水文站徑流系列一致性處理技術探討

陳干琴，莊會波，季 妤

（山東省水文局，山東 濟南250002）

水資源評價工作中，水文站天然年徑流量系列是分區(qū)地表水資源量、地表水可利用量、重點流域生態(tài)需水量評價的主要依據(jù)，也是出入境、入海水量以及分區(qū)地下水資源量評價的重要基礎資料。其成果準確性、合理性還直接決定著分區(qū)水資源總量、可利用總量等成果的正確性和合理性。

第三次山東省水資源調查評價共選用99 處水文站進行徑流還原計算，從各市完成單位提交的初步成果來看，近30%的站點成果進行了系列一致性修正，除了極少數(shù)站點徑流增加外，多數(shù)站點呈徑流衰減態(tài)勢，衰減幅度在5%～60%。如何確保各水文站徑流還原到位、合理確定系列一致性判別尺度及修正幅度是迫切需要解決的技術問題。

1 天然年徑流量一致性處理

各水文站天然年徑流量一致性分析處理具體包括三項內容：一是實測徑流系列還原計算；二是天然年徑流系列一致性判別；三是天然年徑流系列一致性修正。

1.1 實測徑流系列還原計算

實測徑流系列還原計算，各河流源頭控制站以集水區(qū)域為基本單元，其他站以本站至上游站區(qū)間為基本單元，采用分項調查法進行逐月還原計算，再累計得到各站控制斷面以上歷年天然年徑流量。

通常只對地表水利用的耗損量進行還原。還原的主要項目包括：農業(yè)灌溉、工業(yè)和生活用水的耗損量（含蒸發(fā)消耗和入滲損失），跨流域引入、引出水量，河道分洪水量、水庫蓄水變量等。還原計算時段內天然徑流量的計算公式如下：

W天然=W實測+W農耗+W工耗+W生耗±W跨±W分洪±W蓄變

式中：W天然為天然徑流量，m3；W實測為實測徑流量，m3；W農耗為農業(yè)灌溉耗損量，m3；W工耗為工業(yè)用水耗損量，m3；W生耗為城鎮(zhèn)生活用水耗損量，m3；W跨為跨流域（或跨區(qū)間）引水量，引出為正，引入為負，m3；W分洪為河道分洪不能回歸后的水量，分出為正，分入為負，m3；W蓄變?yōu)榇笾行退畮煨钏兞?，增加為正，減少為負，m3。

式中僅列出了對水文站實測徑流量影響較大的還原項目，各地根據(jù)具體情況增減了有關項目。例如：對于城市建成區(qū)面積占控制站以上或區(qū)間范圍較大的水文站，對城市建成區(qū)利用地下水或引黃客水形成的退水進行了補充扣除；對水庫滲漏量較大、且不能回歸到下游河道的水庫站點，對其滲漏量進行了補充還原等。

1.2 天然年徑流量一致性判別

全國第二次水資源調查評價技術細則提供的一致性判別方法是：在同一幅圖上點繪1956—1979 年和1980—2000 年兩個系列年降水徑流點據(jù)，目估其是否有系統(tǒng)偏離，如有系統(tǒng)偏離，則認為徑流系列一致性遭到破壞，對1956—1979 年系列成果進行修正。這種方法修正后成果往往因人而異，不同完成人員經驗不同、視覺差異等導致修正幅度有時差異較大。

全國第三次水資源調查評價，在原方法基礎上，增加了點繪年降水徑流雙累積相關圖的方法，如果降水徑流雙累積圖在2000 年前后有拐點，則認為徑流系列一致性遭到破壞，需要對拐點年份之前的徑流系列進行修正。這種方法的缺陷在于當出現(xiàn)連豐或連枯年組時會產生明顯“偽拐點”，需要結合具體情況確定修正起始年份。

山東省本次評價各選用水文站，除了采用上述兩種方法進行系列一致性判別之外，還補充了各站（或區(qū)間）1956—2000 年和2001—2016 年兩個統(tǒng)計系列平均年降水量和平均年徑流系數(shù)對比關系檢查?？紤]本次評價延長系列2001—2016 年系列長度相對較短，基于審慎處理的原則，如通過三種方法判斷都認為系列一致性明顯遭到破壞、且有合理的物理成因支撐系列一致性確實發(fā)生變化，則對拐點前系列進行修正。

1.3 天然年徑流量一致性修正

在同一幅圖上分別繪制1956—2000 年和2001—2016 年兩個系列年降水徑流關系曲線，當選定一個年降水值時，分別從兩條曲線上查出兩個對應的年徑流深值，采用下式分別計算年徑流衰減系數(shù)γ 和修正系數(shù)Ψ：

式中：γ 為年徑流衰減系數(shù)；Ψ 為年徑流修正系數(shù)；R1為前一年段年降水與徑流關系曲線上的天然年徑流深，mm；R2為后一年段年降水與徑流關系曲線上的天然年徑流深，mm。

查算不同量級年降水量的Ψ 值，繪制年降水深P 與Ψ 關系曲線，根據(jù)需要修正年份的年降水量，從P～Ψ 關系曲線上查得修正系數(shù)，乘以該年天然年河川徑流量，即求得修正后的天然年河川徑流量。

