張義宇

(廣東省水文局茂名水文分局，廣東 茂名 525000)

鑒江是茂名、湛江兩市的主要供水水源，為貫徹落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度及鑒江流域水資源分配方案，2010年11月1日正式開啟鑒江流域水量調(diào)度，通過統(tǒng)一調(diào)度運(yùn)行，有效保障流域用水安全。但近年來天氣異常，從2018年秋季開始太平洋進(jìn)入厄爾尼諾現(xiàn)象。2019年10月8日至2020年1月20日鑒江流域中上游地區(qū)連續(xù)104 d無有效降雨。2020年1月中旬，鑒江、袂花江平均來水量頻率在30%～60%之間，接近輕度水文干旱；羅江平均來水量頻率73%，輕度水文干旱。因此，開展鑒江流域枯水期來水量分析，確保水資源合理調(diào)度十分必要，并且該項(xiàng)工作對(duì)今后鑒江流域水資源分析、通航水位分析、水利工程建設(shè)和規(guī)劃都具有重大意義。

1 流域概況

鑒江流域集雨面積6 914 km2，地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受海洋性和大陸性氣候共同影響，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)。鑒江流域雨量充沛，多年平均降水量為1 820.0 mm，年降水量大多在1 600.0 mm 以上，但地區(qū)間差異大，年內(nèi)分布不均勻。降水每年多集中在4—10月汛期，約占年降水量的88%， 11月—次年3月的降水量僅占年降水量的12%；降水量受地形影響明顯，變化大，多年平均變幅在1 400.0～2 800.0 mm之間，降水量的年際變化也較大，豐水年與枯水年降水量的比值可達(dá)2～4倍。

羅江是鑒江最大的一級(jí)支流，發(fā)源于茂名市信宜旺將，先入廣西北流勾髻頂西南，后經(jīng)高州荷花、石板，化州播揚(yáng)、寶圩、那務(wù)至合江與平定水匯合后，經(jīng)江湖、林塵、中垌、官橋等地在化州市區(qū)匯入鑒江，全長143 km，縱貫化州市境內(nèi)長110 km。全流域集雨面積2 618 km2，茂名市境內(nèi)集雨面積1 943 km2，羅江床平均坡降為0.64‰。鑒江流域水系如圖1所示。

圖1 鑒江流域水系示意

2 站點(diǎn)介紹及資料收集

化州水文站為鑒江流域控制站，控制集雨面積占鑒江流域面積的89.0%；高州水文站為鑒江流域中上游控制站，控制集雨面積占鑒江流域面積的42.0%；合江水文站為羅江中游控制站，控制集雨面積占鑒江流域面積的27.6%。收集各站1999—2018年枯水期流量(見圖2～4)可知，11月月平均流量為消退流量，在12月、次年1月及2月顯減少趨勢(shì)。2016年1月出現(xiàn)月平均流量增大，為受冷空氣和暖濕氣流影響，導(dǎo)致鑒江全流域多站出現(xiàn)了非汛期洪水。

圖2 化州水文站1999—2018年枯水期流量

圖3 高州水文站1999—2018年枯水期流量

圖4 合江水文站1999—2018年枯水期流量

3 分析方法

3.1 退水公式法

枯水期一般降雨稀少，主要由河網(wǎng)蓄水補(bǔ)給或地下水補(bǔ)給，控制斷面的流量過程一般呈退水規(guī)律，退水公式公式如下：

Q(t)=Qe-t/Kg

(1)

(2)

式中Kg為地下水退水參數(shù)；t為退水時(shí)間；Q為開始消退流量；Q(t)、Q(Δt)為退水時(shí)刻t、Δt的流量。

3.2 回歸方程統(tǒng)計(jì)法

在中長期水文預(yù)報(bào)中，預(yù)報(bào)因子與預(yù)報(bào)因子之間不是常常呈現(xiàn)線性關(guān)系，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)非線性關(guān)系，表1是常用的回歸公式。

