太湖流域浙西區(qū)出入水量平衡計(jì)算及誤差分析

周 旋，李小韻

（1.無錫市濱湖區(qū)水利局，江蘇 無錫 214000；2.無錫市河湖治理和水資源管理中心，江蘇 無錫 214000）

出入水量平衡調(diào)查分析是推進(jìn)用水總量控制與水量合理分配等水資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ)工作之一。浙西區(qū)位于太湖流域上游， 是太湖流域本地水資源入太湖的主要地區(qū)， 在流域水資源配置中占有重要的地位。通過此次研究，掌握本地區(qū)出入水量的影響因素，為進(jìn)一步研究太湖流域的水量平衡、加強(qiáng)流域水資源有效管理奠定了工作基礎(chǔ)。

1 概述

太湖流域位于長江三角洲南翼，北依長江，東臨東海，南濱錢塘江，西以天目山、茅山為界，流域面積為36895 km2［1］。根據(jù)河道水系分布、地形地貌、治理特點(diǎn)等，太湖流域被劃分為8 個水利分區(qū)。浙西區(qū)位于流域西南部，區(qū)內(nèi)涉及湖州、德清、臨安、長興和安吉等市縣。區(qū)域東側(cè)以東苕溪導(dǎo)流堤線為界，北與湖西區(qū)相鄰，西、南以流域界為限，總面積為5931 km2，占太湖流域面積的16.08%［2］。 區(qū)域內(nèi)主要包括苕溪水系和長興水系兩大水系。 苕溪水系處于浙江省北部， 有東苕溪、 西苕溪兩大源流， 東苕溪流域面積2306 km2，西苕溪流域面積2273 km2，東苕溪、西苕溪主流匯合于湖州市白雀塘橋，后經(jīng)長兜港流入太湖。長興水系發(fā)源于長興西部山丘區(qū)，包含長興港、 楊家浦港、 合溪新港等多條河道， 流域面積1352 km2，經(jīng)由長興流入太湖。

圖1 浙西區(qū)行政分區(qū)及巡測站點(diǎn)示意圖

2 資料與方法

浙西區(qū)水量平衡計(jì)算是通過研究影響區(qū)域水量平衡的要素，對各要素水量變化情況進(jìn)行計(jì)算分析。主要要素為沿太湖口門出入水量，區(qū)域降水量、區(qū)域產(chǎn)水量、區(qū)域耗水量、沿東苕溪口門出入水量及區(qū)域大中型水庫蓄變量。各要素來源如下：

（1）沿太湖口門出入水量。自20 世紀(jì)70 年代起，環(huán)太湖周邊地區(qū)水利部門為掌握出入太湖水量，每年均組織開展水文巡測工作。 水文巡測是通過在入湖水量較大的河流上設(shè)置基點(diǎn)站，每日定時(shí)測驗(yàn)1～2 次流量，其他較小河道考慮實(shí)時(shí)水情，不定時(shí)進(jìn)行流量測驗(yàn)。 利用基點(diǎn)站流量與巡測段總流量建立關(guān)系， 推求出入湖水量。 對于與基點(diǎn)站距離較遠(yuǎn)的河道，無法在同一個巡測段內(nèi)建立關(guān)系，則單獨(dú)設(shè)站測驗(yàn)。浙西區(qū)沿湖設(shè)置2 個單站和1 個巡測段，包括楊家埠站、杭長橋站、長興（二）段。

（2）區(qū)域降水量。收集整理浙西區(qū)20 個雨量代表站逐日降水資料， 通過泰森多邊形法計(jì)算得到浙西區(qū)面降水量。

（3）區(qū)域產(chǎn)水量。根據(jù)歷年《湖州市水資源公報(bào)》《杭州市水資源公報(bào)》，估算得到浙西區(qū)產(chǎn)水系數(shù)，由區(qū)域降水量及產(chǎn)水系數(shù)計(jì)算得到區(qū)域產(chǎn)水量。

（4）區(qū)域耗水量。根據(jù)歷年《湖州市水資源公報(bào)》《杭州市水資源公報(bào)》及相關(guān)用水統(tǒng)計(jì)、典型調(diào)查資料，按用水戶分類和耗水率進(jìn)行估算。

