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基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例

發(fā)表時(shí)間:2022/02/26 13:17:44  來源:《水利水電技術(shù)(中英文)》雜志  瀏覽次數(shù):20503  
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摘 要:

河道徑流過程分析對(duì)于工程建設(shè)十分重要,現(xiàn)有水文模型主要以流域?yàn)檠芯繉?duì)象,研究空間尺度通常較大,難以在小空間尺度內(nèi)對(duì)河道徑流量進(jìn)行分析。本文基于二元水循環(huán)模式,從自然和社會(huì)兩個(gè)方面系統(tǒng)性分析了對(duì)河道徑流量的影響因素,建立二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算方法。自然端綜合考慮了上游入流、區(qū)間產(chǎn)匯流、河道分流及與地下水的交換量,社會(huì)端綜合考慮了人工引水量、退水量及分水量,其中對(duì)農(nóng)業(yè)退水量進(jìn)一步細(xì)分至用水期退水和非用水期退水。以金馬河溫江段為研究案例,根據(jù)河道與規(guī)劃閘壩、渠系的位置關(guān)系選擇9個(gè)斷面對(duì)徑流量進(jìn)行分析。根據(jù)計(jì)算結(jié)果,區(qū)間匯流占總徑流量的12.5%,是金馬河徑流量的重要組成部分。金馬河徑流量年內(nèi)分布具有明顯的不均勻性,4—10月的徑流量占總徑流量的89.6%,主要以洪水的形式下泄,需要考慮修建梯級(jí)閘壩提升河道調(diào)蓄能力。岷江水廠取水口斷面枯水年農(nóng)業(yè)退水量對(duì)徑流量的貢獻(xiàn)率達(dá)到14.89%,表明枯水年社會(huì)端徑流量對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算河道徑流量具有重要影響,在水利工程建設(shè)相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中需要加強(qiáng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水的可靠性、一致性及代表性等相關(guān)分析。本文提出的計(jì)算方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小尺度河道徑流量的計(jì)算,具有一定的理論意義與實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞:

水循環(huán);二元模式;徑流計(jì)算;岷江;

0 引 言

河道徑流量分析計(jì)算是水利工程建設(shè)的基礎(chǔ)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,沿河道建設(shè)的小型水利工程及取水口數(shù)量不斷增加,對(duì)于準(zhǔn)確計(jì)算河道徑流量的要求日益提高。人類活動(dòng)對(duì)徑流影響越來越顯著,河道徑流具有明顯的自然和社會(huì)二元屬性。單獨(dú)依托天然產(chǎn)匯流模式分析河道徑流量,將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的河流水量存在較大誤差,難以反映河道真實(shí)的徑流狀況。目前,在河道水量調(diào)度效應(yīng)方面對(duì)閘壩等工程規(guī)劃建設(shè)及取水口論證的技術(shù)支撐不足,需要從自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)兩個(gè)角度出發(fā),充分考慮社會(huì)水循環(huán)對(duì)河道徑流量的影響,提高計(jì)算精度。

