地表水資源量計算中存在的問題

馬驥

內蒙古自治區(qū)呼倫貝爾水文勘測局 內蒙古 呼倫貝爾 021000

引言

上世紀80年代初期，由“全國農業(yè)自然資源調查和農業(yè)區(qū)劃會議”牽頭組織，對我國境內的水資源進行了第一次普查工作。為全國各地的水資源評價、水利規(guī)劃、水利化區(qū)劃以及農業(yè)區(qū)劃提供了重要的科學依據(jù)。近三十年來，隨著社會的不斷進步，自然環(huán)境也發(fā)生了很大的變化，但水資源量的計算方法卻沒有相應的改進，只是在細節(jié)上做了一些修改，尚未形成完整的計算體系，因此水資源量統(tǒng)計結果的精確度并不能滿足當前社會的發(fā)展需求。因此有必要應用豐富的實測資料，對地表水資源量重新進行計算。

一、我國地表水資源量現(xiàn)狀

地表水資源指的就是地表水中可以逐年更新的淡水量，是水資源的重要組成部分之一，由分布在地表的各種水體組成，如海洋、江河、湖泊、沼澤、冰川以及積雪等。因為地表水和地下水之間存在一些必要的聯(lián)系，因此，在進行水資源評價時應當扣除地下水補給河流的那部分水量?，F(xiàn)代水資源管理學對于地表水的定義通常為存在于陸地上可實施人為控制并且能夠調度分配和科學管理的水。但在實際的生活中，地表水資源在不同情況下的定義也是不一樣的。從航運和養(yǎng)殖的角度來講，地表水資源主要指的是河道和水域中所存在的水；從能源的利用角度來講，則地表水資源通常指的是含有一定落差的河川徑流。按照理論值進行估算，全球范圍內的地表水總量為14億立方千米，其中海洋地表水13.7億立方千米；河流1700立方千米；淡水湖及水庫12.5萬立方千米；冰川和永久積雪水0.3億立方千米。截止2018年底，我國的地表水資源總量約為27462.5億立方米，基本與往年持平。其中地表水資源總量為26323.2億立方米，地下水資源總量為8246.5億立方米，地下水與地表水資源不重復量為1139.3億立方米。

二、地表水資源量計算中存在的問題

1、年徑流還原計算問題

1.1地表水資源量計算方法

目前，我國進行地表水資源總量計算所采用的方式為調查還原法。計算方式為實測徑流加還原徑流。其中還原徑流的內容包括河流的工農業(yè)引用水量、水庫內的蓄水量、水庫蓄水的蒸發(fā)損失及滲漏損失、跨流域引水、河道分洪決口水量等。對徑流進行還原的目的在于使河流的計算成果與天然情況基本一致，使結果更加準確，方便后期使用數(shù)理統(tǒng)計方法對地表水資源總量進行頻率分析。

1.2地表水資源量計算過程

我國季風性氣候明顯，因此降水總量基本上維持在一個恒定范圍內。但自從二十世紀以來，工農業(yè)的用水量逐年增加，平原地下水開采量也在增加，地下水位的下降導致包氣帶持續(xù)增厚。這就對產流條件產生了影響，改變了地表水和地下水之間相互轉換的關系。因為地下水位大幅度下降，所以地表水不得不對地下水進行補給，河川徑流的總量因此而減少。除了開采地下水之外，水土流失的保持也是一項廣泛且復雜的人類活動。水土流失的保持能夠蓄水保土，提高降水的利用效率，進而對流域產匯流條件造成影響，增加年徑流。另外，煤礦開采、工程建設、土地開發(fā)等都會使一定范圍內的流域產流條件發(fā)生變化，以目前的地表水統(tǒng)計技術而言，無法對上述條件進行還原。這也就味著當前的還原徑流并非準確數(shù)據(jù)。國內部分水文站通過對受人類活動影響較小區(qū)域的降水觀測，制作出了“模擬徑流量”曲線圖，將現(xiàn)行的還原徑流曲線圖與該圖進行對比可以發(fā)現(xiàn)明顯的不同之處，相關線并非以45°呈現(xiàn)。另外，該水文站數(shù)據(jù)顯示，我國在70年代由于地下水開采而導致的年徑流量下降約為2.50億m3/a，80年代約為4.00億m3/a，但后來根據(jù)還原徑流所得到的數(shù)據(jù)為6.35億m3/a和5.17億m3/a，70年代尚未進行還原的地下水開采量占到還原徑流總量的40%，80年代為77.4%，這說明地下水的嚴重開采已經對年徑流量造成了嚴重影響，如果不考慮地下水開采而進行地表水總量計算，其結果誤差會相當大。

在煤礦集中開采的區(qū)域，相關數(shù)據(jù)顯示自從上世紀70年代開始年徑流量在不斷減少。從70年代初期到70年代末期年徑流量平均減少約7.3mm，80年代初期到90年代末期年徑流平均減少16.8mm，由此可見因采礦而導致的年徑流量減少問題也相當嚴重。