（5）沿東苕溪口門出入水量。為控制東苕溪洪水進(jìn)入杭嘉湖平原，東苕溪口門已全面建閘控制，并布設(shè)13 處單一流量站。 為掌握東苕溪出入杭嘉湖平原水量，湖州市、杭州市水利部門每年均組織開展東苕溪沿線水文巡測工作，并對全年監(jiān)測資料進(jìn)行整編分析。

（6）區(qū)域大中型水庫蓄變量。根據(jù)歷年《湖州市水資源公報(bào)》《杭州市水資源公報(bào)》，收集整理區(qū)域內(nèi)15 個大中型水庫年初、年末蓄水量，計(jì)算年末蓄水量與年初蓄水量之差，得出年內(nèi)蓄水變化量。

圖2 浙西區(qū)水量平衡要素示意圖

根據(jù)浙西區(qū)水量平衡分析要素， 浙西區(qū)水量平衡計(jì)算公式如下：

式中WP為降水產(chǎn)流量；WI1為沿太湖口門入浙西區(qū)水量；WO1為沿太湖口門出浙西區(qū)水量；WI2為沿東苕溪口門入浙西區(qū)水量；WO2為沿東苕溪口門出浙西區(qū)水量；ΔV 為區(qū)域大中型水庫蓄變量；WC為區(qū)域耗水量；ΔE1為水量平衡計(jì)算的絕對誤差；ΔE2為水量平衡計(jì)算的相對誤差。

3 水量平衡計(jì)算和誤差分析

3.1 水量平衡計(jì)算

本文通過計(jì)算2010—2016 年浙西區(qū)各出入水量要素，分析了浙西區(qū)水量平衡情況，歷年水量平衡詳細(xì)情況如表1。

表1 浙西區(qū)2010—2016 年水量平衡計(jì)算情況

從表1 可看出，2010—2016 年浙西區(qū)沿太湖口門、沿東苕溪口門水量均以出浙西區(qū)為主。各要素中，東苕溪口門排水量所占比重最大。2010—2016 年浙西區(qū)水量平衡計(jì)算的絕對誤差在-1.76 億～7.26 億m3之間，相對誤差在1.16%～12.86%之間。對比各年份的計(jì)算結(jié)果，除2014、2015 年以外，其余年份平衡結(jié)果較好，相對誤差控制在10%以內(nèi)，2014、2015 年相對誤差大于10%，但均未超過15%。

3.2 誤差分析

在水量平衡計(jì)算中， 計(jì)算結(jié)果誤差與各要素的計(jì)算方法及取值大小密切相關(guān)， 主要從以下幾個方面分析水量平衡計(jì)算的誤差來源。

3.2.1 測驗(yàn)手段采用

參與水量平衡計(jì)算的各項(xiàng)要素中， 沿太湖口門出入水量和沿東苕溪口門出入水量所占比重較大，是影響水量平衡的關(guān)鍵因子。 沿太湖河道出入水量測驗(yàn)主要采用駐測、巡測兩種方法相結(jié)合，即在巡測段主要河道上設(shè)基點(diǎn)站，每天測流1～2 次，其余站點(diǎn)采用巡測方法，每年巡測次數(shù)在20 次左右，利用基點(diǎn)站流量與巡測段巡測的總流量建立相關(guān)關(guān)系推算逐日流量［3］。沿東苕溪口門分為杭州段和湖州段，杭州段4 個堰閘根據(jù)水閘調(diào)度情況計(jì)算水量； 湖州段德清大閘、洛舍閘、鲇魚口閘、菁山閘全年逢雙日測流；吳沈門閘、新吳沈門閘、湖州船閘、城南閘、城西閘汛期每日測流，非汛期逢雙日測流。這些測驗(yàn)手段雖然在很大程度上反映了沿太湖口門、 沿東苕溪口門出入水量，但與實(shí)際情況仍存在一定誤差。

3.2.2 區(qū)間徑流量計(jì)算

沿太湖口門出入湖水量根據(jù)沿太湖水文巡測資料計(jì)算， 但沿太湖巡測線路與太湖岸線并不是完全重合的。根據(jù)巡測站點(diǎn)位置信息，應(yīng)用ArcGIS 軟件進(jìn)行計(jì)算， 浙西區(qū)沿太湖巡測線路與太湖岸線之間存在約240 km2陸地。該區(qū)域與太湖之間的交換水量尚未掌握有效的計(jì)算方法， 在水量平衡計(jì)算中會造成一定誤差。

