偏巖河流域木孔水文站以上徑流還原計(jì)算分析

葉人源，何 鳳

（中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

0 引言

水文徑流資料是進(jìn)行水文預(yù)報(bào)、水文水利計(jì)算和維持生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展的重要依據(jù)［1］。由于人類活動(dòng)因素的影響，水文測(cè)站的實(shí)測(cè)徑流已不能代表天然徑流的實(shí)際情況，要想得到水文站的天然徑流，必須進(jìn)行還原計(jì)算［2］。

偏巖河是烏江中游左岸一級(jí)支流，木孔水文站位于偏巖河中游，受上游人類活動(dòng)的影響，木孔水文站實(shí)測(cè)徑流資料小于天然徑流。本文通過(guò)分析上游城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活用水、農(nóng)田灌溉用水、電廠取水對(duì)木孔水文站徑流的影響，采用逐項(xiàng)分析法對(duì)木孔水文站的實(shí)測(cè)徑流資料進(jìn)行還原計(jì)算［3-4］，以期對(duì)偏巖河流域水資源開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 流域和測(cè)站概況

1.1 域概況

偏巖河位于貴州省金沙、遵義兩縣交界處，發(fā)源于貴州省金沙縣桂花鄉(xiāng)的菖蒲塘，流向東南，于遵義縣三合鎮(zhèn)兩河口匯入烏江，全流域集水面積2243 km2，主河道長(zhǎng)140km，主河道平均坡降為3‰，多年平均徑流量為9.39 m3。河源至西洛河口為上游，西洛河口至牛欄河口為中游，牛欄河口以下為下游。該河水系發(fā)育，呈樹枝狀分布，有一級(jí)支流15條，其中流域面積在100km2以上的一級(jí)支流有底水河、樂(lè)民河、西洛河、龍?zhí)梁?、花灘河?/p>

1.2 站情況

木孔水文站于1983年設(shè)立，由原下游石牛口水文站上遷，是長(zhǎng)江流域?yàn)踅狄患?jí)支流偏巖河控制站，是省級(jí)重要水文站。該站位于金沙縣木孔鄉(xiāng)新江村，控制集水面積999km2，測(cè)站高程約為720m，現(xiàn)有1984～2017年的水位、流量等觀測(cè)資料。

石牛口水文站位于金沙縣官田鄉(xiāng)的偏巖河下游河段，于1956年1月設(shè)立，為基本水文站，控制集水面積2182km2。測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)無(wú)彎道、急灘，河床較穩(wěn)定。因受烏江渡水電站水庫(kù)蓄水影響，石?？谒恼居?979年撤銷，共具有1957～1978年的水位、流量等觀測(cè)資料。

2 木孔水文站資料插補(bǔ)延長(zhǎng)

2.1 孔水文站1979～1983資料插補(bǔ)延長(zhǎng)

木孔水文站有1984～2017年共計(jì)34年的徑流系列資料，石?？谒恼居?957～1978年共計(jì)22年的徑流資料系列。為提升木孔水文站水文資料的代表性，采用下游的石?？谒恼玖髁抠Y料對(duì)其進(jìn)行展延。由于石牛口水文站僅有1957～1978年的實(shí)測(cè)徑流資料，直接用其對(duì)木孔水文站資料延長(zhǎng)后仍然缺少1979～1983年5年的資料，故還需要通過(guò)其他鄰近水文站資料進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)。經(jīng)分析，木孔水文站1984年5月～2009年4月共計(jì)25年的水文資料與鄰近烏江支流湘江上的湘江水文站1984年5月～2009年4月共計(jì)25年的水文資料相關(guān)性好，具有線性相關(guān)關(guān)系，故通過(guò)收集到的湘江水文站資料對(duì)木孔站缺測(cè)的1979～1983年共5年的流量資料進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)，兩站年流量相關(guān)關(guān)系如圖1所示，其一元線性相關(guān)性方程式為Y=1.21 +1.52 R2=0.665

2.2 孔水文站1957～1978年資料延長(zhǎng)

經(jīng)分析，木孔水文站以上流域面雨量為997.5 mm，石?？谒恼疽陨狭饔蛎嬗炅繛?92.4mm，兩站面雨量基本一致，所以石牛口站流量資料可應(yīng)用于木孔水文站。將石?？谒恼?957～1978年的流量資料按面積比的修正系數(shù)（K=0.458）修正后，組成木孔水文站1957～2017年的流量系列資料。

3 木孔水文站資料還原［5-6］

木孔水文站位于偏巖河干流中游，測(cè)站以上流域內(nèi)有金沙縣縣城、安底、泮水等人口較為密集的地區(qū)，還有黔北發(fā)電廠等用水大戶，且流域農(nóng)田灌溉工程較多，用水對(duì)徑流過(guò)程有一定的影響。

3.1 城鎮(zhèn)綜合及農(nóng)村人畜飲水耗水計(jì)算

木孔水文站以上流域2017年城鎮(zhèn)居民人口為14.09萬(wàn)人、農(nóng)村人口為24.52萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率為36.5%。2017年，該流域城鎮(zhèn)居民綜合用水量為185m3／（人·a），農(nóng)村人口綜合生活用水量約為23m3／（人·a），計(jì)算出年總用水量為3171萬(wàn)m3。1957年，木孔水文站以上流域內(nèi)城鎮(zhèn)人口為6.03萬(wàn)人，農(nóng)村人口為17.2萬(wàn)人，城鎮(zhèn)居民綜合用水量按95m3／（人·a）計(jì)算，農(nóng)村居民綜合用水量按15.5 m3／（人·a）計(jì)算，計(jì)算出總用水量為839萬(wàn)m3。1957～2017年，木孔水文站以上流域城鎮(zhèn)及農(nóng)村綜合用水量為839～3171萬(wàn)m3。城鎮(zhèn)用水耗水量按用水量的20%計(jì)，農(nóng)村用水耗水量按用水量的90%計(jì)，由此計(jì)算出該流域1957～2017年城鎮(zhèn)及農(nóng)村耗水量為355～1029萬(wàn)m3。