受人類活動(dòng)的影響,河道徑流主要由天然徑流量和回歸水量組成,屬于二元水循環(huán)。水文學(xué)的一元靜態(tài)范式核心思想是將受人類干擾的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),基于用水統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還原到?jīng)]有人類干擾的天然狀態(tài),而二元水循環(huán)注重解決人類活動(dòng)影響下自然水循環(huán)與社會(huì)水循環(huán)互相影響及反饋問題。針對(duì)河道徑流量研究主要有還原計(jì)算和還現(xiàn)計(jì)算兩個(gè)方向,對(duì)徑流進(jìn)行還原計(jì)算是為了評(píng)價(jià)天然狀態(tài)下區(qū)域的水資源量,為科學(xué)合理開發(fā)水資源提供支撐;而還現(xiàn)計(jì)算則在于考慮各種影響因素,盡量模擬真實(shí)的產(chǎn)匯流過程。河道徑流還原計(jì)算的傳統(tǒng)方法主要有分項(xiàng)調(diào)查法、綜合修正法、降雨徑流模型法等,主要思路是將天然徑流量與人類取用水量分離計(jì)算。對(duì)徑流量還原計(jì)算主要目的在于摸清水資源家底,但準(zhǔn)確計(jì)算真實(shí)的徑流量對(duì)水利工程規(guī)劃建設(shè)更有實(shí)際意義。計(jì)算真實(shí)徑流量主要利用分布式水文模型進(jìn)行模擬計(jì)算,桑學(xué)峰等以SWAT分布式水文模型為基礎(chǔ),對(duì)灌溉和人工耗、用水模塊進(jìn)行了開發(fā)和改進(jìn),對(duì)加強(qiáng)人類活動(dòng)影響的區(qū)域水循環(huán)過程進(jìn)行了模擬,并且提高了模擬的精度。賈仰文等開發(fā)了流域二元水循環(huán)模型并對(duì)海河流域進(jìn)行了分析計(jì)算,結(jié)果證明所建立的二元模型對(duì)徑流過程、入海水量以及地下水流場(chǎng)等均具有合理的模擬精度。但水文模型的構(gòu)建多以流域?yàn)榉秶_展研究,研究的空間尺度較大,針對(duì)小尺度的河道徑流量模擬計(jì)算研究較少。河道周圍一般為人類活動(dòng)密集區(qū),建設(shè)的小型水利工程及取水口較多,為了保證供水安全,對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算河道實(shí)際徑流量的需求較高。由于水文站點(diǎn)密度不夠,局部河道通常缺少實(shí)測(cè)徑流數(shù)據(jù),因此需要加強(qiáng)對(duì)小空間尺度的具體河道徑流量分析計(jì)算。

受二元水循環(huán)思想的影響,很多學(xué)者重視人類活動(dòng)對(duì)河道水量、水質(zhì)的影響。李春暉等以黃河為例建立干流區(qū)間河道水量平衡關(guān)系,得到干流河道水量自然補(bǔ)損計(jì)算方程,提出了河道干流、區(qū)間等各項(xiàng)水量平衡關(guān)系。劉家宏等認(rèn)為人類取用水侵占了天然徑流量,是海河流域徑流減少的重要原因,而且工業(yè)生活污水在海河的入海水量中占了很大比重。王西琴等認(rèn)為河道的生態(tài)需水量不僅來源于天然降雨,而且受到社會(huì)系統(tǒng)排水的補(bǔ)充,其水量大小與水質(zhì)狀況受到人類利用水資源程度、利用效率、污水排放量等的影響。張亮等基于二元水循環(huán)對(duì)瑪納斯河流域河流生態(tài)需水水量與水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià),生態(tài)需水量綜合考慮了地表徑流量、取水量、河道回歸水量。綜上所述,目前基于二元水循環(huán)理論對(duì)具體河道徑流量的計(jì)算主要將自然和社會(huì)因素進(jìn)行分離,通過水量平衡方程進(jìn)行還現(xiàn)計(jì)算,并且取得了不錯(cuò)的研究成果。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,針對(duì)人類活動(dòng)影響較為頻繁的平原河道進(jìn)一步細(xì)化了自然端和社會(huì)端的影響因素,提出了基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算方法,為相關(guān)的河道徑流計(jì)算、工程論證分析提供借鑒和參考。

