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水利工程论文-黑龙江省水库站径流还原计算方法及有关问题的探讨.doc

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水利工程论文-黑龙江省水库站径流还原计算方法及有关问题的探讨.doc

水利工程论文黑龙江省水库站径流还原计算方法及有关问题的探讨摘要针对黑龙江省人类活动对河川径流的影响,系统地论述水库站月径流量的还原计算方法。并就稻田拦蓄水量、地下水开采对河流水文效应产生的影响及径流还原计算方法进行探讨。关键词水库站径流量耗水量还原计算我省现有水库站12处。这些站的建立,为弥补基本站网定位观测的不足,扩大资料收集范围,增强资料的完整性均发挥了重要作用。但由于这些站所测得径流资料受水利工程影响,在数量和时程分配上均不能代表河流的天然状况,因此在应用这些资料进行水资源评价和工程设计时,必须将测验断面的实测径流还原为天然河川径流量。本文针对我省水利工程和水库站的特点,对水库站月径流量的还原计算方法进行全面论述,并就径流量负值处理、稻田拦蓄水量问题、地下水开采对河川径流影响等进行了探讨。1水库站河川径流还原计算公式河川径流还原计算的方法很多。主要有分项还原法、模型法、经验公式法、径流双累积法和流域蒸发差值法。而进行月径流还原计算时,通常采用分项还原法。分项还原法是根据水量平衡原理建立水平衡公式,通过计算水利工程引起的增减水量推求测验断面的天然河川径流量。计算公式如下W天然W出库W农耗W工耗±W库蓄W渗漏W库蒸(1)式中W天然还原后的天然河川月径流量W出库出库实测月径流量W农耗农田灌溉月耗水量W工耗工业用水月耗水量W库蓄水库月蓄水变量W渗漏水库月渗漏损失量W库蒸水库增加的月水面蒸发损失量。2分项水量还原计算2.1农田灌溉耗水量农田灌溉耗水量是指农田灌溉引水过程中,因蒸发消耗和渗漏损失掉而不能回归到河流的水量,为渠首引水量与回归入河水量之差。在计算农田灌溉耗水量之前,须首先弄清区域用水水源、用水区域和回归水之间的关系和相对位置,来判别应还原的水量。如果灌区引水口在测验断面上游,而灌区在测验断面下游时,则灌溉耗水量即为渠首引水量。如灌区引水口和灌区均在测验断面上游时,则灌溉耗水量应等于渠首引水量减去综合回归水量,即(2)式中W引水渠首引水量W综回农田灌溉水综合回归水量,包括田渠下渗回归水量和田渠弃水量W净灌农田灌溉净用水量(W净灌m净定F实灌)W田回田间下渗回归水量m净定农田灌溉净定额F实灌实际灌溉面积E渠蒸渠系引水、输水过程中增加的蒸发损失量。由于W田回和E渠蒸可相互抵消一部分,因此灌溉耗水量计算可简化为下式W农耗m净定F实灌(3)2.1.1水稻净灌溉定额的确定我省农田灌溉以水田为主,水田灌溉耗水量占农田灌溉耗水量总量的80以上,因此合理确定水田灌溉用水定额,是准确计算农田耗水量的关键。根据水量平衡原理m净定m泡田E需水m渗漏P有效(4)式中m泡田泡田期用水量E需水水稻全生育期需水量m渗漏水稻全生育期田间渗漏量P有效水稻生长期有效降水量(P有效P降雨η有效)P降雨灌溉期降水量η有效降雨有效利用系数。上式中,m泡田主要和土壤前期含水量和土地平整程度有关,m渗漏主要取决于土壤的渗透条件,E需水受当地气候情况影响,P有效主要受降水量的大小和时程分配制约。在地形地貌、气温、渗透条件相近的同一地区,影响m泡田,m渗漏,E需水大小的因素相对稳定,此时,同一地区的m净定将主要取决于降水量的大小及其时程分配。根据上述分析,省水科院将全省划分为东、西两大平原和南、北两大山地四个农田灌溉分区,并根据全省28个水田灌溉实验站资料,给出了不同分区P75的水田净灌溉定额。本文在此基础上,通过计算机回归分析确定出如下计算水田净灌溉定额的经验公式Ⅰ区m净定286.6Pi2302.1Pi361.6(5)Ⅱ区m净定248.5Pi2303.1Pi314.6(6)Ⅲ区及Ⅳ区m净定243.3Pi2291.9Pi290.8(7)式中m净定不同降水频率下的水田净灌溉定额Pi年降水量频率。2.1.2水田灌溉月耗水量的计算首先求出水田所在农业分区的逐年面降水量,然后经频率分析确定还原年份的年降水量频率,代入式(5)~(7)得年耗水量,再乘以水田灌溉水量月分配系数即为月耗水量。水田灌溉水量月分配系数如表1。表1黑龙江省水稻灌溉水量月分配系数表月份分区56789Ⅰ0.3610.1890.2090.1500.092Ⅱ0.3550.2050.2270.1510.062Ⅲ0.3530.1880.2080.1730.078Ⅳ0.4120.1610.1830.1630.0822.2工业用水耗水量2.2.1工业用水耗水量的确定方法工业用水耗水量为工业用水取水量与工业废水入河排放量之差。