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印度大壩和水資源

摘要:經(jīng)濟(jì)壓力和對水的需求，迫使印度必須優(yōu)化水資源開發(fā)。印度年降雨量大約為117 cm，相當(dāng)于約4 000 km3的淡水。然而，75%～80%的年總降水量發(fā)生在6～9月。這種情況促使該國需要新建一些大壩。為此，印度打算繼續(xù)其大壩建設(shè)項(xiàng)目，以確保糧食生產(chǎn)自給自足和滿足日益增長的人口需求。對印度全國的年需水量、氣候及降雨量的分布情況，以及水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀、規(guī)劃及前景作了介紹。

關(guān)鍵詞:水電資源開發(fā)規(guī)劃;大壩;印度

印度人口從1947年的4億增長到2010年的11．2億，并且增長仍在繼續(xù)，據(jù)預(yù)測，到2025年，印度人口將達(dá)到14億左右。由于人口眾多，印度最迫切的需求是對各種不同用途的淡水資源實(shí)施管理，比如用于生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、水利及生態(tài)系統(tǒng)的水資源。

1　氣候

對印度水資源狀況開展分析，就不得不考慮氣候這一因素。北回歸線橫穿印度中部，使這片土地呈現(xiàn)了各種不同氣象條件特征下的熱帶和亞熱帶氣候。亞熱帶地區(qū)(印度北部)氣候極端，而熱帶地區(qū)(印度的南部)則相對較為平靜。

印度大部分地區(qū)1 a可分為4個季節(jié)，即冬季(1～2月)、炎熱季(3～5月)、西南季風(fēng)季或雨季(6 ～9月)以及后季風(fēng)季(10～12月)。冬季的特點(diǎn)是低溫，北部地區(qū)氣溫大約在10℃～15℃，南部地區(qū)約為20℃～25℃。印度最北部地區(qū)會體驗(yàn)極熱帶天氣系統(tǒng)影響所帶來的周期性多云或降雨、降雪。3月份標(biāo)志著炎熱天氣的開始，氣溫從4月到6月開始逐漸上升，平均約為30℃～40℃。

西南季風(fēng)季是主要的雨季。在這個季節(jié)，全國大部分地區(qū)的降雨占全年降雨的75%～80%。有時，從孟加拉灣和阿拉伯海而來的季風(fēng)天氣系統(tǒng)(氣旋風(fēng)暴)從印度穿境而過，帶來強(qiáng)降雨天氣并導(dǎo)致河水泛濫。除了安得拉邦、特蘭伽納和泰米爾納德邦地區(qū)以外，全國各地的后季風(fēng)季相對而言比較干燥。

2　評估

印度所有的淡水資源均來自于6～9月西南季風(fēng)季的降雨。因此，了解印度全國各地的降雨情況、地表水和地下水利用評估情況十分重要。

印度被劃分為29個邦和7個中央直轄區(qū)。全國29個邦的降雨量差異很大，最高的平均年降雨量為300 cm，在喀拉拉邦;最低年降雨量在哈里亞納邦，為55 cm。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，有8個邦的平均年降雨量在50～100 cm，9個邦在100～150 cm之間，2個邦的在150～200 cm之間，10個邦的平均年降雨量大于200 cm。這些數(shù)據(jù)成為全國29個邦相對水供應(yīng)狀況評估的重要組成部分。

印度的平均年降雨量約為117 cm。根據(jù)降雨量和土地面積計(jì)算出的總水量約為4 000 km3。據(jù)估計(jì)，大約有1 400 km3的水已通過蒸散發(fā)損失掉，730 km3的水進(jìn)入到土壤。扣除蒸散發(fā)和滲透后，該國水系的平均地表徑流量只有1 869 km3。印度國內(nèi)的土壤和硬地層具有不同的土壤特性及水文氣象條件，且分布廣泛，通過降雨補(bǔ)給的年均地下水資源量大約為432 km3。因此，該國的水資源總量為2 301 km3，人均水資源占有量為2 238 m3/a。

一般來說，發(fā)達(dá)國家需要的人均淡水資源量為1 000 m3/a，而印度的人均占有量為2 238 m3/a，是發(fā)達(dá)國家的2倍。因此，從這個角度來說，印度的水資源量處于相對較高的水平。

在以上對降雨和徑流進(jìn)行估計(jì)分析的基礎(chǔ)上，可以看出，該國降雨－徑流率大約為47%。如果一個地區(qū)的水資源量在人均大約為1 000～1 500 m3/a的范圍以下，那么將會面臨水的壓力。

印度全國水資源稀缺的4個邦是哈里亞納邦、北方邦、比哈爾邦和西孟加拉邦，因?yàn)檫@些地區(qū)的人均可用水量是1 000 m3/a。阿魯納恰爾邦、喜馬偕爾邦、查謨和克什米爾邦、曼尼普爾邦、梅加拉亞邦、米佐拉姆邦、那加蘭邦和錫金邦等地區(qū)則具有豐富的水資源。

3　降雨量變化及主要河流

降雨量的變化一般是通過變異系數(shù)(CV)來衡量，即序列的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均值。