1 計(jì)算方法

按照二元水循環(huán)的理論,分別從自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)兩個(gè)角度對(duì)河道水量流入和流出項(xiàng)進(jìn)行系統(tǒng)概化,如圖1所示。河道徑流量的組成主要由兩部分組成,第一部分為自然水循環(huán)部分,按照與河道水量的交換關(guān)系可以分為上游入流、區(qū)間平匯流、自然河道分流量以及地下水轉(zhuǎn)換量;第二部分為社會(huì)水循環(huán)部分,主要包括引水、分水及退水三項(xiàng),其中引水、排水是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)水循環(huán)與自然生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)之間聯(lián)系的紐帶,也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)水循環(huán)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)影響最敏感、最重要的形式。引水項(xiàng)主要指供社會(huì)經(jīng)濟(jì)引水量,城鎮(zhèn)用水主要通過水廠取水,農(nóng)業(yè)灌溉一般通過灌渠渠首取水,取水點(diǎn)較為明確。分水項(xiàng)主要指通過人工河道分水;退水項(xiàng)主要是社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水之后的回歸水量,其中城鎮(zhèn)回歸水量主要指經(jīng)過污水處理廠處理后排入河道的水量,農(nóng)業(yè)回歸水量主要通過田間渠系匯入,可根據(jù)渠系控制范圍內(nèi)的用水排水特性確定。對(duì)于平原地區(qū)的農(nóng)業(yè)引水渠道,在非用水期也存在一定量的引水,在用水期由于無法按照需求精準(zhǔn)控制引水量,因此農(nóng)業(yè)的回歸水量主要包括引水退水量和用水退水量?jī)刹糠?。天然匯流、人工引水及回歸水量等與河道位置相關(guān),為了準(zhǔn)確分析河道徑流量需要根據(jù)相關(guān)水力聯(lián)系劃分河段,提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例

圖1 河道徑流分項(xiàng)關(guān)系示意

根據(jù)河道徑流量主要影響因素的分析,直接計(jì)算河道徑流量比較復(fù)雜,因此借鑒還原計(jì)算的思路將天然和社會(huì)端徑流量進(jìn)行分離,并基于水量平衡以平原河道為例建立計(jì)算公式。在某時(shí)段,區(qū)間干流河道的徑流量計(jì)算公式為

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式中,Qto為斷面的總徑流量(m3);Qna為自然端徑流量(m3);Qar為社會(huì)端徑流量(m3)。

自然端徑流量計(jì)算公式為

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式中,Qup為上游入流量(m3),含重要支流的匯入流量;Qmi為區(qū)間匯流量(m3);Qdi為河道分水量(m3);Qls為與地下水的交換量(m3),平原河道一般以側(cè)向滲漏為主。社會(huì)端徑流量計(jì)算公式為

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式中,Wou為退水回歸量(m3);Wsu為人工取水量(m3);Wdi為人工渠系分水量(m3);其他符號(hào)意義同上。

退水回歸量主要包括城鎮(zhèn)退水量和農(nóng)業(yè)退水量?jī)刹糠?,?jì)算公式為

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式中,Wouci為城鎮(zhèn)用水退水量(m3),主要根據(jù)河道排污口確定相應(yīng)的退水量;Wouaru為農(nóng)業(yè)用水退水量(m3);Wouary為農(nóng)業(yè)引水退水量(m3),其中包括渠道可能存在的沿線降水徑流匯入。

非用水期農(nóng)業(yè)退水量即為渠首的引水量,用水期的農(nóng)業(yè)退水量計(jì)算公式為

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式中,∑Wsuar為渠系的引水量(m3);∑Dar為斷面區(qū)間內(nèi)農(nóng)業(yè)需水量(m3);γ為退水系數(shù);其他符號(hào)意義同上。其中,各項(xiàng)徑流項(xiàng)的具體計(jì)算需要根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況確定。