表1 常用回歸公式

4 數(shù)據(jù)分析

4.1 退水公式法流量計(jì)算

通過對(duì)歷年數(shù)據(jù)分析，運(yùn)用退水公式(2)求得各月份Kg。而用于預(yù)報(bào)的開始消退流量與歷年同期開始消退流量之差為絕對(duì)值組成的Q變量，運(yùn)用函數(shù)公式“ABS(開始消退流量-歷年同期)=Q變量”，Q變量越小說明函數(shù)浮動(dòng)較穩(wěn)定，最小的Q變量對(duì)應(yīng)的Kg值為預(yù)報(bào)不同時(shí)段Q(t)值的退水公式系數(shù)[1]?；荨⒏咧荨⒑辖恼?019年11月開始消退流量為 47.7 m3/s、41.2 m3/s、21.4 m3/s。

化州站最小Q變量為1.60，對(duì)應(yīng)的12月、次年1月、次年2月的Kg為：4.51、7.08、24.00；高州水文站下游電站2010年2月開始運(yùn)行，鑒江調(diào)度方案為2010年11月實(shí)施，取2010—2018年最小Q變量0.30，對(duì)應(yīng)的Kg為：-409.50、7.86、23.56；合江水文站最小Q變量為2.70，對(duì)應(yīng)的Kg為：2.14、3.67、2.49。各站退水公式法計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 各站退水公式法計(jì)算結(jié)果

4.2 回歸方程統(tǒng)計(jì)法流量計(jì)算

本文采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)化州水文站、高州水文站、合江水文站歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行線性、對(duì)數(shù)、逆模型、二次項(xiàng)、冪、復(fù)合、S、增長、指數(shù)分布曲線關(guān)系分析[2]。

化州、高州、合江水文站12月至次年2月擬合結(jié)果見表3，各站歷年枯水期與擬合流量對(duì)比見圖5～7。

表3 各站回歸方程擬合結(jié)果

圖5 化州站歷年枯水期實(shí)測與擬合流量對(duì)比示意

圖6 高州站歷年枯水期實(shí)測與擬合流量對(duì)比示意

圖7 合江站歷年枯水期實(shí)測與擬合流量對(duì)比示意

5 結(jié)果分析

表4給出了各站2019—2020年枯水期預(yù)報(bào)成果對(duì)比，從表中可以看出，退水公式法12月、次年1月的預(yù)報(bào)值與實(shí)測月平均流量相差4 m3/s，次年2月化州、高州站和合江站預(yù)測值與實(shí)測月平均流量分別相差10 m3/s、6 m3/s、4 m3/s；回歸方程統(tǒng)計(jì)法12月、次年1月的預(yù)報(bào)值與實(shí)測月平均流量相差4 m3/s，次年2月化州站、高州站和合江站預(yù)測值與實(shí)測月平均流量分別相差14 m3/s、10 m3/s、3 m3/s。因2月春雨及水利調(diào)度春耕用水，對(duì)2月預(yù)測存在一定誤差。

表4 2019—2020年枯水期預(yù)報(bào)綜合 m3/s

運(yùn)用退水公式法對(duì)枯水期資料進(jìn)行分析時(shí)，計(jì)算的退水與實(shí)測退水曲線擬合存在差異，主要因?yàn)樗畮鞂?duì)江河來水補(bǔ)給所造成，而實(shí)時(shí)起退流量、退水系數(shù)Kg在整個(gè)退水過程中不夠穩(wěn)定，這都約束了退水曲線；回歸方程統(tǒng)計(jì)法對(duì)枯水期趨勢(shì)能有比較好的判斷，但對(duì)突發(fā)非汛期降雨造成的來水量預(yù)測依然不足。兩種方法都能較好預(yù)測枯水期來水量[3]。

6 結(jié)語

通過對(duì)歷年枯水期來水量統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用退水公式、回歸方程統(tǒng)計(jì)法可以做到提前預(yù)報(bào)預(yù)測，為進(jìn)一步優(yōu)化水資源水資源調(diào)度提供了有效的技術(shù)手段。但天氣大環(huán)境的變化，令預(yù)報(bào)預(yù)測結(jié)果存在一定偏差?？菟谛杳芮嘘P(guān)注枯水期旱情發(fā)展，對(duì)旱情進(jìn)行研判，制定抗旱應(yīng)急預(yù)案，細(xì)化用水方案，科學(xué)合理調(diào)度水資源[4]。