烏拉特中旗狼山地區(qū)地表水資源量評(píng)價(jià)研究

郎宏磊

（吉林省水文水資源局白城分局，吉林白城137000）

烏拉特中旗狼山地區(qū)地表水資源量評(píng)價(jià)研究

郎宏磊

（吉林省水文水資源局白城分局，吉林白城137000）

通過(guò)對(duì)烏拉特中旗狼山地區(qū)水文氣象資料收集和分析處理，對(duì)地表水資源量進(jìn)行了評(píng)價(jià)計(jì)算。旨在說(shuō)明其地表水資源數(shù)量和地表水資源可利用量，為實(shí)現(xiàn)該地區(qū)的水資源的供需平衡及水資源合理開(kāi)發(fā)、利用、節(jié)約、保護(hù)提供依據(jù)、對(duì)策和建議。

水資源評(píng)價(jià)；烏拉特中旗狼山地區(qū)；內(nèi)蒙古

1　概　　況

以?xún)?nèi)蒙古烏拉特中旗狼山地區(qū)為評(píng)價(jià)區(qū)，總面積為9960.50km2，屬大陸性干旱氣候區(qū)。評(píng)價(jià)區(qū)北部山區(qū)屬于陰山山脈西段，包括前、后狼山各一部分。山脈走向近東西，主要是中低山、低山丘陵、沖狀態(tài)高平原和河谷平原地形。

烏拉特中旗以狼山山地丘陵與渣爾泰山余脈為分水嶺，劃成兩個(gè)水系。南部為黃河水系，從黃河最大年引水量為2.22億m3，多年平均引水量為1.76億m3；北部為內(nèi)陸河水系。狼山地區(qū)內(nèi)山地、丘陵，溝谷河系較發(fā)育，河床較寬，地形坡度在1/30～1/300之間，出口處形成較大的沖洪積扇。狼山地區(qū)內(nèi)河流、水系不發(fā)育，在山丘區(qū)多以南北向干谷為主，僅布爾嘎斯溝、東烏蓋溝、呼勒斯太溝、前達(dá)門(mén)溝、罕烏拉溝、敖布拉格、木倫河、扎拉格河等常年有水，其它溝谷均屬季節(jié)性河流。

2　數(shù)據(jù)收集　　處理及初步分析

2.1數(shù)據(jù)收集

針對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)，共收集了狼山地區(qū)及其周邊地區(qū)3個(gè)水文站、12個(gè)降水量站和5個(gè)氣象站的水文氣象資料。影響地表水資源數(shù)量評(píng)價(jià)主要為降水、蒸發(fā)（E601數(shù)據(jù)）和徑流3個(gè)因子，其它次要因子（氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)等）對(duì)計(jì)算出的結(jié)果影響不大，在這里不詳細(xì)敘述。

2.2水資源計(jì)算分區(qū)

根據(jù)《水資源評(píng)價(jià)導(dǎo)則》及《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃技術(shù)大綱》要求，水資源評(píng)價(jià)先以流域?yàn)榛A(chǔ)，再套合匯總到各行政分區(qū)上。因此，此次水資源評(píng)價(jià)按照河流水系流入同一個(gè)流域劃分為一個(gè)區(qū)，共分了14個(gè)二級(jí)區(qū)，在二級(jí)區(qū)基礎(chǔ)上，我們又劃分了18個(gè)三級(jí)區(qū)。