在印度，降雨量的年際變化十分顯著，CV值高達(dá)0．3～0．5。對于29個邦的年內(nèi)雨水的CV值來說，其范圍在11%～34%之間。CV值為25%，說明在100 a里大約有68 a，該地區(qū)的降雨量范圍將從超過年均降水量的25%到低于年降水量的25%(加或減25%該地區(qū)的年均降雨量)。在剩下的32 a里，偏差將超過25%，也就是說，大約有16 a的不足年降雨量將大于25%，另外16 a則將超過年降雨量25%以上。例如，在年均降雨量大約為99 cm的北方邦，其CV為20%。觀察發(fā)現(xiàn)，在100 a里有68 a，其年降雨量在79～119 cm之間;在16 a中，年降雨量減少至小于79 cm，而在另一個16 a，它可能又會超過119 cm。

當(dāng)變異性增加，降雨的可靠性就會顯著下降。還有很多因素會使降雨的變化性增加。對水域清理或管理的方式以及氣候的變化，都會導(dǎo)致降雨?duì)顩r發(fā)生變化。在對水的利用規(guī)劃中，必須要考慮到降雨的這種變異性特性。

印度有14個主要河流流域，流域面積達(dá)20 000 km2以上。另外，還有46個中等河流流域，其流域面積在2 000～20 000 km2之間。

印度河、恒河和布拉馬普特拉河是印度北部喜馬拉雅地區(qū)的重要河流。這些河流都有雪水和雨水的補(bǔ)給，因此，全年都不會斷流。恒河及其支流如扇形攤開在印度平原上，形成了最大的流域，占印度總面積的1/4。這些河流的最高水位和最大流量均出現(xiàn)在夏季季風(fēng)季節(jié)。

在印度中部和南部，主要河流有默哈納迪(Mahanadi)河、蘇巴默爾哈(Subamarekha)河、塔皮(Tapi)河、訥爾默達(dá)(Narmada)河、戈達(dá)瓦里(Godavari)河、克里希納(Krishna)河、默希(Mahi)河、薩巴爾默蒂(Sabamati)河、高韋里(Cauveri)河和貝弗納(Pervnar)河。這些河流是完全靠雨水補(bǔ)給，所以很多河流在炎熱的季節(jié)就會萎縮成小溪流。

印度有許多沿海河流。這些河流，特別是分布在西海岸的河流，均具有長度較短，且流域面積也不大的特點(diǎn)。

4　大壩及水資源開發(fā)利用

在印度的不同地方，由于大部分的年降雨是發(fā)生在6～9月的西南季風(fēng)季節(jié)，所以需要修建一些水庫來蓄水，以保障全年的用水需求。在1947年印度獨(dú)立以前，全國只有少數(shù)(250座)的蓄水壩，其總存儲容量大約為12 km3。印度獨(dú)立以后，水資源的開發(fā)利用得以迅速開展。為了蓄水，修建了大量的大壩以滿足日益增長的人口用水需求。因此，大壩的數(shù)量一直在上升，到1990年，其已建大壩數(shù)量達(dá)到了3 650座。地表水的存儲量也因此從12 km3增加到了252 km3。

印度擬繼續(xù)開展大壩建設(shè)項(xiàng)目，并計(jì)劃在未來25 a左右的時間內(nèi)，使蓄水量增加200 km3，以確保糧食生產(chǎn)的持續(xù)自給自足，并滿足日益增長人口對能源和飲用水的需求。

應(yīng)該提到的是，大壩為水資源的開發(fā)利用作出了極其重要和顯著的貢獻(xiàn)，并且從大壩的受益已相當(dāng)可觀。

在設(shè)計(jì)大壩時，需要有長序列的河流流量數(shù)據(jù)資料用于確定在河流總水量中的可用水量，也就是可以被存儲的水量，以及為了大壩安全用于確定設(shè)計(jì)洪水的極端洪水值。

在印度，河流流量測站的數(shù)量大約只有雨量測站數(shù)量的18%。因此，由于河流水文站的數(shù)量有限，由河流流量數(shù)據(jù)所獲得的洪水信息量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了評估大壩安全，最大點(diǎn)雨量值和面雨量值被用來估算設(shè)計(jì)暴雨和可能最大降雨(PMP)。

5　最大點(diǎn)雨量與大暴雨

一個測站在不同時期的最大點(diǎn)雨量值的大小，對于從城市排水系統(tǒng)到大壩和溢洪道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程專業(yè)設(shè)計(jì)人員來說，是很有價值的。一些調(diào)查人員對降雨的歷史記錄資料展開了分析研究，并將研究結(jié)果用來統(tǒng)計(jì)印度全國不同測站的最大點(diǎn)雨量值的大小。

印度經(jīng)常遭受嚴(yán)重颶風(fēng)，包括季風(fēng)低壓和熱帶風(fēng)暴的侵?jǐn)_，從而產(chǎn)生持續(xù)數(shù)天的嚴(yán)重且分布廣泛的降雨，有時甚至是大暴雨。暴雨區(qū)的范圍可能有400 000 km2，點(diǎn)雨量會達(dá)到40～80 cm/d。