上述舉例充分說明了當前還原徑流的計算并不徹底，部分區(qū)域的年徑流量并未得到充分還原，并且這些項目的還原至今為止都沒有一個良好的解決辦法，這對于當前地表水資源的計算來講是一個不容忽視的問題。

2、大型水庫的庫岸調節(jié)問題

在地表水資源量計算過程中，發(fā)現(xiàn)部分水庫在豐水年份出入庫水量并不一致，也就是入庫水量大于出庫水量，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的水庫并不在少數(shù)。以某水庫為例，該水庫在上世紀80年代的平均出入水庫水量差值為8000萬m3，而90年代的平均出入水庫水量差值為5000萬m3，在這期間這兩個水庫上游降水量總體來講都比較豐富，少有干旱的情況發(fā)生。后來經過實地調查和分析，發(fā)現(xiàn)造成出入庫水量不一致的原因在于庫岸調節(jié)失衡。通常情況下，在降水將比較豐富的年份，水庫內的水位線持續(xù)保持一個較高的水平，而高水位線所對應的庫岸土體密封并未到位，導致水庫內的水通過庫岸滲入兩側的巖土中；在降水比較緊缺的年份，水庫內水位線下降，兩側巖土內的地下水向水庫內回滲，導致水庫在旱季的出庫水量又高于入庫水量。因此，水庫的庫岸調節(jié)功能在特定年份對于年徑流量的影響還是比較明顯的，尤其在對徑流量的時程分配方面影響較大。對于庫岸調節(jié)所造成的水量統(tǒng)計該如何進行還原，也是目前需要研究和解決的問題之一。

3、河道滲漏還原問題

我國地域廣袤，不同的區(qū)域有不同的地質條件，每一條河流或多或少都會流經斷層帶或是石灰?guī)r等比較容易滲水的區(qū)域。當河流經過這段區(qū)域時大量的河水會滲漏到地下對地下水進行補給，個別地方的滲漏尤為嚴重，甚至在枯水年份的年凈流量為負值。某河流有一段面積為4269km2的區(qū)域，該區(qū)域內包含有四個地市行政區(qū)，在區(qū)域內還有一處泉眼往出涌水。正常情況下，該區(qū)域的年份流量約為7m3/s左右。若要對這四個地市行政區(qū)內的地表水資源分別進行計算，就必須先計算清楚各個地市行政區(qū)域內的區(qū)間產流量和滲漏量，然后再根據(jù)各地市行政區(qū)域的產流條件和滲漏條件將計算結果進行分配。對于各地市行政區(qū)域的地表水資源計算工作來講，首先要建立區(qū)間水量平衡方程，即W上+W區(qū)產+W區(qū)泉-W區(qū)滲=W下，該方程式中除了W區(qū)產和W區(qū)滲外均為已知數(shù)值，因此還要再建立一個流域內的滲漏方程，對已滲漏的水量進行有效計算。滲漏方程需要根據(jù)歷年區(qū)間不產流時期上下游的實測徑流資料進行建立，最終方程式如下：θ區(qū)=0.201W區(qū)入0.9355，其中W區(qū)入=W上+KW區(qū)產，K=0.3-0.5。根據(jù)水量平衡方程和滲漏方程可知區(qū)間產流量和區(qū)間河道滲漏量，從而將計算結果分配至各個地市行政區(qū)。上述計算方法從理論上來講并不存在任何問題，但在實際的應用過程中卻存在迭代計算不收斂的問題。后對該問題進行分析，發(fā)現(xiàn)導致迭代計算不收斂的原因在于建立滲漏方程的數(shù)據(jù)較少，無法客觀體現(xiàn)出該域內的長期的滲水量。因此，河道滲漏對于地表水資源總量的計算是一個不能忽視的問題，但河道滲漏量的準確計算又需要以大量的河道滲漏數(shù)據(jù)作為支撐，或是有滲漏區(qū)域內上下游比較詳實的水文記錄資料，當然，如果兩種資料數(shù)據(jù)都有并能進行補充和印證，將會極大的有利于滲漏量的計算。然而實際情況是，既沒有河道滲漏數(shù)據(jù)，也沒有上下游的水文記錄資料，即便是有，也因為數(shù)量較少或是年份過短起不到任何實質性的幫助作用。

結束語

文章所描述的三大問題，會對地表水資源總量計算的準確性造成嚴重影響。水庫庫岸調節(jié)失衡以及河道滲漏這兩個問題，可以通過大量分析資料進行還原和計算。而年凈流量的還原則需要根據(jù)當?shù)厝祟惢顒訉ψ匀画h(huán)境的影響來進行還原。我國人口自新中國以來持續(xù)增長，再加上各行各業(yè)的發(fā)展，對于水資源的需求只會越來越多，同時這也是社會發(fā)展的大趨勢。因此相關部門及工作人員要及時準確的做好地表水資源統(tǒng)計工作，為國家和社會的可持續(xù)發(fā)展做出應有的貢獻。