2 主要技術問題及解決方案

本次評價選用的99 處水文站（或區(qū)間站）初步成果顯示，近30%站點徑流系列一致性發(fā)生了變化，除了極少數(shù)站點徑流態(tài)勢增加外，其他站點全部呈徑流衰減態(tài)勢。山東省水資源調查評價技術組對各市完成單位提交的水文站徑流初步成果進行了逐站、詳細審核，在充分了解各站（或區(qū)間）流域基本情況前提下，從還原項目完整性、依據(jù)資料可靠性、遷移站點遷站前后資料合理性等方面進行了詳細檢查，并對比了各水文站本次還原計算過程和全國第二次評價徑流還原計算過程，對還原項目有變化及各還原項目還原水量有明顯變化的站點，在查找原因基礎上進行了合理分析或調整完善。最終成果中進行系列一致性修正的站點不超過10%。初步成果存在的主要問題及解決方案如下：

1）流域內耗用水量還原不到位，或未足量還原流域內地表水耗用水量。有10 余處徑流衰減站點普遍存在這類問題。山東省各站初步還原計算成果，主要基于各水文站實測資料及控制斷面以上（或區(qū)間）水量調查成果兩項資料計算求得。經對比這些徑流衰減站點本次還原系列2001—2016 年流域內地表水耗用水還原水量和第二次評價1980—2000 年相應值，發(fā)現(xiàn)2000 年后用水量明顯減少，且有些站點從2001 年起用水量突然大幅減少，本次評價這些站點還原的耗用水量比相應水資源開發(fā)利用成果明顯要小。經調查核實，發(fā)現(xiàn)各市水量調查成果精度不一。本次評價要求對2000 年以來流域內耗用水量明顯下降的站點，在核實其水量調查成果基礎上，進一步估算塘壩及攔河閘壩等工程供水量，并結合水資源開發(fā)利用評價成果、2010 年以來山東省區(qū)域用水總量監(jiān)測成果等，對流域內耗用水量進行補充還原，確保水量還原到位。

2）流域內取用地下水或引用客水形成的退水未扣除或未扣清，導致2000 年以來徑流情勢明顯增加。這種情況主要表現(xiàn)在大型城市下游較近的站點或流域內引用客水占比較多的站點。要求詳細調查水利、城建部門歷年分水源供用水數(shù)據(jù)或流域內引入客水量及其分行業(yè)利用量，根據(jù)分行業(yè)耗水系數(shù)、企業(yè)水平衡測試資料等，厘清地下水及客水利用后形成的退水量并足量扣除。

3）多數(shù)站點（或區(qū)間）成果存在偏離P～R 關系主線較遠的點據(jù)，要求逐一核實原因，對從成因上無法解釋的，進一步核查該年份各項實測水量及還原水量，必要時根據(jù)有關資料進行進一步修改和調整，直至合理為止。

4）遷站站點遷站年份前后資料未整合處理或整合處理不合理。要求涉及遷站的站點或區(qū)間，對遷站時間前后不同系列分別進行單站還原，在分析所在流域降水、徑流和年徑流系數(shù)空間分布規(guī)律基礎上，考慮相關站點或區(qū)間遷站前后年份成果的銜接問題。

5）同一流域上下游站點年徑流深、年徑流系數(shù)不符合一般規(guī)律，或相鄰流域站點成果不符合一般規(guī)律。要求在前述問題都核實無誤情況下，進一步核實各站流域下墊面條件和水文地質條件差異，確保成果合理、可靠。

3 結論與建議

1）水文站徑流還原計算應確保流域內耗用水量還原到位；徑流系列一致性判別與修正，應充分考慮近期系列長度、下墊面變化情況及一些當時難以獲知因素的影響，對經多種方法驗證確實系列一致性發(fā)生變化且有合理物理成因支撐的前提下，再進行一致性修正，且修正幅度宜小不宜大，避免本次評價修小下次評價又要修大的情況。

2）對單站徑流還原計算成果，應在檢查特殊點據(jù)成因基礎上，從歷次評價不同統(tǒng)計年限還原項目比較、流域內耗用水量比較，及與水資源開發(fā)利用評價專題成果進行多方面比較協(xié)調，還應從空間層面比較流域上下游站點、相鄰流域站點成果的協(xié)調性和合理性，總之，要從多方面確保各水文站徑流成果合理、可靠。

3）水資源開發(fā)利用數(shù)據(jù)準確性、可靠性對水資源評價成果影響較大。山東省多數(shù)地區(qū)水資源開發(fā)利用程度偏高，有些流域地表水開發(fā)利用率超過了60%，開發(fā)利用數(shù)據(jù)失真，導致水資源量評價成果精度難以控制。從2017 年12 月開始，山東省開始征收水資源稅，這為獲取真實的開發(fā)利用資料創(chuàng)造了條件，盡早研究制定水資源開發(fā)利用數(shù)據(jù)整編規(guī)范，建立水資源開發(fā)利用信息數(shù)據(jù)庫，盡早開展水資源開發(fā)利用數(shù)據(jù)整編工作，迫切而有必要。