平一江,金新芽

(浙江省水文局,浙江 杭州 310009)

1 問(wèn)題的提出

為落實(shí)各級(jí)政府對(duì)轄區(qū)水環(huán)境質(zhì)量負(fù)責(zé)的法定職責(zé),嚴(yán)格實(shí)行跨行政河流交界斷面水質(zhì)保護(hù)管理考核,促進(jìn)水環(huán)境綜合治理和水環(huán)境質(zhì)量改善,實(shí)現(xiàn)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,根據(jù)跨界河流水量水質(zhì)目標(biāo)考核要求,水行政主管部門(mén)負(fù)責(zé)實(shí)施行政交界斷面水量及流向監(jiān)測(cè),在每季度初10 d內(nèi)提供各交界斷面水量分析報(bào)告。由于受涉水工程等人類(lèi)活動(dòng)影響,能滿足水文規(guī)范要求的流量站越來(lái)越少,設(shè)在各市(縣)交界處附近的流量站更少,短期內(nèi)在全省各個(gè)交界斷面處建設(shè)水文測(cè)站難以做到,而且在10 d內(nèi)也難以完成利用水文資料推算交界斷面水量。因此,尋求一種在10 d內(nèi)能完成分析計(jì)算又能滿足一定精度要求的交界斷面水量計(jì)算方法是保證政府能夠盡快公布水質(zhì)考核結(jié)果的關(guān)鍵。

2 分析方法

數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析作為研究隨機(jī)現(xiàn)象的重要數(shù)學(xué)方法,在水資源不確定性研究中應(yīng)用廣泛。徑流是流域水資源最重要的組成部分,它受多種因素影響,具有隨機(jī)不確定性,但對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)結(jié)果,則存在隨機(jī)不確定性意義上的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

根據(jù)高斯—馬爾可夫定理的基本結(jié)論,最小二乘估計(jì)法作為求算回歸方程式中參數(shù)的最一般方法,由其計(jì)算而得的估計(jì)量在所有的線性無(wú)偏估計(jì)中具有最小方差性。因此,可將交界斷面以上流域的面雨量與徑流深建立相關(guān)關(guān)系,從而由面雨量推算徑流深,間接推求交界斷面水量。交界斷面以上流域面降雨與徑流采用直線相關(guān),公式如下:

式中:P為降水量,mm;R為徑流深,mm;a、b為待定常數(shù);r為相關(guān)系數(shù)。

a、b、r由觀測(cè)點(diǎn)與直線擬合最佳,通過(guò)最小二乘法進(jìn)行估算:

3 水量推算

全省山丘區(qū)89個(gè)交界斷面分布在縣與縣、縣與市或省與省交界處,流域集雨面積1.2～35 760.0 km2,可利用水文站推流的斷面主要有沈村、小旦、趙山渡水庫(kù)、羅渡大橋、荊灣和奉口等斷面。

3.1 年徑流深

89個(gè)交界斷面沒(méi)有長(zhǎng)系列的實(shí)測(cè)徑流深與面雨量數(shù)值,可通過(guò)間接方法推算出滿足定線要求的數(shù)值。采用 《浙江省水資源》的成果,在1956—2000年間選取1957年、1961年、1973年、1979年、1988年及1998年 6個(gè)典型年 (豐、平、枯)的降雨量、徑流深等值線圖,通過(guò)等值線網(wǎng)格插值法求出全省89個(gè)交界斷面年面雨量和年徑流深;再將6 a的面雨量與徑流深值代入式 (2)、(3)、(4)求出不同交界斷面的a、b以及相關(guān)系數(shù)r;最后通過(guò)年面降雨量與年徑流深相關(guān)公式,用年降雨量推求交界斷面年徑流深。

3.2 時(shí)段月徑流深

推求時(shí)段徑流深方法與推求年徑流深相同,即建立相應(yīng)時(shí)段降雨徑流關(guān)系,利用對(duì)應(yīng)時(shí)段降雨推求時(shí)段徑流量。

