌溉分區(qū)，并根據(jù)全省28個(gè)水田灌溉實(shí)驗(yàn)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(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)回歸分析確定出如下計(jì)算水田凈灌溉定額的經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(guò)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(guò)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(xiàng)水量的水平衡關(guān)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(wú)入河排放量觀測(cè)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(wèn)題，筆者根據(jù)用水指標(biāo)的定義和各項(xiàng)水量之間的水平衡關(guān)系，提出如下入河排放量的計(jì)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(fù)利用率；工業(yè)廢水在入河過(guò)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(jì)算將調(diào)查起始年的0、0及還原計(jì)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(kù)滲漏損失量水庫(kù)滲漏量分為壩基滲漏、庫(kù)底滲漏和庫(kù)岸側(cè)滲三部分。在壩基滲漏較大的水庫(kù)上，可利用壩下反濾溝實(shí)測(cè)流量資料推算水庫(kù)滲漏量。如果沒(méi)有實(shí)測(cè)流量資料，可采用以下方法進(jìn)行計(jì)算：W滲漏=W入庫(kù)+W降雨W蓄變-W出庫(kù)-W庫(kù)蒸（12）式中：W入庫(kù)入庫(kù)站實(shí)測(cè)月徑流量；W降雨庫(kù)區(qū)水面月降雨量；W蓄變水庫(kù)月蓄水變量。在缺乏實(shí)測(cè)入庫(kù)徑流量的水庫(kù)上，可選用封凍期入庫(kù)流量為零或入庫(kù)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(kù)和W庫(kù)蒸均很小，且可互相抵消一部分，因此式（12）可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：W滲漏=W蓄變-W出庫(kù)（13）應(yīng)用式（13）計(jì)算水庫(kù)月滲漏量，并與水庫(kù)月平均水位點(diǎn)繪相關(guān)曲線，再以月平均水位在關(guān)系上查讀月滲漏水量。2.4水庫(kù)增加的水面蒸發(fā)損失量水庫(kù)蓄水以后，庫(kù)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(kù)蒸=（1-E陸年/E601年）*E601月*A月（14）式中：E陸年庫(kù)區(qū)年陸地蒸發(fā)量；E601年庫(kù)區(qū)年E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量；E601月庫(kù)區(qū)月E601蒸發(fā)器蒸發(fā)量；A月庫(kù)區(qū)月平均水面面積。2.4.1E陸年的計(jì)算我省無(wú)陸面蒸發(fā)量實(shí)驗(yàn)資料。以往計(jì)算E陸年時(shí)，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(shí)測(cè)出庫(kù)水量和水庫(kù)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(jì)算的E陸年會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。我省在第一次水資源評(píng)價(jià)時(shí)曾提出利用水熱平衡法計(jì)算多年平均陸面蒸發(fā)量的方法，可應(yīng)用這一方法計(jì)算E陸年。（1）山丘區(qū)E陸年的計(jì)算E陸年=P降雨*10-a+0.1553/LP（15）2）平原區(qū)E陸年的計(jì)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(kù)區(qū)年降水量；太陽(yáng)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(kù)月蒸發(fā)損失量的計(jì)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(kù)月蒸發(fā)損失量。3徑流還原計(jì)算中有關(guān)問(wèn)題的探討3.1稻田攔蓄水量問(wèn)題3.1.1稻田攔蓄水量還原計(jì)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(duì)于是否進(jìn)行該水量還原計(jì)算，專家和學(xué)者一直持兩種不同態(tài)度：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，稻田攔蓄水量應(yīng)歸于下墊面條件變化對(duì)河川徑流的影響，本著向后還原的原則，不進(jìn)行該水量的還原計(jì)算；另一種觀點(diǎn)則認(rèn)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(duì)降水的攔蓄利用，使河川徑流在數(shù)量和時(shí)程上均發(fā)生顯著變化，因此應(yīng)進(jìn)行該水量的還原計(jì)算。