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        清水河徑流量插補(bǔ)方法探討

        2012-08-31 02:25:54朱建春巴州水文水資源勘測(cè)局
        河南水利與南水北調(diào) 2012年21期
        關(guān)鍵詞:枯水清水河克爾

        □朱建春(巴州水文水資源勘測(cè)局)

        1.流域自然地理概況

        1.1 流域地形

        清水河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州和碩縣北部,流域東面與曲惠溝流域接壤,西面與黃水溝流域毗鄰,北界阿拉溝流域,地理位置介于86°35′~87°10′E,42°10′~42°50′N,流域內(nèi)地勢(shì)北高南低向西傾斜,山口以上平均海拔高程在3100 m以左右。海拔高度在2500~3800 m的地帶降水較多,氣候濕潤(rùn)。

        1.2 河流

        清水河發(fā)源于天山南麓,從河源至出山口河長(zhǎng)60.2 km,流域平均寬度22.1 km,最大寬度36.0 km,河道平均坡度3.7%。流域內(nèi)冰川面積5.64 km2,占流域總面積的0.56%,冰川儲(chǔ)量0.142 km3??藸柟盘崴恼臼窃摵游ㄒ坏乃恼荆?956年建站,位于清水河出山口處,東經(jīng)86°54′,北緯42°22′,水文站以上流域集水面積為1016 km2。

        2.流域降水及徑流概況

        2.1 降水

        山口處多年平均年降水量146.6 mm,降水量集中在汛期(6-8月),汛期多年平均降水量24.9~37.2 mm之間,連續(xù)最大4個(gè)月降水量占年降水量70.9%。

        2.2 徑流

        清水河的徑流量主要是由冰雪融水和降雨補(bǔ)給,還有少量的地下水補(bǔ)給組成。夏季降雨大部分直接補(bǔ)給徑流,因而降水是影響清水河徑流大小的主要因素之一,山區(qū)降雨大小直接影響河道徑流量的大小。徑流的年內(nèi)分配不均勻,主要是由于流域的降水時(shí)空分布不均,且季節(jié)變化明顯,徑流主要集中在汛期(0.809×108m3),約占全年的 65.7%。

        2.3 枯水

        清水河枯水時(shí)間比較長(zhǎng),一般為每年10月初至次年4月底為枯水期,其中,12月中旬至次年4月底為最枯時(shí)段,月徑流占年徑流的4.5%~3.0%之間,此段時(shí)期河流大部分時(shí)間處在冰期,地表徑流補(bǔ)給中斷,靠地下水補(bǔ)給,這時(shí)河水徑流量比較穩(wěn)定。

        3.年徑流插補(bǔ)方法

        3.1 5-11月合計(jì)徑流量與年徑流量相關(guān)法

        克爾古提站1994-2008年總共逐年徑流及1-4月和12月徑流資料的插補(bǔ)延長(zhǎng),采用歷年實(shí)測(cè)5-11月徑流量與年徑流量建立相關(guān)關(guān)系,見圖1。根據(jù)1994-2008年每年5-11月實(shí)測(cè)徑流量,按相關(guān)方程計(jì)算出各年徑流量。

        其相關(guān)方程為:

        相關(guān)系數(shù):R=0.9958。式中:W—年徑流量;W5~11月 -5-11月時(shí)段徑流量。

        根據(jù)(1)式求得1994-2008年各年徑流量,然后用年徑流量減去該年5-11月份徑流量,求得1-4月和12月徑流量,再用多年平均歷年1-4月和12月各月水量占1-4月和12月時(shí)段水量百分比計(jì)算出1994-2008年各年1-4月和12月各月徑流量。

        3.2 枯季退水曲線分析法

        根據(jù)清水河枯季徑流特征分析,每年12月至次年4月底為最枯時(shí)段,月徑流靠地下水補(bǔ)給,這時(shí)河水徑流量退水平穩(wěn),多年平均退水系數(shù)在0.06~0.006之間波動(dòng),從11月下旬至次年4月下旬逐漸減小,退水系數(shù)說明此時(shí)段徑流消退速度逐漸降低。

        圖1 克爾古提水文站歷年5-11月徑流與年徑流相關(guān)圖

        克爾古提站1993-2008年,每年12月和次年1-4月徑流資料的插補(bǔ)延長(zhǎng),采用11月徑流量為枯水開始消退值,用退水曲線公式計(jì)算出每年12月和次年1-4月徑流。

        退水計(jì)算公式:

