不同方法推算資水流域多年平均徑流量

佘玉良，張 晴

（湖南省水文水資源勘測中心，湖南 長沙 410000）

1 概 述

資水流域?qū)匍L江流域洞庭湖水系，是湖南省境內(nèi)第三大河流。自邵陽縣雙江口以上分為左右兩支，左支為赧水，是資水的正源，右支為夫夷水。兩河在邵陽縣雙江口匯合后始稱資水，流經(jīng)邵陽市納邵水，新化以下納石馬江、大洋江、渠江，安化以下納敷溪、洢溪、沂溪等支流，于益陽以下甘溪港注入洞庭湖。資水流域面積28 113 km2，湖南省境內(nèi)面積26 738 km2，全長653 km，流域平均坡降1.44‰。湖南省境內(nèi)的資水為兩個三級區(qū)，其中四級區(qū)分為夫夷水中下游、赧水、邵水區(qū)、石馬江區(qū)、柘溪庫區(qū)諸水系、柘溪以下等小水系。湖南省資水水資源分區(qū)見表1、圖1。

表1 資水水資源分區(qū)表

圖1 資水水資源分區(qū)圖

2 水文比擬法計算水資源量

從水資源分區(qū)圖可以看出，資水流域分為資水冷水江以上和以下2 個三級區(qū)，其中又分6 個四級區(qū)，見表1。三級區(qū)內(nèi)各四級區(qū)水量之和便是三級區(qū)的水量。三級區(qū)總水量則由控制站控制。資水兩個三級區(qū)均有水文站控制，資水冷水江以上三級區(qū)用冷水江站作為控制站，資水冷水江以下以桃江站水資源量減去冷水江區(qū)間水資源量作為控制，控制站能控制該分區(qū)大部分集水面積，則根據(jù)這些控制站逐年天然年徑流，按上下游面平均降水量和面積之比，加權(quán)計算三級區(qū)的系列。

而四級區(qū)內(nèi)各縣市水量之和就是該四級區(qū)的水量。各四級區(qū)內(nèi)大都有選用水文站，按下面公式推求各縣市的水量：

式中 Wb——行政縣市的水量；

Wa——選用代表站的水量；

Pb——行政縣市的面雨量；

Pa——用代表站的面雨量；

Fb——行政縣市的面積；

Fa——選用代表站的面積。

（以上水量單位萬m3，下同）

1）夫夷水中下游

區(qū)內(nèi)有新寧、塘渡口（三門江站2003 年下遷至塘渡口站）2 個水文站，控制面積分別為2 456 km2、45 48 km2。新寧站建站于1951 年，觀測至今。三門江站建站于1958 年，1956～1957 年徑流資料用該站降水徑流關(guān)系求得，資料成果可靠。區(qū)域內(nèi)徑流用塘渡口天然徑流減入境徑流推算。

實(shí)測資料系列1956～2016 年，區(qū)內(nèi)各縣徑流用塘渡口水文站徑流減入境徑流資料推求，其成果資料基本可靠。

2）赧水

區(qū)內(nèi)有洞口（二）、黃橋、隆回3 個水文站，控制面積分別為904 km2、2 660 km2、5 871 km2。洞口（二）1973年建站，其中1956～1973 年，1998～2000 年年徑流量用該站降水徑流關(guān)系求得。黃橋水文站1954 年建站，觀測至今。隆回1989 年建站，觀測至今。區(qū)內(nèi)各縣徑流用3 個站資料推求。其成果資料可靠。

3）邵水區(qū)

區(qū)內(nèi)有茅坪1 個水文站，控制面積為2 060 km2。茅坪1952 年建站，觀測至今。區(qū)內(nèi)各縣徑流用茅坪水文站資料推求。其成果資料基本可靠。

4）石馬江區(qū)

區(qū)內(nèi)設(shè)有邵陽水文站，區(qū)域出口下游有冷水江控制站，上游分別是赧水、邵水區(qū)、夫夷水中下游3 個區(qū)，這3 個區(qū)分別被隆回站、茅坪站、塘渡口站控制著，因此本區(qū)內(nèi)徑流用冷水江站與這3 個水文站之間的區(qū)間徑流進(jìn)行推求。徑流資料齊全，各縣水量成果資料可靠。

5）柘溪水庫諸水系

區(qū)內(nèi)有冷水江、鄒家灘2 個水文站，控制面積分別為16260km2、589km2。冷水江建站1957 年，1956 年用降雨徑流關(guān)系推求。鄒家灘建于1959 年，1956～1958 年用該站降雨徑流關(guān)系推求。本區(qū)域內(nèi)沒有能夠控制本區(qū)域水量的水文站點(diǎn)，因此根據(jù)地理特性和上下游水文站點(diǎn)分布情況，本區(qū)域內(nèi)隆回縣、安化縣、溆浦縣、新化縣水量用桃江、冷水江、竹溪坡、蒙公塘、鄒家灘之間的區(qū)間徑流推求計算，冷水江市、漣源市則用鄒家灘徑流推求計算。

