天然徑流量的還原計(jì)算.doc

天然徑流量的還原計(jì)算摘要：因?yàn)槿祟?lèi)對(duì)自然的影響越來(lái)越顯著，所以在斷面上的實(shí)測(cè)資料并不能反應(yīng)天然徑流量的流動(dòng)特征和變化規(guī)律，因而我們需要對(duì)徑流量進(jìn)行還原計(jì)算。本文介紹了幾種常用的還原方法，即分項(xiàng)調(diào)查法、降雨徑流模型法以及蒸發(fā)差值法，并闡述了其計(jì)算原理。關(guān)鍵詞：天然徑流量 還原計(jì)算 分項(xiàng)調(diào)查法 降雨徑流模型法 蒸發(fā)差值法1.概述天然徑流量包括實(shí)測(cè)徑流量和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河川徑流影響的徑流量?jī)刹糠?，而人?lèi)活動(dòng)影響的這部分徑流量則需要還原計(jì)算。人們把受近期下墊面條件和人類(lèi)河道工程影響的河川徑流還原到過(guò)去無(wú)人類(lèi)活動(dòng)影響的徑流，稱(chēng)為還原計(jì)算。而天然徑流量的還原水量是指國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)用水后沒(méi)有回歸到河道內(nèi)的水，也就是河道的引取水量減去退水量。由于人類(lèi)活動(dòng)的影響,水資源利用率越來(lái)越高,河道外引用消耗的水量也不斷增加，各控制水文站的實(shí)測(cè)徑流已不能反映河川徑流的實(shí)際情況。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們改造自然，征服自然的過(guò)程中，修建了大量的水利工程，它們?cè)谌藗兊纳a(chǎn)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)生活中發(fā)揮了重要的作用，但是它們也改變了徑流的自然流態(tài)，所以在斷面上實(shí)測(cè)的徑流值，在時(shí)空分布上不能反應(yīng)天然徑流的真實(shí)情況，也不能反應(yīng)徑流在自然中的流動(dòng)特征和變化規(guī)律。河川還原水量與一般意義上的消耗水量是有區(qū)別的,一般意義的耗水量不適用于流域還原計(jì)算,特別是向流域外引水、高揚(yáng)程或遠(yuǎn)距離輸水、灌區(qū)內(nèi)滯留的水量等還原計(jì)算中需要用凈用水量;還原概念中把引出流域外的水量作為耗水量，如果沒(méi)有回歸河道則引水量即為耗水量,這里的耗水量為相對(duì)于河道來(lái)說(shuō)是凈用水量。2.天然徑流還原的計(jì)算2.1.分項(xiàng)調(diào)查法【2】2.1.1農(nóng)業(yè)耗水量計(jì)算對(duì)于農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，需要還原的是消耗于渠系和田間不能回歸的水量，也就是從總的實(shí)測(cè)河川徑流量中還原原本引出去灌溉，后又在灌溉過(guò)程中通過(guò)排水渠道和地下潛流回歸河道的水量。對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉耗水的計(jì)算，在有資料地區(qū)，一般是通過(guò)“引、退水量差”的方法來(lái)計(jì)算，也就是耗水量=引水量-退水量；而在沒(méi)有實(shí)測(cè)的引、退水資料的地區(qū)，則根據(jù)具體情況，利用“面積定額法【3】”來(lái)計(jì)算，其具體方法是：根據(jù)不同土地利用面積的植被與其灌溉定額的乘積來(lái)得到實(shí)際耗水量【4】。2.1.2工業(yè)耗水量計(jì)算對(duì)于工業(yè)來(lái)說(shuō)，一般情況下每年的用水量和退水量變化都不大，當(dāng)生產(chǎn)方式和規(guī)模不變時(shí)，對(duì)于較大的廠礦，我們可以到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，搜集調(diào)查時(shí)間段內(nèi)的引水量及退水量，從而得到工業(yè)耗水量；對(duì)于小型廠礦區(qū)，則可以調(diào)查典型廠礦的耗水量，再乘以區(qū)內(nèi)的小型廠礦數(shù)量，即得到區(qū)內(nèi)工業(yè)耗水量。2.1.3生活用水量計(jì)算對(duì)于城鎮(zhèn)居民，其用水量可以通過(guò)去當(dāng)?shù)爻墙ú块T(mén)或者供水部門(mén)進(jìn)行了解而得到；而對(duì)于農(nóng)村居民用水量，則在不同的水源，選取典型村鎮(zhèn)進(jìn)行調(diào)查，求得村鎮(zhèn)中每戶(hù)的用水量以及大、小牲畜以及家禽等的用水量，然后估算全流域的耗水量【5】。