最近開展的最嚴(yán)重的暴雨調(diào)查發(fā)現(xiàn)，日最大點(diǎn)雨量接近或超過40 cm。同時還發(fā)現(xiàn)，在印度12場暴雨雨量站日常降雨記錄中，產(chǎn)生極端點(diǎn)雨量和極端區(qū)域雨深的記錄占居著支配地位。

由ATM計(jì)算的10～20 000 km2的地區(qū)1～3 d最大暴雨的雨量－時間－面積值的結(jié)果表明，在古吉拉特邦，1941年7月1～3日的暴雨所產(chǎn)生的最大面雨深超出了其他地區(qū)1～3 d的降雨。此次暴雨是由孟加拉灣低壓造成的，當(dāng)時在蘇拉特地區(qū)的一個雨量站記錄下了在7月2日08: 30結(jié)束時的日降雨量為99 cm。

6　設(shè)計(jì)暴雨計(jì)算

流域的設(shè)計(jì)暴雨是對在最高雨量下確定的流域可能設(shè)計(jì)洪水的估計(jì)。常用的設(shè)計(jì)暴雨是可能最大暴雨(RMS)，或者可能最大降雨(PMP)和標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目暴雨(SPS)。PMP是氣象領(lǐng)域可能在一個給定區(qū)域的面積下對于所給定持續(xù)時間內(nèi)的最大降雨深度(WMQ) ; SPS是在可用記錄內(nèi)流域?qū)嶋H發(fā)生的最大暴雨。PMP用于高風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)，SPS沒有考慮這樣的風(fēng)險(xiǎn)，而且加入了經(jīng)濟(jì)方面的考慮。PMP的計(jì)算是一個專門的學(xué)科，需要具有相當(dāng)?shù)乃臍庀蠓矫娴闹R。

至于SPS，主要使用以下2種方法。

(1)第1種方法是深度歷時DD方法，即在流域發(fā)生過的大暴雨中確定出整個流域不同歷時的最高面雨量。當(dāng)該流域缺乏大暴雨記錄而鄰近流域發(fā)生過暴雨，那么在研究該流域的相關(guān)氣象因素時，可將其暴雨記錄資料轉(zhuǎn)移至所研究的區(qū)域。

(2)第2種方法是流域的年最大面雨量系列的頻率分析。在印度，對設(shè)計(jì)暴雨的研究始于20世紀(jì)50年代，旨在滿足建造大量的水利工程的需要。

從那時起，設(shè)計(jì)暴雨估算已經(jīng)用于數(shù)個印度國內(nèi)的水利工程，以確保項(xiàng)目的安全(CBIP)。工作范圍涉及到流域數(shù)個雨量站大量日雨量數(shù)據(jù)的收集和處理。

7　PMP估算

水文氣象領(lǐng)域的一個主要難點(diǎn)，是對有可能發(fā)生在一個點(diǎn)或一個區(qū)域的不同歷時的可能最大降雨的估計(jì)。這些估計(jì)可用于對大型土壩溢洪道和堆石壩的可能最大洪水的計(jì)算。使用可能最大洪水來設(shè)計(jì)泄洪道，主要目的是對其提供最大保護(hù)。以下2種方法可以用來估算可能最大降雨。

(1)第1種是采用物理方法來確定該地區(qū)的可能最大降雨。

(2)第2種方法是使用最高年度雨水頻率來分析的統(tǒng)計(jì)方法。

許多國家更青睞于采用物理方法。

物理方法包括暴雨數(shù)據(jù)選擇、暴雨換位，以及雨量－時間－面積(DAD)的分析，它會產(chǎn)生一組在給定歷時條件下關(guān)于降雨深度和面積關(guān)系的曲線，以及通過濕潤最大化因子來增強(qiáng)雨量(MMF)。

MMF為氣候邏輯最大降水量和估計(jì)暴雨有關(guān)降水量的比值。這些比率通常在1．2～1．6的范圍內(nèi)。PMP被用來研究了整個印度很多具體的河流流域，因?yàn)樵谶@些流域已經(jīng)修建了多座大壩。

8　結(jié)語

為了緩解經(jīng)濟(jì)壓力和滿足不斷增長的用水需求，迫切需要優(yōu)化水資源的開發(fā)。印度國內(nèi)平均年降雨量大約是117 cm，相當(dāng)于4 000 km3左右的淡水。然而，大部分(大約75%～80%)的年降水總量發(fā)生在6～9月這4個月中。由于降水分布不均，因此必須新建一些水庫來蓄水，以滿足用水需求。有鑒于此，印度政府規(guī)劃繼續(xù)其大壩建設(shè)項(xiàng)目的開發(fā)，以確保糧食生產(chǎn)自給自足和滿足日益增長的人口的生活所需。

(邰肇悅毛麗萍編譯)

收稿日期:2015-05-09

文章編號:1006-0081(2015) 07-0001-03

中圖法分類號:TV213

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A