3.2.3 水利工程調(diào)度

東苕溪沿線13 個口門均已建閘控制，一般的洪水及平枯水期基本以人工調(diào)度的規(guī)律反映水量的出入情況。但各閘門調(diào)度原則不一致，部分閘門的啟閉情況無法完全掌握，且流量測驗(yàn)和閘門的啟閉存在不同步現(xiàn)象。如不能實(shí)時(shí)掌握閘門啟閉狀態(tài)并及時(shí)加測流量，則所測流量將對水量平衡計(jì)算造成誤差。

3.2.4 其他因素

在利用雨量代表站計(jì)算區(qū)域降雨量時(shí)， 由于資料限制且各雨量站在實(shí)際運(yùn)行中存在部分缺測情況，計(jì)算出的區(qū)域降雨量與實(shí)際情況存在一定誤差［4］。此外， 區(qū)域耗水量沒有實(shí)測資料， 主要在相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料、典型調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，按用戶分類和耗水率進(jìn)行估算，與實(shí)際耗水情況存在一定誤差。

在上述各類影響因素中，區(qū)間徑流量、區(qū)域降水量、 耗水量等因素對不同年份的誤差影響相對一致。偶然性較大的因素主要是測驗(yàn)手段和水利工程調(diào)度，巡測頻次、巡測時(shí)間、調(diào)度情況在不同年份可能存在較大差異，從而導(dǎo)致個別年份的誤差率較高。

4 誤差控制措施

根據(jù)水量平衡計(jì)算中出現(xiàn)誤差及對誤差來源的分析，提出以下幾點(diǎn)誤差控制措施：

（1）加強(qiáng)水文巡測工作的管理和建設(shè)。沿太湖口門出入水量、 沿東苕溪口門出入水量通過水文巡測的方法計(jì)算出入水量。 鑒于水文巡測方法無法完全控制出入水量，測驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況存在一定誤差。建議在條件許可情況下， 水文測驗(yàn)工作要嚴(yán)格遵守水文巡測規(guī)范，盡量提高水文巡測的測次，加密巡測站點(diǎn)，提高巡測成果精度。另一方面引進(jìn)先進(jìn)的測流設(shè)備，運(yùn)用現(xiàn)代化的測流方法，提高測流精度，減小誤差。

（2）調(diào)整水文巡測方案［5］。太湖流域是典型的平原河網(wǎng)地區(qū)，浙西區(qū)沿太湖巡測線距離太湖較遠(yuǎn)，巡測線與太湖岸線之間約240 km2區(qū)域內(nèi)河網(wǎng)水體與太湖之間的水量交換無法控制。 建議在條件許可情況下，將巡測線向太湖岸線方向遷移，以真正反映區(qū)域與太湖之間的交換水量。

（3）加快水資源監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)。東苕溪沿線13個口門均已建閘控制，鑒于各閘門調(diào)度原則不一致，且流量測驗(yàn)和閘門的啟閉存在不同步現(xiàn)象。 水行政主管部門應(yīng)加快水資源監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)， 及時(shí)掌握各閘門的啟閉信息， 把測驗(yàn)工作同閘門的啟閉情況相結(jié)合，將偶然性誤差盡量降低，提高測驗(yàn)精度，為水利工程的統(tǒng)一調(diào)度提供可靠依據(jù)。

5 結(jié)語

隨著太湖流域城市化進(jìn)程日益加快及經(jīng)濟(jì)社會飛速發(fā)展，水資源也日趨緊張。浙西區(qū)位于太湖流域上游，是太湖流域降水量最多的地區(qū)，是太湖流域本地水資源入太湖的主要地區(qū)， 在流域水資源配置中占有重要地位。因此，計(jì)算浙西區(qū)各水量要素并分析浙西區(qū)出入水量平衡情況是十分必要的。

針對水量平衡計(jì)算中出現(xiàn)誤差， 建議采取加強(qiáng)水文巡測工作的管理和建設(shè)；調(diào)整水文巡測方案；加快水資源監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)等一系列誤差控制措施。