5.1 径流资料
5.1.1 基本资料的收集
研究区内的河流分别属于汉江、长湖和漳河三大水系,其中属于漳河水系的河流主要有茅坪河、漳河、丁家河和钱河;属于汉江水系的主要有俐河、竹皮河;属于长湖水系的有新埠河、大陆港和广坪港等。此次水资源评价对研究区河流的径流资料进行了搜集,共搜集到漳河、茅坪河、新埠河、竹皮河四条河流的径流资料。
5.1.2 资料的选用与审查
研究区有径流资料的水文站包括打鼓台、苍坪、口泉、韩家场、皮家集五个站,各站资料长度如下表5-1。
表5-1 研究区水文站径流资料情况表
由于口泉站资料系列较短,且打鼓台和口泉站分别位于漳河的上下游,因此口泉站的资料舍弃不用,仅选用打鼓台、苍坪、韩家场、皮家集四个站的径流资料进行分析。
5.1.3 资料的插补延长
为了满足本次评价对资料系列的要求,对径流系列不足46年同步期的站,一律插补延长至46年。本次系列插补延长主要采用方法如下:单站径流系列,如果中间有缺测年份,可以用控制站流域的面平均年降雨量与年径流量相关法插补延长。先绘制年降雨量与年径流量关系图,以缺测年份的年降雨量插补延长无资料站点的年径流系列[6]。
据统计,在选用四个站的径流资料中,实测164年,插补延长20年,共计184年,实测占89.1%,插补延长占10.9%。各站插补延长情况见表5-2。
表5-2 研究区各站径流资料插补延长情况表
5.1.4 径流资料还原计算
由于受人类活动的影响,如流域内兴修各种水利工程及工农业用水、城镇生活用水等,水文站断面测到的径流量不能代表天然径流量。为了使径流计算成果能够基本上反映天然情况,使资料具有一致性,需要对测站以上受开发利用活动影响而增减的水量进行还原计算。径流还原是一个比较复杂的问题,方法也有多种,根据此次项目实施方案及有关要求,统一采用概念比较清楚、成果比较可靠的分项调查还原法,对选用的4个水文站实测径流进行还原计算,将实测年径流系列还原为天然年径流系列[7]。
5.1.4.1 还原内容
(1)还原的主要项目:农业灌溉、工业和生活用水的耗损量(含蒸发消耗和入渗损失),跨流域引出、引入水量,水库蓄水变量等。
(2)还原分析计算要求:凡有观测资料的,根据观测资料计算还原水量;没有观测资料的,通过典型调查分析进行估算。
5.1.4.2 径流还原计算方法
径流还原计算采用分项调查方法还原[8]。径流还原计算公式:
式中:W天然为还原后天然径流量;W实测为水文站实测径流量;W农灌为农业灌溉耗损量;W工业为工业用水耗损量;W生活为城镇生活用水耗损量;W跨引为跨流域引水量,引出正、引入负;W库蓄为水库蓄水变量,增加为正、减少为负。
5.1.5 径流系列的一致性分析
5.1.5.1 分析目的
1980年以来,随着研究区内工业和农业的快速增长,人类活动对下垫面条件的影响加剧,这给我们提出一个新问题:在人类活动影响逐渐加大的情况下,如果采用较长的年径流系列,即使将实测系列还原成天然系列,仍难以做到系列具有较好的一致性,且计算成果也不能反映近期下垫面条件下的产流量。因此需对1960—2005年天然年径流系列进行一致性分析,主要目的是处理下垫面条件变化对径流的影响和检查还原计算成果的合理性,通过修正后得到具有一致性且能反映近期下垫面条件的天然年径流系列。
5.1.5.2 分析资料的选取
为了使分析成果具有一定的代表性,对研究区内的四个站进行一致性分析,四个水文站的控制流域面积2426km2,占整个研究区面积的31.3%。
5.1.5.3 分析方法及内容
1.点绘各站年降雨量与年径流深相关图
在单站还原计算的基础上,点绘打鼓台、苍坪、韩家场、皮家集站面平均年降雨量与天然年径流深的相关图,如图5-1~图5-4所示。
图5-1 打鼓台站年降雨量与年径流深相关图
图5-2 苍坪站年降雨量与年径流深相关图
图5-3 韩家场站年降雨量与年径流深相关图
图5-4 皮家集站年降雨量与年径流深相关图
2.绘制各站年降雨量与年径流深相关曲线
对于打鼓台站、苍坪站、韩家场站、皮家集站,参照《全国水资源综合规划技术细则》的要求,将整个年系列划分为1960—1982年和1983—2005年两个相同时段,以便检查流域不同时段下垫面的变化对径流影响的大小。分别通过点群中心绘制其年降水量—年径流深相关曲线,实线代表1960—1982年的年降水径流关系,虚线代表1983—2005年的年降水径流关系,两根曲线之间的横坐标距离即为年径流衰减值。
3.年径流衰减率
选定一个年降水值,从图5-1~图5-4中两曲线上查出两个年径流深值(R1和R2),用下列公式计算年径流衰减率
式中:α为年径流衰减率;R1为1960—1982年下垫面条件的径流深;R2为1983—2005年下垫面条件的径流深。
根据年径流衰减率计算公式分别计算打鼓台、苍坪、韩家场、皮家集站年径流衰减率,经计算得,打鼓台站为-3.6%,苍坪站为-4.7%,韩家场站为-0.6%,皮家集站为2.1%。
5.1.5.4 一致性分析
对1960—2005年天然年径流系列进行一致性分析,主要目的是处理下垫面条件变化对径流的影响,也可附带检查还原计算成果的合理性,通过修正后得到具有一致性且能反映近期下垫面条件的天然年径流系列。从四个站降雨量与径流深相关图上看,打鼓台、苍坪站1960—1982年与1983—2005年的年降雨量与年径流深的相关曲线系统偏离的较为明显,而韩家场、皮家集站的年降雨量与径流深没有较明显的偏离,因此需对打鼓台、苍坪站还原后的天然年径流作还现修正。
选定一个年降水值,从图中两条曲线上可查出两个年径流深值(R1和R2),用下列公式计算修正系数:
式中:β为年径流修正系数;R1为1960—1982年下垫面条件的径流深;R2为1983—2005年下垫面条件的径流深。
经计算得到打鼓台、苍坪站的α值和β值,具体见表5-3。
表5-3 研究区打鼓台、苍坪站不同年降雨量的α值和β值
根据查算的不同年降雨量的α值和β值可以绘制P—β关系曲线,作为修正1960—1982年天然年径流系列的依据。根据需要修正年份的降雨量,从P—β关系曲线上查得修正系数,乘以该年修正前的天然年径流量,即可求得修正后的天然年径流量。