2 金馬河概況與分析需求

2.1 河段概況

岷江在都江堰魚嘴處分為內(nèi)、外二江,外江俗稱金馬河,上起都江堰市青城大橋,下至新津縣紅巖子,全長(zhǎng)79.194 km, 主要承擔(dān)岷江上游河段洪水的排洪任務(wù),流經(jīng)成都市都江堰、溫江、崇州、雙流、新津五市縣,河流沿岸地勢(shì)開闊平坦,河床寬窄不均,最寬處1 010 m, 一般為300~600 m, 河床較淺,平均比降3.44,洪枯流量變幅較大。金馬河沿岸河渠關(guān)系復(fù)雜,基于各類規(guī)劃資料以及實(shí)地調(diào)研對(duì)金馬河、江安河、黑石河、楊柳河、羊馬河等河渠水系關(guān)系進(jìn)行梳理。金馬河溫江段左岸主要有江安一支渠、江安二支渠、江安三支渠、江安四支渠、戰(zhàn)備二支渠、大郎堰引水干渠、燈盞窩引水干渠,其中大郎堰引水干渠和燈盞窩引水干渠為取水渠道,其他渠道均為排水渠道;右岸主要有臨江堰、擁軍渠、愛民渠、黑石河一支渠、黑石河三支渠及黑石河五支渠,所有干渠均為排水渠道。主要引、排渠道位置如圖2所示。

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圖2 金馬河水系示意

2.2 徑流分析需求

金馬河一直是岷江自來水廠的主要水源,由于雙流區(qū)用水逐年增加,考慮對(duì)岷江自來水廠進(jìn)行擴(kuò)容,由于金馬河面臨著水質(zhì)較差、枯季來水量不足和用水需求增加的問題,供水緊張程度不斷增加。近年來,在人類活動(dòng)干擾下岷江的徑流量呈下降趨勢(shì),金馬河段徑流特征增加復(fù)雜化。為了提高調(diào)蓄能力,提出了在金馬河分段設(shè)壩的設(shè)想,目前共計(jì)規(guī)劃閘壩13座。其中,原規(guī)劃閘壩中1#—6#閘壩和新增5座閘壩均位于雙流區(qū)岷江自來水廠取水口上游。為了保證岷江水廠的取水安全、確定合適的水廠擴(kuò)建規(guī)模,需要準(zhǔn)確計(jì)算外江閘-岷江自來水廠取水口段(溫江段)的徑流量。綜合考慮規(guī)劃閘壩和兩岸灌渠的位置關(guān)系,將金馬河劃分不同的區(qū)段并選取9個(gè)控制斷面(見圖3)對(duì)徑流量進(jìn)行計(jì)算。

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圖3 岷江中游閘壩、渠系及計(jì)算斷面位置關(guān)系

3 徑流量計(jì)算

3.1 自然端徑流量分析

根據(jù)金馬河干流的水系圖及實(shí)地調(diào)查,金馬河溫江段自然端徑流量主要由上游入流、區(qū)間匯流組成,與地下水交換量較小因此不進(jìn)行分析。

3.1.1 上游入流

都江堰魚嘴將上游入流一分為三,分別為內(nèi)江、外江(沙黑河)和金馬河,如圖4所示。岷江水量隨著社會(huì)發(fā)展的需要,在都江堰魚嘴處的內(nèi)外江分水比例也在不斷變化,特別是修建外江閘等水利工程之后,可以控制非汛期水量更多地分配到內(nèi)江,導(dǎo)致了金馬河嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境缺水問題。紫坪鋪水庫于2006年底全部建成投入使用,岷江干流的調(diào)節(jié)能力有所增強(qiáng),金馬河的斷流時(shí)間有所減少。因受紫坪庫水庫和魚嘴分水的影響,金馬河的上游入流計(jì)算以魚嘴分水處為上游入流量。由于金馬河干流無監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),需要根據(jù)紫坪鋪下泄水量和內(nèi)外江的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行推求,金馬河最上游斷面的上游入流量計(jì)算公式為

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式中,Qup1為金馬河第一個(gè)斷面上游入流量(m3);Wz為紫坪鋪水庫的下泄水量(m3); Qnj為內(nèi)江引水量(m3);Qsg為沙溝河進(jìn)口監(jiān)測(cè)流量(m3);Qhs為黑石河進(jìn)口監(jiān)測(cè)流量(m3)。