2.3數(shù)據(jù)的處理及初步分析

2.3.1降水資料

對(duì)于需要插補(bǔ)、延長(zhǎng)的某一站點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在對(duì)參證站的降水資料代表性、一致性、連續(xù)性分析的基礎(chǔ)上，采用單變量或雙變量把其與參證站進(jìn)行相關(guān)分析，進(jìn)而建立相關(guān)方程，進(jìn)行插補(bǔ)延展。針對(duì)插補(bǔ)的測(cè)站而言，在選擇用于插補(bǔ)的參證站時(shí)，盡量選擇鄰近的降水量測(cè)站，其次選擇緯度相近的降水量測(cè)站，最后選擇經(jīng)度相近的降水量測(cè)站。當(dāng)有多個(gè)測(cè)站可供選擇，無(wú)法確認(rèn)哪一個(gè)作為參證站時(shí)，分別對(duì)插補(bǔ)站、各參證站的降水量進(jìn)行單變量回歸分析，最后選擇相關(guān)最顯著的參證站。如果有多個(gè)測(cè)站的相關(guān)關(guān)系都較好，相關(guān)系數(shù)又相差不大，則均選作參證站。此次降水量回歸分析時(shí)，參證站選擇控制在2個(gè)以?xún)?nèi)。利用插補(bǔ)延展后的降水資料通過(guò)距離反比法計(jì)算流域各分區(qū)的平均降水量。

2.3.2徑流量資料

1）利用流域平均年降水量與年徑流量、測(cè)站年徑流量與年徑流量之間關(guān)系進(jìn)行插補(bǔ)。在流域平均年降水量與年徑流量的相關(guān)分析中，只有金門(mén)相關(guān)性達(dá)到相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)值要求，即r（金門(mén)）=0.801＞R臨界（2，17，0.01）＝0.606，回歸方程通過(guò)F檢驗(yàn)，方程穩(wěn)定，可以用于回歸模擬。

2）將其余各水文站流域平均月降水量與月徑流量、測(cè)站月徑流量與月徑流量系列作相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)均接近相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)值，但未達(dá)到檢驗(yàn)值。因此，嘗試同時(shí)采用月降水和月徑流分段插補(bǔ)月徑流量資料。例如海流圖站月徑流量序列中，11—1月徑流量序列、2—4月徑流量序列與阿塔山對(duì)應(yīng)月序列相關(guān)性較好，而5—10月徑流量序列與該站對(duì)應(yīng)月降水量序列相關(guān)性較好，滿足相關(guān)檢驗(yàn)臨界值要求，同時(shí)回歸方程通過(guò)F檢驗(yàn)，方程穩(wěn)定，可以用于回歸模擬。將插補(bǔ)延展后得到各徑流站的年徑流量進(jìn)行一致性分析，才能用于天然徑流量的還原計(jì)算。

2.3．3蒸發(fā)

作為水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)，蒸發(fā)是水量平衡的重要要素。用折算系數(shù)法計(jì)算水面蒸發(fā)，公式為：

E0=KE601（1）式中：K為折算系數(shù)，目前許多地區(qū)尚無(wú)實(shí)測(cè)的折算系數(shù)，實(shí)際計(jì)算中往往是用臨近地區(qū)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。E601為E601型蒸發(fā)器，mm。E0為蒸發(fā)量，mm。計(jì)算已有站點(diǎn)蒸發(fā)數(shù)據(jù)的干旱系數(shù)，見(jiàn)表1。

表1　各時(shí)間段干旱系數(shù)

根據(jù)烏拉特中旗氣象站多年平均E601各月月均水面蒸發(fā)量的統(tǒng)計(jì)分析，蒸發(fā)量的月分配受氣候的月際變化影響較大，1月蒸發(fā)量最小，其值為15.55mm，蒸發(fā)量自2—3月開(kāi)始迅速增大，到6月達(dá)最大，其值為273.94mm，6—10月緩慢下降，在10—11月間又迅速下降，而后才緩慢下降到1月的最小值。蒸發(fā)量多年平均最大連續(xù)4個(gè)月（5—8月）水面為968.4mm，占全年1546.5mm的62.6%。

陸面蒸發(fā)（土壤蒸發(fā)和植物散發(fā)）難于直接觀測(cè)，采用水量平衡估算，即流域年降水量減去年徑流量得到流域蒸發(fā)量。計(jì)算可得評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)多年平均陸面蒸發(fā)：1956—1979年為184.9mm；1980— 2006年為185.4mm；1956—2006年為185.1mm。

3　地表水資源量計(jì)算

3.1流域區(qū)域徑流量計(jì)算

用水文比擬法（降水、面積倍比法）計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)域徑流量。按已知流域的流域面積、流域平均年降水量和流域天然徑流量，換算出未知流域天然年徑流量，換算公式為：

