内蒙古河川年径流系列一致性处理方法实践与探讨
时间：2020-12-17 09:43:37 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(1.内蒙古自治区水文总局，内蒙古 呼和浩特 010010；
2.呼伦贝尔市水利勘测设计院，内蒙古 海拉尔 021000)
摘 要：文章根据全国水资源综合规划要求，对1956～2000年天然年径流系列进行一致性分析，主要目的是处理下垫面条件变化对径流的影响，也可附带检查还原计算成果的合理性，通过修正后得到具有一致性且能反映近期下垫面条件的天然年径流系列，使计算成果能反映近期下垫面条件下的地表水资源量。
关键词：径流系列；
下垫面；
影响；
一致性；
修正
中图分类号：TV121+4(226) 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)02—0051—02
1 问题的提出
在不知“温室效应”对降水确切影响的前提下，人类活动对河川径流量的影响主要表现在两个方面：首先，随着经济和社会的发展，河道外引用消耗的水量不断增加，直接造成河川径流量的减少，水文站实测径流已不能代表天然情况。其次，由于工农业生产、基础设施建设和生态环境建设改变了流域的下垫面条件(包括植被、土壤、水面、耕地、潜水位等因素)，导致入渗、径流、蒸散发等水平衡要素的变化，从而造成产流量的减少或增加。内蒙古地处北方干旱、半干旱地区，许多流域的径流因下垫面变化而衰减的现象已经非常明显。在同量级降水情况下，80、90年代的产流量明显小于50、60年代的产流量。在人类活动影响逐渐加大的情况下，即使将实测系列还原成天然系列，仍难以做到系列具有较好的一致性，且计算成果也不能反映近期下垫面条件下的产流量。
2 对年径流系列修正的目的
1980年全国进行了第一次水资源评价，评价系列为1956～1979年。第一次水资源评价至今已有20余年，各地区的流域下垫面、用水状况、工程状况等水资源情势发生了很大的变化。为查清水资源数量和水资源变化状况，2002年国家计委和水利部组织开展了全国水资源综合规划工作，对水资源量进行了重新评价。根据水文资料实际情况，并考虑系列代表性的要求，全国统一采用1956～2000年(共45年)径流系列作为地表水资源量分析计算的基本依据。
对1956～2000年天然年径流系列进行一致性分析，主要目的是处理下垫面条件变化对径流的影响，也可附带检查还原计算成果的合理性，通过修正后得到具有一致性且能反映近期下垫面条件的天然年径流系列。
根据《全国水资源综合规划技术细则》要求，对全区选用水文站实测径流进行还原计算，将实测年径流系列还原为天然年径流系列。对还原后的1956～2000年天然年径流系列进行一致性分析。若发现在同量级降水条件下，近20年的天然年径流量比五六十年代的明显减少(或增加)，则表明系列一致性不好。应在分析原因的基础上对1956～1979年天然年径流系列进行修正，既改善45年系列的一致性，又使计算成果能反映近期下垫面条件下的地表水资源量。
3 天然年径流系列一致性的修正方法
3.1 基本原理
从水文学原理可知：降水过程是大气向流域供水的过程，是径流形成的必要条件。径流形成过程是一个复杂而连续的物理过程，它与降水特征、时空分布及流域下垫面条件密切相关。如求河川径流总量，对于一个闭合流域，无论超渗产流还是蓄满产流，当降水量一经满足田间持水量以后，就不再有损失量，次降水径流关系满足水量平衡方程式：
R=P-(Wm－Wo)－E (1)
式中：R—总径流量；
Wm—包气带达到田间持水量时的土壤含水量；
Wo—雨始时包气带土壤含水量；
E —雨期蒸发量。
如果将Wo用Pa，Wm用Im近似表示，则式(1)可改写为：
R=P+Pa－Im－E (2)
式中：Pa—前期影响雨量；
Im—流域平均最大初期损失量。
雨期蒸发量很小，可以忽略不计，径流量R的减少主要是由于Im的增加，即植物截留、填洼和下渗等项。式(2)可改写为：
R=P-E-ΔV (3)
内蒙古自治区枯水期历时长，降水量小，对调蓄能力差的中小流域来说，可以认为年初与年终的蓄水量变化不大，ΔV近似为零，可忽略不计，(3)式可改写为：
R=P-E (4)
则下垫面变化前R1=P－E1，下垫面变化后R2=P－E2。下垫面变化前、后径流量的变化为：ΔR=R1－R2=E2－E1=ΔP－ΔE。
由于下垫面变化前、后降水量变化不大，ΔP可不考虑，则：
ΔR=-ΔE (5)
由上式可以看出，下垫面变化前、后径流量的增大或减少是由于蒸发量的减少或增大所致。反映在降水—径流关系图上，下垫面变化前后的点据应呈偏离趋势。
3.2 一致性处理方法实践
3.2.1 年降水—径流关系线的建立。在本次水资源计算中，我们对全区选用的径流分析站点采用点绘年降水与天然年径流相关图