        式中:Q0-表示開始消退值;Qt-表示退水后t時(shí)段的消退值;β—表示t時(shí)段的退水系數(shù)。

        根據(jù)1957-1993年歷年實(shí)測(cè)月徑流量資料,分析歷年逐時(shí)段退水曲線系數(shù)β。利用每年11月實(shí)測(cè)徑流量,根據(jù)(2)式求得1993-2008年每年12月和次年1-4月徑流量。插補(bǔ)的1-4月和12月各月徑流量與實(shí)測(cè)的5-11月徑流量相加即得到1994-2008年各年徑流量。

        3.3 歷年均值代替

        根據(jù)歷年實(shí)測(cè)月徑流量資料,分析歷年逐月平均月徑流量,一般為每年12月至次年4月底月徑流占年徑流的4.5~3.0%之間,且歷年逐月徑流年際變化較穩(wěn)定,12月和1-4月徑流量變差系數(shù)CV值在0.25~0.15之間,在一般情況下用歷年逐月平均月徑流量近似代替缺測(cè)月份的徑流量,用歷年平均1-4和12月合計(jì)徑流量與當(dāng)年實(shí)測(cè)的5-11月徑流量相加即得到1994-2008年各年徑流量。

        4.插補(bǔ)方法誤差分析及精度評(píng)定

        本次根據(jù)克爾古提站1957-1990年的月、年徑流資料,來進(jìn)行徑流量相關(guān)法的分析及建立相關(guān)方程,分析退水曲線法歷年逐時(shí)段退水曲線系數(shù)β,和1957-1990年逐月平均徑流,運(yùn)用上述3種方法分別對(duì)1991-1993年各年1-4月和12月及年徑流進(jìn)行插補(bǔ)。然后通過1991-1993年實(shí)測(cè)月、年徑流資料來檢驗(yàn)各種方法插補(bǔ)值的精度,通過對(duì)各種方法的比較和精度評(píng)定,優(yōu)選年徑流插補(bǔ)方法。插補(bǔ)結(jié)果見表1。

        表1 各年1-4月和12月及年徑流插補(bǔ)成果表

        各種方法插補(bǔ)結(jié)果與1991-1993年實(shí)測(cè)月、年徑流進(jìn)行絕對(duì)誤差及均方差分析,分析結(jié)果見表2。通過上述3種方法插補(bǔ)值的精度來看,相關(guān)分析法年各月插補(bǔ)值絕對(duì)誤差在0.03~0.83 m3/s之間,年徑流絕對(duì)誤差在0.010~0.018 m3/s之間。3年1-4月和12月平均均方差在0.08~0.42之間,合計(jì)為1.04,3年年徑流平均均方差為0.025;退水曲線法3年各月插補(bǔ)值絕對(duì)誤差在0.05~0.44 m3/s之間,年徑流絕對(duì)誤差在0.003~0.028 m3/s之間。3年1-4月和12月平均均方差在0.08~0.34之間,合計(jì)為0.92,3年年徑流平均均方差為0.015;歷年均值法3年各月插補(bǔ)值絕對(duì)誤差在0.04~1.13 m3/s之間,年徑流絕對(duì)誤差在0.029~0.046 m3/s之間。3年1-4月和12月平均均方差在0.17~0.64之間,合計(jì)為1.63,3年年徑流平均均方差為0.049。

        從分析結(jié)果來看,3年1-4月和12月插補(bǔ)值絕對(duì)誤差和平均均方差變化范圍最小的是枯水退水曲線法的插補(bǔ)結(jié)果,3年年徑流平均均方差最小的也是枯水退水曲線法的插補(bǔ)結(jié)果。

        表2 插補(bǔ)成果絕對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)分析表

        5.結(jié)論

        根據(jù)清水河流域的降水和枯季徑流特征,采用相關(guān)分析法、退水曲線法和歷年均值法對(duì)克爾古提水文站缺測(cè)年份的月、年徑流資料進(jìn)行插補(bǔ)。并運(yùn)用1991-1993年實(shí)測(cè)月、年徑流資料來檢驗(yàn)各種方法插補(bǔ)值的精度,通過對(duì)各種方法的比較和精度評(píng)定,枯水退水曲線法的插補(bǔ)結(jié)果的值絕對(duì)誤差和平均均方差變化范圍最小,插補(bǔ)值相對(duì)比較準(zhǔn)確。在進(jìn)行清水河水資源評(píng)價(jià)和水文分析計(jì)算時(shí),枯水退水曲線法的插補(bǔ)結(jié)果可用于克爾古提水文站缺測(cè)年份的月、年徑流資料進(jìn)行插補(bǔ)。

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