6）柘溪以下等小水系

區(qū)內(nèi)代表站有竹溪坡、蒙公塘、桃江3 個水文站，控制面積分別為686 km2、509 km2、26 748 km2。區(qū)域內(nèi)水文站不具有代表性，因此根據(jù)地理特性和上下游水文站點(diǎn)分布情況，區(qū)域內(nèi)漢壽縣、益陽市市區(qū)用蒙公塘水文站徑流資料推求，桃江縣、安化縣用桃江、冷水江、竹溪坡、蒙公塘、鄒家灘之間的區(qū)間徑流推求計算。

3 等值線圖法推求區(qū)域多年平均徑流量

3.1 選擇水文站點(diǎn)并導(dǎo)出帶屬性的GIS 文件

根據(jù)各單站天然年河川徑流量統(tǒng)計分析結(jié)果，繪制1956～2016 年、1980～2016 年同步期多年平均天然徑流深等值線圖。選用區(qū)域內(nèi)質(zhì)量好、觀測系列長的水文站點(diǎn)資料，為滿足本次評價對資料的系列要求，對徑流系列不足61 年同步期的站，一律插補(bǔ)延長至61 年（即1956～2016 年）。在單站同步期系列期間平均天然年河川徑流量計算的基礎(chǔ)上，選取集水面積為300～5 000 km2的水文站的年徑流深均值作為主要點(diǎn)據(jù)，在大江大河的下游還可以計算一些區(qū)間徑流深均值作為補(bǔ)充點(diǎn)據(jù)，以便繪制多年平均年徑流深等值線圖。年徑流深均值點(diǎn)據(jù)一般應(yīng)繪制在相應(yīng)集水面積內(nèi)徑流分布的重心處。各選用水文站的集水面積不應(yīng)重疊，若有重疊時，下游站應(yīng)計算扣除上游站集水面積后的區(qū)間面積徑流深，點(diǎn)繪在區(qū)間面積的重心處。

本區(qū)域內(nèi)選用水文站點(diǎn)有黃橋、洞口（二）、新寧、茅坪、鄒家灘、楊德溪、蒙公塘。為了繪制等值線的準(zhǔn)確性，另外還選了資水流域周邊的一些水文站點(diǎn)作為參考。通過Excel 表格把選用的水文站點(diǎn)的信息錄入，主要有水文站名稱、編號，該站1956～2016 年系列的多年平均徑流深，該站1980～2016 年系列的多年平均徑流深，水文站重心點(diǎn)經(jīng)緯度。通過導(dǎo)入Excel 導(dǎo)入數(shù)據(jù)，以顯示x，y 數(shù)據(jù)，將Excel 中的水文站點(diǎn)導(dǎo)入到Arcgis中，完成水文站點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

3.2 繪制等值線

應(yīng)用Arcgis 中空間分析模塊克里金插值方法生成徑流深的柵格數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間分析模塊里面的表面分析生成徑流深等值線圖。應(yīng)用制圖工具對生成的等值線圖進(jìn)行平滑修正。通過區(qū)域分析量算兩相鄰等值線間的面積，采用面積加權(quán)法求得各水文站斷面以上徑流深。等值線圖見圖2、圖3。

圖2 資水流域1956～2016 年徑流深等值線圖

圖3 資水流域1980～2016 年徑流深等值線圖

3.3 對徑流深等值線圖進(jìn)行合理性檢查

選擇冷水江站和桃江站，從等值線圖上量算的天然年河川徑流量與單站計算值進(jìn)行比較，反復(fù)調(diào)整等值線分布，使等值線法計算的平均徑流深與水文站天然徑流計算結(jié)果相對誤差不超過±5%。冷水江站與桃江站計算值與量算值比較結(jié)果見表2。

表2 冷水江站與桃江站單站天然徑流深與等值線法量算值比較

3.4 區(qū)域徑流量的量取

等值線合理性檢查完后，繼續(xù)通過空間分析模塊中的區(qū)域分析，對各四級區(qū)徑流深進(jìn)行統(tǒng)計。統(tǒng)計結(jié)果見表3。將水文比擬法與等值線量算出的兩個系列的進(jìn)行比較，結(jié)果見表3。

表3 兩種方法計算的資水流域水資源量比較

4 結(jié)果分析

通過表3 可以看出，在水文站控制站與徑流深等值線合理檢查合格之后，用兩種方法計算四級區(qū)多年平均徑流量的結(jié)果存在差異，主要表現(xiàn)在夫夷水中下游、柘溪庫區(qū)諸水系、柘溪以下等小水系。夫夷水存在差異的主要原因是由于外省入境水量影響了本區(qū)域的水量，夫夷水上游區(qū)域是廣西資源縣，入境面積為1 375 km2，為暴雨中心區(qū)，在水文比擬法計算徑流量的時候已經(jīng)考慮了上游暴雨中心的影響，而用等值線法的時候，用的水文站徑流深是站以上流域的徑流深，上游暴雨中心區(qū)域的高值區(qū)被平攤到下游了，因而等值線量算法算出的徑流量會偏大。資水冷水江以下2 個四級區(qū)計算出水量普遍偏大，其主要原因是由于這2 個區(qū)域內(nèi)的水文站不具有代表性，用來繪制等值線的水文站點(diǎn)集水面積普遍較小，除了控制站以外的其他水文站點(diǎn)面積最大為686 km2。而在水文比擬法計算過程中，三級區(qū)的水量用控制站進(jìn)行了控制，從而導(dǎo)致這兩種方法計算出的徑流量會有偏差。