的方法进行了一致性分析，从已进行一致性分析的站点来看，全区大部分站点1956～1979年与1980～2000年两个系列的降雨——径流关系的相关点据没有系统的偏离，可以认为系列的一致性较好；
哈拉沁、龙头拐、集宁等少数站点两系列的降雨——径流关系线有较明显的变化。以霸王河集宁站为例(见图1)，点绘年降水与
天然年径流的相关图，由图可以看出，中低水点据50～70年代明显偏左，80、90年代明显偏右。可以将80年代以前与八九十年代的中低水点据各定一条线。而高水点据只出现在50～70年代，80、90年代基本没有。因此，先定出50～70年代的高水线型，80、90年代的线型只能靠趋势外延，通过外延使不同年代的高水线型合为一条。
3.2.2 系列一致性修正。根据下垫面变化前、后的两条降水——径流关系线，将下垫面变化以前系列修正到下垫面变化以后。修正方法有两种，一种是将下垫面变化前的系列按原来的降水直接查下垫面变化后的关系线得出径流量值；
另一种是求出不同等级降水情况下的下垫面变化前、后的两条关系线的径流量差值，然后用下垫面变化前同等级降水量的径流量减去差值即可得修正后的径流量。
第一种方法是不考虑降水的时空分布，按照概率论的方法，下垫面变化以后的降水径流点据落在线上的可能性最大。第二种方法是认为降水的时空分布不变，下垫面变化以后径流量的减少量最大可能为两条线的差值。因此，将原来的径流量减去差值即可得到修正后的径流量。
4 有关一致性修正方法的探讨
通过对天然年径流系列一致性修正方法的实践，还发现存在如下问题值得进一步探讨：
4.1 现状条件的确定，受人为因素影响较多，主观性较强
所确定的降水——径流关系线型合理与否，可能给修正成果带来较大的误差。
4.2 降水——径流关系线的精度问题
有些单站或分区，下垫面变化前、后降水径流点据虽然有分离趋势，但比较散乱。在定线时，没有考虑年降水量的大小以及降水在年内的集中程度等造成点据散乱的影响因素，人为通过点群中心定出一条线形，造成了相关线的精度不高。
4.3 降水——径流关系线的线型为低水分、高水合，理论依据不足，带有经验性，任意性较大
年降水径流大的点据一般出现在80年代以前，80、90年代很少，或几乎没有。在相关线上部线型的确定时，只能是先确定出50～70年代的线型，80、90年代的线型通过外延人为的与50
～70年代合为一条，这样增加了任意性。
4.4 对降水——径流关系线未作误差评定
在所定的降水——径流关系图中，有些点据较集中，而有些点据较散乱，无论散乱或集中，都定出了一条线，所定线型没有按照一定的误差评定标准来衡量，难以判定修正成果的精度。
2.呼伦贝尔市水利勘测设计院，内蒙古 海拉尔 021000)
摘 要：文章根据全国水资源综合规划要求，对1956～2000年天然年径流系列进行一致性分析，主要目的是处理下垫面条件变化对径流的影响，也可附带检查还原计算成果的合理性，通过修正后得到具有一致性且能反映近期下垫面条件的天然年径流系列，使计算成果能反映近期下垫面条件下的地表水资源量。
关键词：径流系列；
下垫面；
影响；
一致性；
修正
中图分类号：TV121+4(226) 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)02—0051—02
1 问题的提出
在不知“温室效应”对降水确切影响的前提下，人类活动对河川径流量的影响主要表现在两个方面：首先，随着经济和社会的发展，河道外引用消耗的水量不断增加，直接造成河川径流量的减少，水文站实测径流已不能代表天然情况。其次，由于工农业生产、基础设施建设和生态环境建设改变了流域的下垫面条件(包括植被、土壤、水面、耕地、潜水位等因素)，导致入渗、径流、蒸散发等水平衡要素的变化，从而造成产流量的减少或增加。内蒙古地处北方干旱、半干旱地区，许多流域的径流因下垫面变化而衰减的现象已经非常明显。在同量级降水情况下，80、90年代的产流量明显小于50、60年代的产流量。在人类活动影响逐渐加大的情况下，即使将实测系列还原成天然系列，仍难以做到系列具有较好的一致性，且计算成果也不能反映近期下垫面条件下的产流量。
2 对年径流系列修正的目的
1980年全国进行了第一次水资源评价，评价系列为1956～1979年。第一次水资源评价至今已有20余年，各地区的流域下垫面、用水状况、工程状况等水资源情势发生了很大的变化。为查清水资源数量和水资源变化状况，2002年国家计委和水利部组织开展了全国水资源综合规划工作，对水资源量进行了重新评价。根据水文资料实际情况，并考虑系列代表性的要求，全国统一采用1956～2000年(共45年)径流系列作为地表水资源量分析计算的基本依据。
对1956～2000年天然年径流系列进行一致性分析，主要目的是处理下垫面条件变化对径流的影响，也可附带检查还原计算成果的合理性，通过修正后得到具有一致性且能反映近期下垫面条件的天然年径流系列。