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圖4 都江堰渠首分水示意

由于數(shù)據(jù)資料系列較短,直接選取典型年可能存在較大的不合理性,因此對(duì)金馬河的來水系列進(jìn)行重新組合。將金馬河的日流量序列轉(zhuǎn)換為月流量序列,按照每個(gè)月來水量排序,并依次按照平、偏枯、枯和特枯4種情況選擇不同月對(duì)應(yīng)的年份,將其組合得到新的不同頻率年的月系列來水量序列(見表1)。

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3.1.2 區(qū)間降雨匯流

區(qū)間降雨匯流是金馬河重要的來水量,主要依據(jù)降雨-徑流公式求取,計(jì)算公式為

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式中,Qmik為斷面k的區(qū)間匯流量(m3);Pk-1,K為斷面k與上級(jí)斷面區(qū)間的降雨量(mm);Ak-1,K為斷面k與上級(jí)斷面區(qū)間的匯流面積(km2);βk為徑流系數(shù)。

根據(jù)公式(7)可知,計(jì)算各斷面的區(qū)間匯流需要確定降雨量、匯流面積、降雨徑流系數(shù)等相關(guān)參數(shù)。

降雨量計(jì)算。降雨量的計(jì)算根據(jù)天然降雨量不同頻率方式組合。首先根據(jù)氣象局0.5°網(wǎng)格的1961—2018年系列長(zhǎng)度的日降雨資料,其中金馬河范圍內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)為兩個(gè),采用網(wǎng)格平均值作為金馬河流域降水。然后對(duì)于每個(gè)月序列數(shù)據(jù)按照從大到小進(jìn)行排序,按照經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算得到每個(gè)月序列的對(duì)應(yīng)經(jīng)驗(yàn)頻率,選取50%、75%、90%、95%對(duì)應(yīng)的月值作為平、偏枯、枯、特枯不同水平年的降雨數(shù)據(jù)。

匯流面積。利用中國(guó)科學(xué)院國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)下載得到金馬河范圍內(nèi)SRTM90 m分辨率DEM數(shù)據(jù),以金馬河下游控制斷面點(diǎn)新津大橋?yàn)榱饔虺隹?,根?jù)金馬河沿線高程分布,結(jié)合區(qū)域水系分布與排水關(guān)系分析,得出金馬河的匯流范圍如圖5所示,總匯流面積約為212 km2。

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圖5 金馬河流域范圍

降雨-徑流系數(shù)確定。徑流系數(shù)采用多年平均徑流系數(shù),金馬河流域多年平均徑流系數(shù)參考成都市水資源規(guī)劃確定??紤]到金馬河流域匯流范圍小,且研究區(qū)內(nèi)土壤含水量較高,因此降雨產(chǎn)流損失較少,綜合上述因素取金馬河流域徑流系數(shù)為0.8。

區(qū)間降雨匯流量確定。按照降雨-徑流系數(shù)法計(jì)算不同段面以上區(qū)間匯流量,計(jì)算結(jié)果如表2所列。

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3.2 社會(huì)端徑流項(xiàng)

社會(huì)端徑流量主要由退水量和取水量?jī)刹糠纸M成,根據(jù)金馬河干流的水系圖及實(shí)地調(diào)查,金馬河溫江段取水量主要為農(nóng)業(yè)灌溉取水,區(qū)間內(nèi)無城鎮(zhèn)取水。退水量主要為農(nóng)業(yè)退水,無城鎮(zhèn)排水。因此,本次社會(huì)端徑流量?jī)H分析農(nóng)業(yè)取水和農(nóng)業(yè)退水量。

3.2.1 退水量

根據(jù)渠道引水能力及農(nóng)業(yè)引水量綜合分析計(jì)算,根據(jù)公式(5)得到金馬河左右岸不同頻率年各支渠的退水量,具體結(jié)果如表3表4所列。其中,金馬河左岸(江安河)多年平均實(shí)際退水量為2.31億m3,金馬河右岸(黑石河)多年平均實(shí)際退水量為1.78億m3。

