許 潔，王 穎

(寧波市水文站，浙江寧波 315016)

1 問題的提出

寧波市現(xiàn)已建成大中型水庫30座，其中6座大型，24座中型。全市大中型水庫分別從2005年和2007年開始進(jìn)行水文資料規(guī)范化整編。水庫站點(diǎn)的建立，為彌補(bǔ)基本水文站點(diǎn)數(shù)量不足，擴(kuò)大資料收集范圍發(fā)揮了重要作用。在利用水庫資料進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)或工程設(shè)計(jì)時(shí)首先要保證水庫站點(diǎn)徑流資料的準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確性高低直接影響到資料的使用價(jià)值，影響到水資源評(píng)價(jià)的結(jié)果。

以水庫集水區(qū)域作為流域單元，以壩址位置作為流域出口斷面，則流域徑流還原計(jì)算可采用下式:

式中:W天然為還原后的天然河川徑流量;W出庫為出庫實(shí)測(cè)徑流量;W庫蓄為水庫蓄水變量;W滲漏為水庫滲漏損失量;W庫蒸為水庫蒸發(fā)增加損失水量;W灌溉為灌溉還原水量;W工業(yè)為工業(yè)耗水量;W生活為生活耗水量。

水庫上游一般不設(shè)置高耗水工業(yè)，可以不考慮該流域內(nèi)的工業(yè)耗水量。對(duì)于流域內(nèi)人口較少的水庫也可以不考慮生活耗水量，或者可以根據(jù)人均用水量100 L/人·d和流域內(nèi)的人口數(shù)、耗水率來估算生活耗水量。以下主要討論公式等號(hào)右側(cè)前5項(xiàng)的計(jì)算方法和誤差來源。

2 分項(xiàng)水量還原計(jì)算

2.1 出庫實(shí)測(cè)徑流量

出庫實(shí)測(cè)徑流量，包括通過大壩的水量以及不通過大壩的引、供水量。當(dāng)水庫有出庫控制站時(shí)，應(yīng)采用控制斷面實(shí)測(cè)值及通過其他分口的實(shí)測(cè)值來計(jì)算。寧波市大、中型水庫目前未設(shè)置出庫流量站，在計(jì)算該項(xiàng)值時(shí)以水工建筑物推流為主。

全市水庫的出流方式有供水、發(fā)電、泄洪、灌溉。有供水要求的水庫中，大型水庫已全部安裝了計(jì)量裝置，中型水庫有近一半未安裝。未安裝計(jì)量裝置的水庫，供水量可以通過水廠進(jìn)水口的水量推算，或者通過供水管道型式及其水力因素推算。各水庫的發(fā)電、泄洪、灌溉出流基本采用水工建筑物推流方法計(jì)算。除了個(gè)別水庫進(jìn)行過流量率定外，大多數(shù)水庫均采用設(shè)計(jì)公式及參數(shù)推流。可以看出，出庫實(shí)測(cè)徑流量W出庫在W天然中所占比例較高，其值的準(zhǔn)確性對(duì)天然徑流計(jì)算結(jié)果有很大影響。水庫出庫流量站的建設(shè)至關(guān)重要。

2.2 水庫蓄水變量

寧波市大、中型水庫均有庫容曲線，水庫蓄水變量可通過水位查庫容曲線圖求得。有些水庫庫容曲線采用設(shè)計(jì)時(shí)地形圖上高程數(shù)據(jù)，未經(jīng)過實(shí)測(cè)校核。有些水庫由于年代較長(zhǎng)，產(chǎn)生淤積現(xiàn)象，水位與庫容的關(guān)系也相應(yīng)發(fā)生改變。水位庫容曲線是計(jì)算蓄水變量的基礎(chǔ)，庫容曲線的可靠程度越高，蓄水變量計(jì)算的準(zhǔn)確度越高。

2.3 水庫滲漏損失量

水庫滲漏量分為壩基滲漏、庫底滲漏和庫岸側(cè)滲三部分。在壩基滲漏較大的水庫上，可利用壩下反濾溝實(shí)測(cè)流量資料推算水庫滲漏量。

如果沒有實(shí)測(cè)流量資料，可選用冬季枯水期入庫流量接近零的月份推算月滲漏水量。在連續(xù)多日(如一旬)無降水量情況下，由于入庫流量和庫面蒸發(fā)均很小，可用下式推算滲漏水量。

應(yīng)用(2)式計(jì)算水庫相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的滲漏量，并建立不同水位級(jí)下水庫平均水位與滲漏量關(guān)系曲線。由此計(jì)算月、年滲漏水量。

