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1、1黑龙江省水库站径流还原计算方法及有 关问题的探讨摘要：针对黑龙江省人类活动对河川径流的影响，系统地论述水库站月径流量的还原计算方法。并就稻田拦蓄水量、地下水开采对河流水文效应产生的影响及径流还原计算方法进行探讨。 关键词：水库站 径流量 耗水量 还原计算 我省现有水库站 12 处。这些站的建立，为弥补基本站网定位观测的不足，扩大资料收集范围，增强资料的完整性均发挥了重要作用。但由于这些站所测得径流资料受水利工程影响，在数量和时程分配上均不能代表河流的天然状况，因此在应用这些资料进行水资源评价和工程设计时，必须将测验断面的实测径流还原为天然河川径流量。本文针对我省水利工程和水库站的特点，对水库
2、站月径流量的还原计算方法进行全面论述，并就径流量负值处理、稻田拦蓄水量问题、地下水开采对河川径流影响等进行了探讨。 1 水库站河川径流还原计算公式河川径流还原计算的方法很多。主要有分项还原法、模型法、经验公式法、径流双累积法和流域蒸发差值法。而进行月径流还原计算时，通常采用分项还原法。分项还原法是根据水量平衡原理建立水平衡公式，通过计算水利工程引起的增减水量推求测验断面的天然河川径流量。计算公式如下：2W 天然=W 出库+W 农耗+ W 工耗W 库蓄+W 渗漏+W 库蒸 （1）式中：W 天然还原后的天然河川月径流量；W 出库出库实测月径流量；W 农耗农田灌溉月耗水量；W 工耗工业用水月耗水量；
3、W 库蓄水库月蓄水变量；W 渗漏水库月渗漏损失量；W 库蒸水库增加的月水面蒸发损失量。2 分项水量还原计算2.1 农田灌溉耗水量农田灌溉耗水量是指农田灌溉引水过程中，因蒸发消耗和渗漏损失掉而不能回归到河流的水量，为渠首引水量与回归入河水量之差。在计算农田灌溉耗水量之前，须首先弄清区域用水水源、用水区域和回归水之间的关系和相对位置，来判别应还原的水量。如果灌区引水口在测验断面上游，而灌区在测验断面下游时，则灌溉耗水量即为渠首引水量。如灌区引水口和灌区均在测验断面上游时，则灌溉耗水量应等于渠首引水量减去综合回归水量，即：（2） 式中： W 引水渠首引水量；W 综回农田灌溉水综合回归水量，包括田渠下
4、渗回归水量和田渠弃水量；W 净灌农田灌溉净用水量（W 净灌=m 净定*F 实灌）；W 田回田间下渗回归水量；3m 净定农田灌溉净定额；F 实灌实际灌溉面积；E 渠蒸渠系引水、输水过程中增加的蒸发损失量。由于 W 田回和 E 渠蒸可相互抵消一部分，因此灌溉耗水量计算可简化为下式：W 农耗= m 净定* F 实灌 （3）2.1.1 水稻净灌溉定额的确定我省农田灌溉以水田为主，水田灌溉耗水量占农田灌溉耗水量总量的 80%以上，因此合理确定水田灌溉用水定额，是准确计算农田耗水量的关键。根据水量平衡原理：m 净定=m 泡田+E 需水+m 渗漏-P 有效 （4）式中： m 泡田泡田期用水量； E 需水水稻
5、全生育期需水量；m 渗漏水稻全生育期田间渗漏量；P 有效水稻生长期有效降水量（P 有效=P 降雨* 有效）P 降雨灌溉期降水量； 有效降雨有效利用系数。 上式中，m 泡田主要和土壤前期含水量和土地平整程度有关，m 渗漏主要取决于土壤的渗透条件，E 需水受当地气候情况影响，P 有效主要受降水量的大小和时程分配制约。在地形地貌、气温、渗透条件相近的同一地区，影响 m 泡田，m 渗漏，E 需水大小的因素相对稳定，此时，同一地区的 m 净定将主要取决于降水量的大小及其时程分配。根据上述分析，省水科院将全省划分为东、西两大平原和南、北两大山地四个农田灌溉分区，并根据全省 28 个水田灌溉实验站资料，给出