基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例
基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例

3.2.2 取水量

金馬河沿岸農(nóng)業(yè)取水灌區(qū)主要包括左岸的都江堰內(nèi)江灌區(qū)江安河灌區(qū)、大郎堰灌區(qū)和燈盞窩灌區(qū),右岸的都江堰外江灌區(qū)。其中,都江堰內(nèi)江灌區(qū)江安河灌區(qū)的取水主要來自江安河,都江堰外江灌區(qū)取水主要來自沙黑總河,這兩個(gè)灌區(qū)的取水對(duì)金馬河的水資源量不產(chǎn)生影響。而大郎堰灌區(qū)和燈盞窩灌區(qū)均從金馬河取水,需要重點(diǎn)分析其取水量和取水過程。

農(nóng)業(yè)需水量可根據(jù)灌區(qū)的作物類型、灌溉定額、種植面積求取,計(jì)算公式為

基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例

式中,Dar為農(nóng)業(yè)需水量(m3);Mi,t為t時(shí)段作物i的種植面積(hm2);βi,t為t時(shí)段作物i的灌溉定額(m3/hm2)。

大郎堰灌區(qū)和燈盞窩灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)相似,均為大春種水稻,小春種小麥或油菜,灌溉定額根據(jù)《四川省用水定額》(DB 51 T 2138—2016)按照不同來水頻率年取值。結(jié)合農(nóng)業(yè)需水量,一般用水期引水量按略大于需求引水,用水高峰期按照需求引水,農(nóng)業(yè)取水量計(jì)算結(jié)果如表5所列。其中,大郎堰灌區(qū)年均取水量為為2 037萬m3,燈盞窩灌區(qū)年均取水量為128萬m3。

基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例

3.3 徑流量分析

綜合考慮來水量和取水量,根據(jù)金馬河斷面對(duì)金馬河的徑流量進(jìn)行匯總,如表6所列??梢钥闯?,由于受區(qū)間匯流的影響,從上游往下游斷面的徑流量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。其中,斷面9處受大郎堰和燈盞窩取水影響,斷面徑流量稍有下降。斷面1處的徑流量均為上游來水,多年平均來水量為37.8億m3。斷面9處的總徑流量為43.2億m3,即金馬河段的區(qū)間增加徑流量為5.4億m3。

基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例

從各斷面徑流量的年內(nèi)分布來看,金馬河段徑流量具有明顯的年內(nèi)不均勻性。從斷面9不同頻率年的徑流量分布圖(見圖6)可以看出,金馬河區(qū)間的徑流量主要分布在4—10月。其中,95%來水頻率年4—10月徑流量占總徑流量的89.6%,由于金馬河干流缺少調(diào)蓄工程攔蓄,各部分徑流量將會(huì)以洪水的形式下泄。金馬河段不具有修建大型水庫工程的條件,通過修建梯級(jí)閘壩聯(lián)合調(diào)控對(duì)提升河道蓄水能力具有一定意義。

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圖6 斷面9不同頻率來水年徑流量分布

對(duì)不同斷面的徑流量組成成分進(jìn)行分析(見圖7),從金馬河上游到下游斷面,上游來水量占來水量的比例逐漸降低。區(qū)間產(chǎn)流和區(qū)間退水量相比,在流域上游兩者的貢獻(xiàn)比相差不大,但是在流域下游區(qū)間累計(jì)的農(nóng)業(yè)退水量逐漸增大。斷面9農(nóng)業(yè)退水量為4.08億m3,占總來水量的9.42%,可見計(jì)算金馬河流域的徑流量時(shí)區(qū)間的農(nóng)業(yè)退水量是重要的影響因素。進(jìn)一步分析不同來水頻率年的徑流量組成成分,斷面9退水量貢獻(xiàn)率在平水年為10.51%,枯水年增加至11.24%,枯水年社會(huì)端徑流量成分的占比明顯增加,可見計(jì)算河道徑流量時(shí)考慮人類活動(dòng)對(duì)其影響具有一定必要性。