式中：Wy為未知流域天然年徑流量，萬(wàn)m3；Fy為未知流域產(chǎn)流區(qū)面積，km2；Fx為已知流域產(chǎn)流區(qū)面積，km2為未知流域平均年降水量，mm；為已知流域平均年降水量，mm；Wx為已知流域天然年徑流量，萬(wàn)m3。

從3個(gè)角度對(duì)研究區(qū)域的徑流量進(jìn)行了計(jì)算：1）將3個(gè)已知水文站按照地理位置，分配給相鄰的分區(qū)，從而計(jì)算研究區(qū)域的水資源量；2）由于阿塔山距離所有分區(qū)較遠(yuǎn)，在計(jì)算過(guò)程中，只選取海流圖和金門(mén)來(lái)計(jì)算研究區(qū)域水資源量；3）阿塔山的徑流資料最完整，它沒(méi)有進(jìn)行插補(bǔ)延展，計(jì)算出的數(shù)據(jù)誤差較小，故只用該站計(jì)算研究區(qū)水資源量。

3.2結(jié)果與分析

阿塔山站計(jì)算的水資源量最大，用海流圖、金門(mén)和阿塔山3站計(jì)算量次之，而用海流圖和金門(mén)兩站計(jì)算量最??；計(jì)算結(jié)果顯示1981年之后水資源量有明顯的減少。

原因分析：1）由阿塔山計(jì)算出的水資源量相對(duì)偏大，因?yàn)榘⑺秸镜靥幯芯繀^(qū)域東部，降水規(guī)律為自西向東降水量逐漸增加，因此該站測(cè)出的降水量、徑流量都相對(duì)較大，由它計(jì)算出的研究區(qū)水資源量也會(huì)隨之較大。綜合3個(gè)方法計(jì)算的水資源量，最后選擇由阿塔山、海流圖、金門(mén)3個(gè)水文站計(jì)算出的研究區(qū)水資源量。2）在計(jì)算兩時(shí)間段內(nèi)的區(qū)域蒸發(fā)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，區(qū)域年蒸發(fā)量變化不大；而區(qū)域水資源量與降水量相關(guān)性密切，而年平均降雨量由 1981—2006年時(shí)段內(nèi)的174.9 mm下降到1956—1980年的165.7mm，減少了5.3%，可見(jiàn)降雨量的減少可能是地表水資源量較少的主導(dǎo)因素。

3.3地表水資源可利用量估算模擬

鑒于海流圖站以上流域從各方面條件均可近似代表評(píng)價(jià)區(qū)的實(shí)際情況，因此，選擇海流圖站以上流域地表水資源可利用率作為評(píng)價(jià)區(qū)地表水資源可利用率。

海流圖站以上流域地表水資源可利用率計(jì)算過(guò)程：

1）計(jì)算海流圖站地表水資源量的多年平均值。據(jù)1956—2006年海流圖站天然年徑流量，統(tǒng)計(jì)出海流圖站地表水資源量的多年平均值為443.844萬(wàn)m3。

2）計(jì)算維持河道基本功能的生態(tài)需水量。多年平均河道最小生態(tài)環(huán)境需水量可取年徑流量的10%～20%，根據(jù)該水系的實(shí)際情況，取多年平均年徑流量的15%作為平均河道最小生態(tài)環(huán)境需水量。其值為W生態(tài)=443.844×0.15=66.577萬(wàn)m3。

3）計(jì)算地表水資源可利用量，其值為地表水資源量減去河道內(nèi)最小生態(tài)環(huán)境需水量后，再減去汛期難于控制利用的洪水量。

海流圖站下游有德嶺山水庫(kù)，該水庫(kù)除控制海流圖河外，另還控制博格爾高勒溝和烏敦?zé)岣窀呃諟希瑑蓽蠀R合后又與海流圖河匯合進(jìn)入德嶺山水庫(kù)。德嶺山水庫(kù)在除險(xiǎn)加固后調(diào)節(jié)庫(kù)容為488萬(wàn)m3，由于該水庫(kù)是該流域主要利用地表水的水源工程，因此，我們可采用其對(duì)海流圖河的一次最大調(diào)節(jié)水量作為控制汛期洪水下泄的水量。經(jīng)過(guò)對(duì)另兩溝天然徑流量的求取，按照三溝同時(shí)發(fā)生洪水的原則，德嶺山水庫(kù)對(duì)單一海流圖河的一次最大調(diào)節(jié)水量為231.52萬(wàn)m3。