3.2 黔北發(fā)電廠用水耗水計(jì)算

黔北發(fā)電廠和茶園發(fā)電廠是偏巖河上2個(gè)直接從干流中取水的用水大戶，需分析其取用水對(duì)徑流資料的影響。

黔北發(fā)電廠位于貴州省金沙縣城東北約3km處，屬大型坑口電站，有4×125MW機(jī)組和4×300 MW機(jī) 組，4×125MW機(jī) 組 從 偏 巖 河 取 水，4×300 MW機(jī)組分別從偏巖河和小洋溪水庫(kù)取水。4×125 MW機(jī)組工程于1997年4月18日正式開(kāi)工，1＃機(jī)組 于1998年10月31日 移 交 生 產(chǎn)，2＃、3＃機(jī) 組 于1999年投產(chǎn)，4＃機(jī)組于2000年1月16日投產(chǎn)。4×300MW機(jī)組工程于2001年11月25日正式開(kāi)工建設(shè)，1＃機(jī) 組于2003年3月5日開(kāi)始投產(chǎn)發(fā)電，2004年9月29日全部工程完工。

茶園電廠（黔北發(fā)電廠“上大壓小”異地新建一期工程）位于金沙縣茶園鄉(xiāng)三和村中壩，于2016年正式運(yùn)行。現(xiàn)有一期2×600MW機(jī)組，分別從偏巖河桂花河段及勝天水庫(kù)取水，偏巖河取水量為895萬(wàn)m3，勝天水庫(kù)取水量為404萬(wàn)m3，年總?cè)∷繛?299萬(wàn)m3。

對(duì)黔北電廠和茶園電廠的還原計(jì)算是從偏巖河取水量扣減退水量后的耗水量加上小洋溪水庫(kù)和勝天水庫(kù)的二次調(diào)節(jié)后扣減退水量后的耗水量。經(jīng)計(jì)算，1998～2017年，電廠總?cè)∷繛?70.3～3127.1萬(wàn)m3，總退水量為61.1～1288.5萬(wàn)m3，總耗水量為109.2～2355.4萬(wàn)m3。

3.3農(nóng)田灌溉用水耗水計(jì)算

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，木孔水文站以上流域內(nèi)2017年實(shí)際灌溉面積為10.18萬(wàn)畝（水田4.83萬(wàn)畝、旱地5.35萬(wàn)畝），農(nóng)田灌溉耗水只考慮水田耗水。根據(jù)調(diào)查，2017年灌溉水利用系數(shù)采用0.45。若各年灌溉水利用系數(shù)按年均降低率0.2%計(jì)算，1957年灌溉水利用系數(shù)為0.40。1957年，渠控實(shí)際灌溉面積為13796畝，水田夏季種植水稻，冬季復(fù)種油菜。根據(jù)調(diào)查，當(dāng)?shù)赜筒藘H水田復(fù)種地有灌水習(xí)慣，旱地復(fù)種地未進(jìn)行灌溉，水田復(fù)種指數(shù)約為1.2。

在計(jì)算灌溉用水量時(shí)，沒(méi)有整改的水稻灌溉制度為“淺、深、淺”模式，2014年后的水稻灌溉制度為“薄、淺、濕、曬”模式；灌溉定額根據(jù)金沙氣象站降水量、水面蒸發(fā)量等資料確定。采用“淺、深、淺”模式計(jì)算出水稻多年平均灌溉定額為322m3／畝，P=80%的灌溉定額為351m3／畝；采用“薄、淺、濕、曬”模式計(jì)算出水稻多年平均灌溉定額為280m3／畝，P=80%的灌溉定額為319m3／畝。油菜多年平均灌溉定額57.2m3／畝，P=80%的灌溉定額為64.7m3／畝。經(jīng)計(jì)算，該流域1957～2017年農(nóng)田灌溉供水量為1125～3823萬(wàn)m3，灌溉耗水量為743～2524萬(wàn)m3。

4 還原結(jié)果合理性分析

4.1 計(jì)算結(jié)果

木孔水文站以上流域徑流還原計(jì)算結(jié)果如表1所示。

4.2 果分析

由表1可知，木孔水文站徑流資料還原后，年平均流量為13.153／s，比還原前增加0.943／s，折算增加徑流深29.8 m，站址處天然徑流深為415.2 m，與等值線圖相吻合。徑流資料還原后，年徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)Cv不變，枯水期（11月～次年4月）和最小月的Cv均略顯偏小。由此可見(jiàn)，人類活動(dòng)影響致使樣本系列離散程序加大，符合流域?qū)嶋H情況。另外，還原前，木孔水文站最小月平均徑流量為3.433／s，還原后最小月平均徑流量為3.833／s，增量為0.403／s，符合流域?qū)嶋H情況。

5 結(jié)語(yǔ)

木孔水文站以上流域受人類活動(dòng)影響較大，必須對(duì)木孔水文站測(cè)站斷面以上的徑流資料進(jìn)行還原，才能作為水資源開(kāi)發(fā)利用的依據(jù)。木孔水文站徑流資料還原采用分項(xiàng)還原法，通過(guò)實(shí)際調(diào)查、收集大量資料，逐一分析計(jì)算了各項(xiàng)影響木孔水文站徑流的耗水量，得到了天然情況的徑流。還原后的徑流資料可以廣泛應(yīng)用于工程水文計(jì)算中。