根据《全国水资源综合规划技术细则》要求，对全区选用水文站实测径流进行还原计算，将实测年径流系列还原为天然年径流系列。对还原后的1956～2000年天然年径流系列进行一致性分析。若发现在同量级降水条件下，近20年的天然年径流量比五六十年代的明显减少(或增加)，则表明系列一致性不好。应在分析原因的基础上对1956～1979年天然年径流系列进行修正，既改善45年系列的一致性，又使计算成果能反映近期下垫面条件下的地表水资源量。
3 天然年径流系列一致性的修正方法
3.1 基本原理
从水文学原理可知：降水过程是大气向流域供水的过程，是径流形成的必要条件。径流形成过程是一个复杂而连续的物理过程，它与降水特征、时空分布及流域下垫面条件密切相关。如求河川径流总量，对于一个闭合流域，无论超渗产流还是蓄满产流，当降水量一经满足田间持水量以后，就不再有损失量，次降水径流关系满足水量平衡方程式：
R=P-(Wm－Wo)－E (1)
式中：R—总径流量；
Wm—包气带达到田间持水量时的土壤含水量；
Wo—雨始时包气带土壤含水量；
E —雨期蒸发量。
如果将Wo用Pa，Wm用Im近似表示，则式(1)可改写为：
R=P+Pa－Im－E (2)
式中：Pa—前期影响雨量；
Im—流域平均最大初期损失量。
雨期蒸发量很小，可以忽略不计，径流量R的减少主要是由于Im的增加，即植物截留、填洼和下渗等项。式(2)可改写为：
R=P-E-ΔV (3)
内蒙古自治区枯水期历时长，降水量小，对调蓄能力差的中小流域来说，可以认为年初与年终的蓄水量变化不大，ΔV近似为零，可忽略不计，(3)式可改写为：
R=P-E (4)
则下垫面变化前R1=P－E1，下垫面变化后R2=P－E2。下垫面变化前、后径流量的变化为：ΔR=R1－R2=E2－E1=ΔP－ΔE。
由于下垫面变化前、后降水量变化不大，ΔP可不考虑，则：
ΔR=-ΔE (5)
由上式可以看出，下垫面变化前、后径流量的增大或减少是由于蒸发量的减少或增大所致。反映在降水—径流关系图上，下垫面变化前后的点据应呈偏离趋势。
3.2 一致性处理方法实践
3.2.1 年降水—径流关系线的建立。在本次水资源计算中，我们对全区选用的径流分析站点采用点绘年降水与天然年径流相关图
的方法进行了一致性分析，从已进行一致性分析的站点来看，全区大部分站点1956～1979年与1980～2000年两个系列的降雨——径流关系的相关点据没有系统的偏离，可以认为系列的一致性较好；
哈拉沁、龙头拐、集宁等少数站点两系列的降雨——径流关系线有较明显的变化。以霸王河集宁站为例(见图1)，点绘年降水与
天然年径流的相关图，由图可以看出，中低水点据50～70年代明显偏左，80、90年代明显偏右。可以将80年代以前与八九十年代的中低水点据各定一条线。而高水点据只出现在50～70年代，80、90年代基本没有。因此，先定出50～70年代的高水线型，80、90年代的线型只能靠趋势外延，通过外延使不同年代的高水线型合为一条。3.2.2 系列一致性修正。根据下垫面变化前、后的两条降水——径流关系线，将下垫面变化以前系列修正到下垫面变化以后。修正方法有两种，一种是将下垫面变化前的系列按原来的降水直接查下垫面变化后的关系线得出径流量值；
另一种是求出不同等级降水情况下的下垫面变化前、后的两条关系线的径流量差值，然后用下垫面变化前同等级降水量的径流量减去差值即可得修正后的径流量。
第一种方法是不考虑降水的时空分布，按照概率论的方法，下垫面变化以后的降水径流点据落在线上的可能性最大。第二种方法是认为降水的时空分布不变，下垫面变化以后径流量的减少量最大可能为两条线的差值。因此，将原来的径流量减去差值即可得到修正后的径流量。
4 有关一致性修正方法的探讨
通过对天然年径流系列一致性修正方法的实践，还发现存在如下问题值得进一步探讨：
4.1 现状条件的确定，受人为因素影响较多，主观性较强
所确定的降水——径流关系线型合理与否，可能给修正成果带来较大的误差。
4.2 降水——径流关系线的精度问题
有些单站或分区，下垫面变化前、后降水径流点据虽然有分离趋势，但比较散乱。在定线时，没有考虑年降水量的大小以及降水在年内的集中程度等造成点据散乱的影响因素，人为通过点群中心定出一条线形，造成了相关线的精度不高。
4.3 降水——径流关系线的线型为低水分、高水合，理论依据不足，带有经验性，任意性较大
年降水径流大的点据一般出现在80年代以前，80、90年代很少，或几乎没有。在相关线上部线型的确定时，只能是先确定出50～70年代的线型，80、90年代的线型通过外延人为的与50
～70年代合为一条，这样增加了任意性。
4.4 对降水——径流关系线未作误差评定
在所定的降水——径流关系图中，有些点据较集中，而有些点据较散乱，无论散乱或集中，都定出了一条线，所定线型没有按照一定的误差评定标准来衡量，难以判定修正成果的精度。