基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算——以岷江金馬河段為例

圖7 不同斷面、不同來水頻率年各徑流項(xiàng)貢獻(xiàn)率

4 結(jié) 論

受人類活動(dòng)的影響,平原河流修建小型水利工程及加強(qiáng)取水口水量論證的需求日益增加,對(duì)準(zhǔn)確計(jì)算河道徑流量提出了更高的要求。目前,針對(duì)計(jì)算小尺度河道真實(shí)徑流量的技術(shù)方法較為薄弱,本文從二元水循環(huán)的角度提出了基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算方法,并對(duì)金馬河溫江段的河道徑流量進(jìn)行了計(jì)算。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析,主要得到以下結(jié)論:

(1)金馬河溫江段最上游斷面徑流量為37.8億m3,岷江水廠取水口(斷面9)徑流量為43.2億m3,區(qū)間增加徑流量為5.4億m3,占總徑流量的12.5%,區(qū)間匯流量是金馬河段徑流量的重要組成部分。

(2)金馬河徑流量主要集中在4—10月份,年內(nèi)分布具有明顯的不均勻性,需要考慮修建梯級(jí)閘壩進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控來提升河道蓄水能力。

(3)社會(huì)端徑流量對(duì)金馬河徑流量具有明顯的影響,左右岸灌區(qū)退水量是徑流的重要組成部分,岷江水廠取水口斷面特枯水年農(nóng)業(yè)退水量占徑流量的14.89%,對(duì)保證供水安全具有重要作用。

(4)相關(guān)水利工程建設(shè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中需要強(qiáng)調(diào)社會(huì)端徑流項(xiàng)對(duì)河道徑流量的影響,加強(qiáng)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)用水的可靠性、一致性及代表性分析。在規(guī)劃建設(shè)中不僅要考慮自然徑流計(jì)算,同時(shí)需要耦合社會(huì)端進(jìn)行分析計(jì)算,尤其在枯水期需要重點(diǎn)分析人工控制因素的影響。

河道徑流過程的影響因素較多,目的也不盡相同,不僅對(duì)水利工程建設(shè)規(guī)劃有指導(dǎo)意義,同時(shí)對(duì)斷面水量監(jiān)控等水資源管理也有輔助決策作用。進(jìn)一步完善二元模式下的河道徑流量模擬預(yù)測(cè)分析,一方面需要強(qiáng)化機(jī)理研究,加強(qiáng)自然端和社會(huì)端動(dòng)態(tài)耦合,完善各分項(xiàng)徑流量的計(jì)算方法,提高模擬計(jì)算的精度;另一方面也需要和實(shí)際管理需求結(jié)合,提出與實(shí)際管理需求相適應(yīng)的分析方法和分析因素,如強(qiáng)化水質(zhì)影響因素的分析,實(shí)現(xiàn)水質(zhì)水量聯(lián)合計(jì)算為水環(huán)境監(jiān)控管理服務(wù)。

作者簡(jiǎn)介:

林鵬飛(1989—),男,工程師,博士,主要從事水資源綜合配置研究。E-mail:swlinpengfei@126.com;

*游進(jìn)軍(1977—),男,正高級(jí)工程師,博士,從事水文學(xué)及水資源方面研究。E-mail:youjj@iwhr.com;

引用:

林鵬飛,游進(jìn)軍,井向陽,等. 基于二元水循環(huán)模式的河道實(shí)際徑流計(jì)算———以岷江金馬河段為例[J]. 水利水電技術(shù)( 中英文) , 2021,52( 12) : 69-79.

LIN Pengfei,YOU Jinjun,JING Xiangyang,et al. Calculation of actual river runoff based on dualistic water cycle model - a case study of Minjiang Jinma River section[J]. Water Resources and Hydropower Engineering,2021,52( 12) : 69-79.

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