其值包括两部分一是用水户在生产过程中被产品带走、蒸发和渗漏掉的水量,称为用水消耗量二是工业废水在排放过程中因渗漏和蒸发而耗损的水量,称为排水消耗量。以上各项水量的水平衡关系为W工耗(8)式中W工耗工业用水耗水量W取水工业用水取水量W河排工业废水入河排放量W用耗用水消耗量W排耗排水消耗量。我省工业废水一般无入河排放量观测资料,且工业废水、生活污水和雨洪径流往往在城市排污口中混杂排放,很难区分,因此工业废水入河排放量资料很难直接获得。为解决这一问题,笔者根据用水指标的定义和各项水量之间的水平衡关系,提出如下入河排放量的计算方法W排放W取水1α0(1ηi)/(1η0)(9)W河排W排放(1λ)(10)将式(9)、(10)代入式(8),并经整理得W工耗W取水1(1α0(1ηi)/(1η0)(1λ)(11)式中W排放用水户厂区工业废水排放量α0调查起始年用水消耗率(α0W用耗/W取水)η0、ηi调查起始年、还原年的工业用水重复利用率λ工业废水在入河过程中的渗漏、蒸发损失率(λW排耗/W排放),明渠输水λ取0.20~0.30,管道输水λ取0.15~0.25。2.2.2工业用水月耗水量的计算将调查起始年的α0、η0及还原计算年份的ηi、λ带入式(11),求出工业用水年耗水量再平均分配到年内各月,即可求出工业用水月耗水量。2.3水库渗漏损失量水库渗漏量分为坝基渗漏、库底渗漏和库岸侧渗三部分。在坝基渗漏较大的水库上,可利用坝下反滤沟实测流量资料推算水库渗漏量。如果没有实测流量资料,可采用以下方法进行计算W渗漏W入库W降雨±W蓄变W出库W库蒸(12)式中W入库入库站实测月径流量W降雨库区水面月降雨量W蓄变水库月蓄水变量。在缺乏实测入库径流量的水库上,可选用封冻期入库流量为零或入库流量接近零的月份推算月渗漏水量。在河流封冻期W降雨为零,由于枯水月份W入库和W库蒸均很小,且可互相抵消一部分,因此式(12)可进一步简化为W渗漏W蓄变W出库(13)应用式(13)计算水库月渗漏量,并与水库月平均水位点绘相关曲线,再以月平均水位在关系上查读月渗漏水量。2.4水库增加的水面蒸发损失量水库蓄水以后,库区由陆地蒸发转变为水面蒸发,其月净增的水面蒸发损失量为W库蒸(1E陆年/E601年)E601月A月(14)式中E陆年库区年陆地蒸发量E601年库区年E601蒸发器蒸发量E601月库区月E601蒸发器蒸发量A月库区月平均水面面积。2.4.1E陆年的计算我省无陆面蒸发量实验资料。以往计算E陆年时,一般采用年降水量与年径流深之差(PR)代替。其中年径流深(R)往往借用相邻地区资料,或以实测出库水量和水库蓄水变量代数和近似代替。由于以PR代替E陆年是以忽略区域年蓄水量为前提的,方法本身不符合水平衡原理,加之R值多为近似值,因此用上述方法计算的E陆年会产生较大的误差。我省在第一次水资源评价时曾提出利用水热平衡法计算多年平均陆面蒸发量的方法,可应用这一方法计算E陆年。(1)山丘区E陆年的计算E陆年P降雨10a0.1553θ/LP(15)2)平原区E陆年的计算E陆年P降雨(0.2460.642θ/LP)(16)表2山丘区a取值条件表流域平均高程ma200~3000.354300~4500.404450~7500.4277500.475以上公式中P降雨库区年降水量θ太阳辐射平衡值L蒸发潜热a随流域平均高程变化的系数,取值条件如表2。2.4.2水库月蒸发损失量的计算利用式(15)、(16)求出E陆年后,再将其同E601年、E601月、θ、A月一并代入式(14)即可求出水库月蒸发损失量。3径流还原计算中有关问题的探讨3.1稻田拦蓄水量问题3.1.1稻田拦蓄水量还原计算的必要性稻田拦蓄水量是指稻田拦蓄利用产流降雨而引起河川径流减少的水量。目前,对于是否进行该水量还原计算,专家和学者一直持两种不同态度一种观点认为,稻田拦蓄水量应归于下垫面条件变化对河川径流的影响,本着向后还原的原则,不进行该水量的还原计算另一种观点则认为,稻田用水属于水利工程的延续,稻田拦蓄的水量就是产流降雨,稻田对降水的拦蓄利用,使河川径流在数量和时程上均发生显著变化,因此应进行该水量的还原计算。笔者倾向于后一种观点,主要理由有以下几条(1)每次降雨过程中稻田周围的地面径流通过渠系直接汇集于稻田,并直接拦蓄了稻田面积上的降雨,因而稻田实际起到和水库一样的拦蓄作用,如果稻田不拦蓄,这部分水量就会汇流于河道形成河川径流。(2)和水库不同的是,稻田拦蓄的水量除部分通过田间下渗回归河流外,其余大部分水量作为水资源被利用以作物蒸发和稞间蒸发的形式被就地消耗,使下垫面的产水量明显减少。

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