選取2009年1月中旬連續(xù)多日無降水量的時(shí)段，對(duì)于出庫流量控制較好的水庫(如只有供水量)或無出庫流量的水庫(共12座大型或中型水庫)進(jìn)行滲漏水量的推算。發(fā)現(xiàn)只有一座水庫的滲漏水量大于零，其余水庫的蓄水量的減少小于出庫水量。經(jīng)查，滲漏水量大于零的水庫存在嚴(yán)重的滲漏問題，其余水庫則在連續(xù)10日無降水情況下還有入庫流量的補(bǔ)給，故無法計(jì)算出滲漏水量。另外，寧波市很多水庫周圍植被很好，涵養(yǎng)水源能力較強(qiáng)，水庫在連續(xù)多日無降水情況下還有流量補(bǔ)給，則水庫滲漏量相對(duì)較小。

采用公式(2)計(jì)算滲漏水量的條件比較苛刻，對(duì)于寧波地區(qū)的大中型水庫并不合適。一方面水庫的出庫水量沒有經(jīng)過實(shí)測(cè)，準(zhǔn)確度不高。另一方面連續(xù)多日無降水量的情況并不多，入庫流量接近零的時(shí)候更少。

以目前的情況來看，除了具有大壩滲漏量實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的水庫或者滲漏量特別大的水庫需要計(jì)算滲漏水量，其余水庫的滲漏水量可以不用計(jì)算。

2.4 水庫蒸發(fā)增加損失水量計(jì)算

流域內(nèi)修建水庫之后，原來的陸面蒸發(fā)變?yōu)榻◣旌蟮乃嬲舭l(fā)，其差值就是需要還原的水庫水面損失量。有些水庫在徑流還原計(jì)算中把水庫純水面蒸發(fā)量當(dāng)成水庫蒸發(fā)增加損失量進(jìn)行計(jì)算，這樣是不合理的。當(dāng)以水庫為研究對(duì)象，計(jì)算其來水量時(shí)，應(yīng)考慮純水面蒸發(fā)損失水量。當(dāng)以流域?yàn)檠芯繉?duì)象，計(jì)算還原后的天然徑流量時(shí)，應(yīng)考慮水庫水面蒸發(fā)比建庫前陸面蒸發(fā)增加的損失水量。

計(jì)算各時(shí)段水庫蒸發(fā)增加損失水量時(shí)，應(yīng)先按下式算出水庫年蒸發(fā)增加損失水深。

式中:E年庫蒸為水庫年蒸發(fā)增加損失水深，mm;E年水蒸為實(shí)測(cè)蒸發(fā)器年水面蒸發(fā)量，mm;K為實(shí)測(cè)水面蒸發(fā)量換算為大水體蒸發(fā)量的系數(shù);E年陸蒸為年陸面蒸發(fā)量，mm。有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)應(yīng)直接使用其公式，無經(jīng)驗(yàn)公式可利用時(shí)，可用本站以上或與該水庫附近特性相似的水文站斷面以上流域平均年降水量減其年徑流深求得。

水庫各時(shí)段(月、季等)蒸發(fā)增加損失水量算式如下:

式中:V時(shí)段庫蒸為水庫各時(shí)段蒸發(fā)增加損失水量，104m3;0.1為單位換算系數(shù);E年庫蒸為水庫年蒸發(fā)增加損失水深，mm;N為實(shí)測(cè)年水面蒸發(fā)量各時(shí)段年內(nèi)分配百分?jǐn)?shù);A為水庫時(shí)段平均水位相應(yīng)庫水面面積，km2。

以寧波市亭下水庫為例，計(jì)算2009年水庫年蒸發(fā)增加損失水量。亭下水庫位于浙江省奉化市溪口鎮(zhèn)，流域面積為176 km2，水位值采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。2009年平均水位73.84 m，相應(yīng)水面面積為3.85 km2，年平均水庫水面面積占流域面積的2.2%。各月平均水位、相應(yīng)水面面積及陸上水面蒸發(fā)場(chǎng)觀測(cè)蒸發(fā)量見表1。

表1 亭下水庫2009年月平均水位、相應(yīng)水面面積及陸上水面蒸發(fā)場(chǎng)觀測(cè)蒸發(fā)量表

計(jì)算陸面蒸發(fā)，由于沒有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式，亭下水庫流域內(nèi)也無水文站徑流資料，暫時(shí)借用鳧溪流域的洪家塔水文站資料來推算。采用洪家塔水文站資料，用其斷面以上流域2009年降水量減去對(duì)應(yīng)年徑流深推求，估算亭下水庫流域2009年陸面蒸發(fā)E年陸蒸=600mm。取K=1.0，根據(jù)亭下水庫陸上水面蒸發(fā)器實(shí)測(cè)年水面蒸發(fā)量849.7 mm，由(3)式計(jì)算得E年庫蒸=249.7mm。由(4)式計(jì)算每月蒸發(fā)增加損失水量，求和得年蒸發(fā)增加損失水量為101.1萬m3，換算到流域內(nèi)蒸發(fā)增加損失水深為5.7 mm。2009年亭下水庫還原后徑流深為1 178.9 mm，蒸發(fā)增加損失水深只占4.8‰。