由于洪水的隨機(jī)性以及評(píng)價(jià)區(qū)現(xiàn)狀地表水資源開(kāi)發(fā)利用程度較低，尤其是流域上游地區(qū)。因此，流域汛期可以控制利用的最大洪水量要比231.52億m3還大。考慮全國(guó)水資源綜合評(píng)價(jià)規(guī)范要求，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐乇硭Y源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，可以控制利用的洪水量上限取實(shí)測(cè)值的1.1倍，即本地區(qū)為231.52×1.1=254.672萬(wàn)m3。

根據(jù)以上確定的汛期可以控制利用的最大洪水量，應(yīng)用海流圖站1956—2006年51年汛期洪水量（7—9月天然）系列，逐年計(jì)算汛期下泄洪水量。汛期洪水量中大于的部分作為難于控制利用的洪水量，汛期洪水量小于或等于，則下泄洪水量為0。根據(jù)算出的下泄洪水量系列，計(jì)算多年平均汛期難于控制利用的洪水量。

式中：W泄為多年平均汛期難于控制利用的洪水量，萬(wàn)m3；W1d為海流圖站第i年汛期（7—9月）天然徑流量，萬(wàn)m3；Wm為汛期可以控制利用的最大洪水量，萬(wàn)m3；n為系列年數(shù)（51年）。

歷年汛期難于控制利用的洪水量51年的多年平均值為127.68萬(wàn)m3。

4）計(jì)算地表水資源可利用率，其值為地表水資源可利用量除以地表水資源量。

根據(jù)以上計(jì)算的多年平均最小生態(tài)環(huán)境需水量66.58萬(wàn)m3和汛期難于控制利用的洪水量127.68萬(wàn)m3，計(jì)算得出海流圖站以上流域多年平均地表水資源可利用量為249.58萬(wàn)m3。則得出地表水資源可利用率為56.23%。

研究區(qū)地表水資源可利用量估算，由公式W可= 0.56·W總直接計(jì)算可利用資源量。1956—2006年，狼山地區(qū)的地表水資源量為5599.20萬(wàn)m3，可利用量為3135.55萬(wàn)m3。

4　結(jié)論與展望

水資源作為一種動(dòng)態(tài)資源，隨人為干預(yù)及氣候環(huán)境的變化而變化。以水文氣象數(shù)據(jù)為依據(jù)，估算了烏拉特中旗黃河流域狼山地區(qū)的地表水資源量及可利用地表水資源。1956—2006年，狼山地區(qū)的地表水資源量為5599.20萬(wàn)m3?？衫昧繛?135.55萬(wàn)m3。

針對(duì)狼山地區(qū)內(nèi)徑流泥沙數(shù)據(jù)較少的現(xiàn)狀，建議增加數(shù)據(jù)測(cè)站，為研究區(qū)內(nèi)水資源的節(jié)約、開(kāi)發(fā)利用、配置及治理工作提供足夠的數(shù)據(jù)支持。由于研究區(qū)內(nèi)降雨量年內(nèi)分配極其不均，汛期降水集中，加之水利工程少，易造成階段性水資源匱乏，建議增加水利工程。另外，由于未收集到最新數(shù)據(jù)資料，只能對(duì)已有數(shù)據(jù)年限水資源量研究分析，而近十年隨著地區(qū)政策施行及水利工程措施的進(jìn)步，水資源量計(jì)算是會(huì)出現(xiàn)量值上的差異，而此研究可作為對(duì)比研究的依據(jù)。

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A

1002－0624（2015）10－0035－03

2015-07-15