6、了不同分区 P=75%的水田净灌溉定额。本文在此基础上，通过计算机回归分析确定出如下计算水田净灌溉定额的经验公式：4区：m 净定=286.6Pi2+302.1 Pi+361.6 （5）区：m 净定=248.5Pi2+303.1 Pi+314.6 （6）区及区：m 净定=243.3Pi2+291.9 Pi+290.8 （7）式中：m 净定不同降水频率下的水田净灌溉定额；Pi年降水量频率。2.1.2 水田灌溉月耗水量的计算首先求出水田所在农业分区的逐年面降水量，然后经频率分析确定还原年份的年降水量频率，代入式（5）（7）得年耗水量，再乘以水田灌溉水量月分配系数即为月耗水量。水田灌溉水量月分配系数如
7、表 1。表 1 黑龙江省水稻灌溉水量月分配系数表月份 分区5678950.3610.1890.2090.150 0.0920.3550.2050.2270.1510.0620.3530.1880.2080.1730.0780.4120.16160.1830.1630.0822.2 工业用水耗水量2.2.1 工业用水耗水量的确定方法工业用水耗水量为工业用水取水量与工业废水入河排放量之差。其值包括两部分：一是用水户在生产过程中被产品带走、蒸发和渗漏掉的水量，称为用水消耗量；二是工业废水在排放过程中因渗漏和蒸发而耗损的水量，称为排水消耗量。以上各项水量的水平衡关系为：W 工耗 （8） 式中：W 工耗
8、工业用水耗水量；W 取水工业用水取水量；W 河排工业废水入河排放量；W 用耗用水消耗量； W 排耗排水消耗量。我省工业废水一般无入河排放量观测资料，且工业废水、生活污水和雨洪径流往往在城市排污口中混杂排放，很难区分，因此工业废水入河排放量资料很难直接获得。为解决这一问题，笔者根据用水指标的定义和各项水量之间的水平衡关系，提出如下入河排放量的计算方法：W 排放=W 取水*1-0*（1-i）/（1-0） （9） W 河排=W 排放*（1-） （10）将式（9）、 （10）代入式（8），并经整理得：W 工耗= W 取水*1-（1-0*（1-i）/（1-0）*（1-） （11） 式中：W 排放用水户厂
9、区工业废水排放量0调查起始年用水消耗率（0= W 用耗/ W 取水）；70、i调查起始年、还原年的工业用水重复利用率；工业废水在入河过程中的渗漏、蒸发损失率（= W 排耗/ W 排放），明渠输水 取 0.200.30，管道输水 取 0.150.25。2.2.2 工业用水月耗水量的计算将调查起始年的 0、0 及还原计算年份的 i、 带入式（11），求出工业用水年耗水量再平均分配到年内各月，即可求出工业用水月耗水量。2.3 水库渗漏损失量水库渗漏量分为坝基渗漏、库底渗漏和库岸侧渗三部分。在坝基渗漏较大的水库上，可利用坝下反滤沟实测流量资料推算水库渗漏量。如果没有实测流量资料，可采用以下方法进行计算
10、：W 渗漏= W 入库+ W 降雨W 蓄变- W 出库- W 库蒸 （12）式中：W 入库入库站实测月径流量；W 降雨库区水面月降雨量；W 蓄变水库月蓄水变量。在缺乏实测入库径流量的水库上，可选用封冻期入库流量为零或入库流量接近零的月份推算月渗漏水量。在河流封冻期 W 降雨为零，由于枯水月份 W 入库和 W库蒸均很小，且可互相抵消一部分，因此式（12）可进一步简化为：W 渗漏=W 蓄变- W 出库 （13）应用式（13）计算水库月渗漏量，并与水库月平均水位点绘相关曲线，再以月平均水位在关系上查读月渗漏水量。2.4 水库增加的水面蒸发损失量水库蓄水以后，库区由陆地蒸发转变为水面蒸发，其月净增的水
11、面蒸发损失量为：8W 库蒸=（1-E 陆年/E601 年）*E601 月*A 月 （14）式中：E 陆年库区年陆地蒸发量；E601 年库区年 E601 蒸发器蒸发量；E601 月库区月 E601 蒸发器蒸发量；A 月库区月平均水面面积。2.4.1 E 陆年的计算我省无陆面蒸发量实验资料。以往计算 E 陆年时，一般采用年降水量与年径流深之差（P-R）代替。其中年径流深（R）往往借用相邻地区资料，或以实测出库水量和水库蓄水变量代数和近似代替。由于以 P-R 代替 E 陆年是以忽略区域年蓄水量为前提的，方法本身不符合水平衡原理，加之 R 值多为近似值，因此用上述方法计算的 E 陆年会产生较大的误差。