2.1.4水庫(kù)蒸發(fā)滲漏損失計(jì)算在修建水庫(kù)之前，下墊面條件為陸面，則其蒸發(fā)也為陸面蒸發(fā)，而當(dāng)修建水庫(kù)后，蒸發(fā)形式變?yōu)樗嬲舭l(fā)，這樣而產(chǎn)生的蒸發(fā)增量稱(chēng)為水庫(kù)蒸發(fā)損失。其計(jì)算方法為：W=0.1FE-(P-R)，W為蒸發(fā)損失量（萬(wàn)m3）;F為水庫(kù)庫(kù)區(qū)計(jì)算時(shí)段平均水位的相應(yīng)水面面積（km2）；E為蒸發(fā)皿觀測(cè)的水面蒸發(fā)量（mm）；P為降水量（mm）；R為徑流深（mm）；為水面蒸發(fā)換算系數(shù)【5】。水庫(kù)滲漏量的計(jì)算方法為：W滲=W入-（W出+EF+V），式中，W入為t時(shí)段內(nèi)水庫(kù)的入庫(kù)量；W出為t時(shí)段內(nèi)水庫(kù)的出庫(kù)量；V為t時(shí)段內(nèi)水庫(kù)的蓄水變量（増為正，減為負(fù)）【5】。2.1.5其它還原水量計(jì)算主要是包括跨流域引、排水量的計(jì)算，河道決口或分洪水量的計(jì)算，以及水庫(kù)蓄水變量的計(jì)算。對(duì)于整個(gè)流域，在一定的時(shí)期內(nèi)，根據(jù)水量平衡原理，列出水量平衡方程：W天然=W實(shí)測(cè)+W灌溉+W工業(yè)+W生活+W庫(kù)蒸+W庫(kù)滲+W蓄變W引水W分洪該方法原理簡(jiǎn)單，但資料收集比較困難，而且計(jì)算結(jié)果和所收集資料的準(zhǔn)確性和全面性密切相關(guān)，經(jīng)常導(dǎo)致的結(jié)果是計(jì)算精度差。2.2.降雨徑流模型法【6】徑流的形成是由降雨、蒸發(fā)、以及下滲等因子共同作用的，而降雨徑流模型法是基于下墊面大體一致，并且假定人為影響可以忽略的情況下，由降雨和徑流之間的相關(guān)關(guān)系而得出的一種模型算法。最簡(jiǎn)單的模型便是降雨徑流單因子模型，但是單一的降雨、年徑流關(guān)系點(diǎn)距比較散亂，為了提高精度，還應(yīng)加入一些其它因子，如汛期降雨量、年平均氣溫等。然后通過(guò)回歸分析，求出各因子的回歸系數(shù)，從而列出回歸方程，從而求得還原水量【7】。這種方法在實(shí)際中廣為應(yīng)用，在雨量充沛及供水條件和植被條件穩(wěn)定的山地區(qū)，降雨徑流關(guān)系比較穩(wěn)定，模型精度高。但是它還存在一定的缺點(diǎn)，比如計(jì)算結(jié)果不宜外延，外延的話(huà)會(huì)大大降低精度。2.3. 蒸發(fā)差值法這種方法是忽略了較長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)的流域內(nèi)的流域蓄水量變化項(xiàng)，此時(shí)的還原水量則可以用人類(lèi)活動(dòng)前后流域蒸發(fā)量的變化來(lái)表示。在人類(lèi)活動(dòng)前，陸面蒸發(fā)可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式求得，而水面蒸發(fā)則是通過(guò)實(shí)測(cè)蒸發(fā)資料算得，陸面蒸發(fā)和水面蒸發(fā)則是總的蒸發(fā)量。流域下墊面變化后的流域蒸發(fā)可以用流域總損失水量代替，即實(shí)測(cè)降水與徑流深的差值代替。其還原水量為流域下墊面變化前的蒸發(fā)量減去變化后的總蒸發(fā)量【8】。3.結(jié)語(yǔ)綜上所述，天然徑流量計(jì)算是水資源評(píng)價(jià)中的重要組成部分，計(jì)算天然徑流量的方法有很多種，每個(gè)方法都有它的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在應(yīng)用的過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定用哪種方法來(lái)提高精度。在今后的研究中，我們應(yīng)該結(jié)合新的技術(shù)和方法，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等方法來(lái)研究天然徑流量的還原計(jì)算。【1】 黃河天然徑流量計(jì)算解析.人民黃河.2001.23【2】 吳建華，魏茹生，趙海生等.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型下的土壩安全監(jiān)測(cè)仿真研究.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào).2008.20【3】 王玲，姚亞楠，奚秀梅，蘇建安，任遠(yuǎn)景.基于遙感的石河子墾區(qū)植被生態(tài)需水量的研究.石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2011.29【4】 唐曉娟，李元紅，張新民，王軍德.石羊河流域下游民勤縣生態(tài)需水問(wèn)題探討.中國(guó)水利.2008.13【5】 李素霞.河北省山區(qū)天然年