亭下水庫2005—2009年間，年平均徑流量為1.4233億m3，最少為2006年的0.7733億m3，由于2006年屬偏枯年份，陸面蒸發(fā)量也較大，年蒸發(fā)增加損失水深約占流域還原徑流深的1%。可以看出，年蒸發(fā)增加損失水量在年徑流量中所占比例隨著水資源量的多少而變化，但對(duì)計(jì)算年徑流深的影響很小。

但當(dāng)水庫水深較淺，水面面積較大時(shí)，水庫蒸發(fā)增加損失水量不能忽略。例如四明湖水庫流域面積103km2，2009年月平均水位對(duì)應(yīng)的水面面積為9.86 km2，經(jīng)計(jì)算，2009年蒸發(fā)增加損失水量為245萬 m3，約占還原徑流量的3%。

所以，當(dāng)陸面蒸發(fā)和水面蒸發(fā)的差值較小，增加的水庫水面面積占全流域的比例低于5%時(shí)，此項(xiàng)可以忽略不計(jì)。

2.5 農(nóng)田灌溉耗水量

灌溉還原水量是指農(nóng)田灌溉引水過程中，因蒸發(fā)消耗和滲漏損失掉而不能回歸到河流的水量，為灌溉引水量與回歸入河水量之差。當(dāng)引水源在測(cè)驗(yàn)斷面上游，而回歸水流入本站斷面以下時(shí)，灌溉還原水量等于灌溉引水量。當(dāng)引水源和回歸水均在測(cè)驗(yàn)斷面上游時(shí)，灌溉還原水量應(yīng)等于灌溉耗水量即灌溉引水量減去綜合回歸水量。

當(dāng)無實(shí)測(cè)資料但有調(diào)查的灌溉毛定額、實(shí)灌面積及灌區(qū)回歸系數(shù)等資料時(shí)，按下式計(jì)算:

式中:W灌溉為灌溉耗水量;M為毛灌定額;A為實(shí)灌面積;Φ為灌區(qū)(包括渠系、田間)回歸系數(shù)。

寧波市范圍內(nèi)大中型水庫上游的灌溉引水，其回歸水一般在測(cè)驗(yàn)斷面上游，灌溉還原水量應(yīng)等于灌溉耗水量即灌溉引水量減去綜合回歸水量。對(duì)于水庫下游的灌溉用水，因水量已經(jīng)計(jì)入出庫水量，不需要重復(fù)計(jì)算。

3 結(jié)語

從以上分項(xiàng)還原水量的分析可知，在水庫出庫水量沒有完全控制的情況下計(jì)算的水庫還原徑流量只能作為參考，其精度一般。水庫出庫流量站的建設(shè)至關(guān)重要，有條件的水庫應(yīng)積極建設(shè)出庫流量站，把泄洪、發(fā)電等水量控制起來。同時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)水庫的測(cè)驗(yàn)工作，減少水位、流量、水量等的誤差，做到以下4點(diǎn):

1)提高水位觀測(cè)精度。因?yàn)榱髁客扑愫托钏兞康挠?jì)算都要通過水位進(jìn)行，水位的準(zhǔn)確是保證水量計(jì)算準(zhǔn)確的前提。

2)出庫水量的推算應(yīng)采用正確的推流公式和參數(shù)，且必須經(jīng)過實(shí)測(cè)率定。建議大中型水庫對(duì)于供水管道安裝計(jì)量裝置、對(duì)于泄洪洞、輸水涵洞放水進(jìn)行實(shí)測(cè)率定，對(duì)于電站應(yīng)進(jìn)行效率系數(shù)的率定。有條件的水庫應(yīng)積極建設(shè)出庫流量站，控制通過電站、泄洪洞放出的水量。

3)定期復(fù)核水庫庫容，保證庫容曲線能真實(shí)地反映水位庫容關(guān)系。

4)水庫蒸發(fā)增加損失水量為水庫水面蒸發(fā)比建庫前陸面蒸發(fā)增加的損失水量，寧波市范圍陸面蒸發(fā)和水面蒸發(fā)差值在200～300 mm附近，各大、中型水庫可以參照以上方法估算蒸發(fā)增加損失水量。當(dāng)水庫水面面積占全流域的比例不大時(shí)，計(jì)算流域徑流深時(shí)此項(xiàng)可以忽略不計(jì)。對(duì)于還原徑流計(jì)算中的滲漏水量，除了嚴(yán)重滲漏及有確切大壩滲漏觀測(cè)數(shù)據(jù)的水庫，其余水庫的滲漏水量目前可以不必計(jì)算。

［1］中華人民共和國(guó)水利部.SL247－1999水文資料整編規(guī)范［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2000.