12、我省在第一次水资源评价时曾提出利用水热平衡法计算多年平均陆面蒸发量的方法，可应用这一方法计算 E 陆年。（1）山丘区 E 陆年的计算E 陆年=P 降雨*10-a+0.1553/LP （15）2）平原区 E 陆年的计算E 陆年=P 降雨*（-0.246+0.642/LP） （16）表 2 山丘区 a 取值条件表流域平均高程(m)9a 2003000.3543004500.4044507500.4277500.475 以上公式中：P 降雨库区年降水量；太阳辐射平衡值；L蒸发潜热；a随流域平均高程变化的系数，取值条件如表 2。2.4.2 水库月蒸发损失量的计算利用式（15）、 （16）求出 E 陆年
13、后，再将其同 E601 年、E601 月、A 月一并代入式（14）即可求出水库月蒸发损失量。 3 径流还原计算中有关问题的探讨3.1 稻田拦蓄水量问题3.1.1 稻田拦蓄水量还原计算的必要性稻田拦蓄水量是指稻田拦蓄利用产流降雨而引起河川径流减少的水量。目前，对10于是否进行该水量还原计算，专家和学者一直持两种不同态度：一种观点认为，稻田拦蓄水量应归于下垫面条件变化对河川径流的影响，本着向后还原的原则，不进行该水量的还原计算；另一种观点则认为，稻田用水属于水利工程的延续，稻田拦蓄的水量就是产流降雨，稻田对降水的拦蓄利用，使河川径流在数量和时程上均发生显著变化，因此应进行该水量的还原计算。笔者倾向
14、于后一种观点，主要理由有以下几条：（1）每次降雨过程中稻田周围的地面径流通过渠系直接汇集于稻田，并直接拦蓄了稻田面积上的降雨，因而稻田实际起到和水库一样的拦蓄作用，如果稻田不拦蓄，这部分水量就会汇流于河道形成河川径流。（2）和水库不同的是，稻田拦蓄的水量除部分通过田间下渗回归河流外，其余大部分水量作为水资源被利用以作物蒸发和稞间蒸发的形式被就地消耗，使下垫面的产水量明显减少。（3）稻田拦蓄的水量数量可观。以我省东部的挠力河为例，农田区和一般平原区相比，同量级降水情况下，前者的径流深较后者减少 2050mm，因此稻田拦蓄作用对河川径流的影响是显著和不容忽略的。3.1.2 稻田拦蓄水量的计算方法稻
15、田拦蓄作用下的产汇流机制相当复杂，计算拦蓄水量目前尚无成熟方法。本文以降水量为输入，产流量为输出，在忽略产汇流过程的前提下，用下列方法估算：W 拦蓄=P 降雨*F 实灌* 径流1- 有效*（1- 田间） （17）式中：W 拦蓄因稻田拦蓄利用而减少的径流量；P 降雨灌溉期月降水量； 田间灌溉水田间回归系数，取 0.150.20；11 径流天然状态下的降雨径流系数，可由稻田建成前的月降雨径流关系曲线查算；表 3 降雨有效系数表降水量(mm) 有效50501501000.81502000.752000.7 有效降雨有效利用系数，按表 3 取值。3.2 地下水开采对河川径流的影响目前，在河川径流还原计
16、算中，一般只考虑地表水开发利用对河川径流的影响，而12不考虑地下水对河流产生的水文效应。是否进行还原计算，争论已久，至今尚无定论。地下水开采对河流的水文效应的影响，可概括为增水或减水两个方面。一方面，地下水开采产生地下水位下降后（阶段性或持续性下降），地下水和地表水补排关系发生变化，造成河流激化补给地下水，使河川径流量较天然状态有所减少；另一方面，经开采利用的地下水会以废污水的形式直接排入河道，使河川径流量增加。以福利屯站为例，安邦河定国山水库至测验断面的区间内，双鸭山市区每年有近2000104t 的地下水废污水排入河流，其年排放量占 80 年代以来最枯年径流量的 55%，月排放量占月最枯径流量的 98%。地下水开采对河川径流的影响，可用下式估算： W 地下=B*K（