在水質(zhì)考核中,需要掌握行政交界斷面當(dāng)年1—3月、1—6月、1—9月徑流量,而《浙江省水資源》中無(wú)法直接得到上述典型年1—3月、1—6月、1—9月的徑流深、降雨量等值線圖,特別是繪制年內(nèi)指定時(shí)段的徑流等值線圖,其誤差可能比較大,具體分析時(shí)采用水文比例法,公式如下:

通過(guò)上述典型年降雨、徑流獲得時(shí)段降雨、徑流。但由于徑流的年內(nèi)分配不均,年徑流屬于枯水年時(shí)并不代表時(shí)段徑流也為枯水,在建立時(shí)段降雨、徑流關(guān)系時(shí),關(guān)注各時(shí)段降雨徑流量是否包含時(shí)段最豐、最枯值,如果未包含,則補(bǔ)充相應(yīng)點(diǎn)據(jù),否則會(huì)帶來(lái)較大的外延誤差。

3.3 斷面水量

根據(jù)時(shí)段和年降水量,由相應(yīng)降雨徑流關(guān)系推求出的時(shí)段及年徑流深,乘上斷面集水面積即為斷面相應(yīng)時(shí)段的徑流量,如果是天然徑流量,還需考慮斷面以上流域大中型水庫(kù)蓄水變量和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耗水量。

4 成果檢驗(yàn)

4.1 相關(guān)系數(shù)

相關(guān)系數(shù)r越接近1,說(shuō)明徑流深與降雨量直線相關(guān)性越好,計(jì)算出的徑流量成果越合理。全省不同時(shí)段不同斷面相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。由表1可知,時(shí)段越長(zhǎng),相關(guān)關(guān)系越好,年徑流深與年雨量相關(guān)性越好。1—3月相關(guān)性略差,但全省95%以上交界斷面各時(shí)段相關(guān)系數(shù)在0.90以上,說(shuō)明間接推求斷面不同時(shí)段的徑流深方法具有較好的精度。

表1 不同時(shí)段交界斷面相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表 個(gè)

4.2 與實(shí)測(cè)值比較

選擇與交界斷面距離較近且集雨面積差值不超過(guò)10%的水文站進(jìn)行實(shí)測(cè)值和分析值比較,所選斷面和水文站見(jiàn)表2。2010年采用相關(guān)公式計(jì)算各時(shí)段徑流與水文站實(shí)測(cè)推算的徑流深見(jiàn)表3。

表2 交界斷面附近的水文站表

表3 2010年交界斷面計(jì)算值與水文站實(shí)測(cè)值成果表 mm

由表3可知,年計(jì)算值與實(shí)測(cè)值成果比較接近,誤差都在10.0%以內(nèi)。1—3月徑流深公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較,誤差在15.0%以內(nèi)的占83.3%;1—6月徑流深公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較,誤差在10.0%以內(nèi)的占83.33%;1—9月徑流深公式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較,誤差在10.0%以內(nèi)的占83.3%。

4.3 與等值線比較

對(duì)2010年89個(gè)交界斷面年徑流深計(jì)算值與當(dāng)年徑流深等值線網(wǎng)格散點(diǎn)插值求出值進(jìn)行比較 (見(jiàn)表4),成果是理想的,89.89%的斷面誤差在10.0%以內(nèi)。

表4 交界斷面分析值與等值線網(wǎng)格散點(diǎn)插值成果表 個(gè)

5 結(jié) 語(yǔ)

在全省行政交界斷面水質(zhì)保護(hù)管理考核中,利用現(xiàn)有實(shí)測(cè)降雨量,通過(guò)建立交界斷面以上流域降雨徑流關(guān)系,推求時(shí)段徑流量,能夠滿足一定精度要求。在目前尚做不到實(shí)測(cè)徑流條件下,不失為過(guò)渡期推算交界斷面水量的可行方法。