劉 劍

(大同市水文水資源勘測分局，山西 大同 037000)

1 工作背景

水文徑流系列的一致性修正工作是水資源調(diào)查評價(jià)工作的重要基礎(chǔ)。一般地，當(dāng)下墊面條件發(fā)生系統(tǒng)性、長期性、持續(xù)性、不可逆轉(zhuǎn)的變化時(shí)，才需進(jìn)行河川徑流量一致性修正，以反映最新下墊面條件下的水資源狀況。修正方法主要有降水徑流關(guān)系、物理成因分析、水量平衡分析等。

水文單站的天然河川徑流系列一般采用降水徑流關(guān)系進(jìn)行修正，其中泉水徑流系列的修正參照附近水文單站的修正系數(shù)進(jìn)行修正。但是在地表、地下水的水量平衡分析中發(fā)現(xiàn)，泉水徑流修正的結(jié)果一般偏大，與現(xiàn)狀泉域衰減的程度不相符，單站扣泉進(jìn)行分區(qū)水資源分配時(shí)，會導(dǎo)致除泉域出露區(qū)外的其他分區(qū)地表資源量偏小，部分區(qū)域出現(xiàn)了地表水小于河道基流的矛盾。

基于上述矛盾，亟需采用新的方法對泉域徑流進(jìn)行一致性修正，本文經(jīng)過山西省第三次水資源調(diào)查評價(jià)工作的實(shí)踐，提出一套比較可行的泉水徑流修正方法。

2 泉域徑流修正方法

由于資料收集的限制，本次泉水徑流的一致性修正方法主要還是采用降水徑流關(guān)系?？紤]到修正的出發(fā)點(diǎn)是為了反映人類活動對下墊面不可逆轉(zhuǎn)的影響，而將徑流系列修正到現(xiàn)狀條件下，為水資源的開發(fā)利用和管理提供技術(shù)支撐。

2.1 泉域徑流修正公式

ri=f(pi),i=1956,1957,…，a-1

2.2 泉水徑流修正步驟

(1)根據(jù)已有巖溶泉水資料成果，以及徑流和降水系列的統(tǒng)計(jì)分析，確定泉域徑流的大氣降水影響周期年份；

(2)利用1956年～2016年的泉域徑流深和影響周期年份的平均滑動降水量(簡稱影響降水量)，點(diǎn)繪影響降水量和徑流深雙累積曲線，初步分析泉域的拐點(diǎn)年份；

(3)根據(jù)拐點(diǎn)年份，分兩個(gè)系列點(diǎn)繪泉域影響降水量和徑流深關(guān)系，查看點(diǎn)據(jù)分布情況，檢查拐點(diǎn)年份的正確性，如果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)系列的點(diǎn)據(jù)有明顯的交叉帶，反復(fù)滑動拐點(diǎn)年份進(jìn)行點(diǎn)繪，直到兩個(gè)系列的點(diǎn)群有明顯的分離，最終確定拐點(diǎn)年份；

(4)利用指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、多項(xiàng)式等擬合拐點(diǎn)年份前的點(diǎn)據(jù)系列，作為泉域未發(fā)生大的變化前的關(guān)系線。拐點(diǎn)年份后的點(diǎn)據(jù)，一般關(guān)系較為散亂，沒有規(guī)律，主要是受地下水開采、煤礦開采等的影響，減弱了大氣降水對泉域的補(bǔ)給關(guān)系。因此，將拐點(diǎn)年份后影響降水量代入拐點(diǎn)年份前的降水徑流關(guān)系，推算出泉域現(xiàn)狀大氣降水在未受人類活動影響下的徑流深，取其均值與現(xiàn)狀條件下徑流深均值的比值作為拐點(diǎn)年份前的修正系數(shù)，同時(shí)考慮影響降水的年際變化對徑流深的作用，將拐點(diǎn)前每年影響降水量與拐點(diǎn)后影響降水量均值的比值作為修正系數(shù)的年際調(diào)節(jié)系數(shù)，共同作為泉域采用的修正系數(shù)；

(5)利用泉域采用的修正系數(shù)與修正前的徑流量相乘，計(jì)算出泉域修正后的徑流量。

3 泉水徑流修正成果分析

3.1 對泉域徑流的影響

泉域徑流的變化是大氣降水、地表徑流、地下水三水轉(zhuǎn)化和人類活動綜合作用的結(jié)果。一方面作為主要的生活生產(chǎn)供水水源地，在二十世紀(jì)八九十年代以來經(jīng)歷了大規(guī)模的開采，使泉域范圍內(nèi)的地下水超采，水位不同程度下降，大氣降水影響周期發(fā)生變化，泉域徑流出露大幅減少，特別是2000年以來，在大氣降水偏豐的條件下，泉水徑流仍然持續(xù)衰減，甚至個(gè)別年份出現(xiàn)快要斷流的情況，比如洪山泉、水神堂泉、柳林泉等，說明泉域下墊面條件已發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。另一方面泉域內(nèi)煤炭等資源的大規(guī)模開采，地下水隔水層遭到破壞，形成大量的礦坑水，排泄至河道，導(dǎo)致泉域的出流流量逐年衰減，比如神頭泉、郭莊泉等。這些僅僅是泉域徑流變化的一部分因素，更為復(fù)雜三水轉(zhuǎn)化很難用一個(gè)尺度進(jìn)行量化。

本文的目標(biāo)是基于泉域現(xiàn)狀(2001年～2016年)的出流能力，利用下墊面未發(fā)生較大變化前較好的降水徑流關(guān)系，將徑流系列推算至與現(xiàn)狀一致的條件下。與原方法(參照附近單站修正系數(shù)修正)相比，新的修正成果考量了泉水徑流與流域天然徑流不同的形成機(jī)理，將泉水徑流衰減變化從單站天然河川徑流中剝離離開，避免了因采用相同修正系數(shù)導(dǎo)致河川徑流與泉水的相互均化補(bǔ)給，能夠?qū)⒌叵滤_采、煤礦開采等造成的下墊面變化趨勢很好地反映出來。成果具體見表1。

表1 本次方法與原方法修正成果的比較 單位：萬m3

(1)本次對于受大氣降水補(bǔ)給強(qiáng)烈、徑流相對穩(wěn)定(變差系數(shù)<0.27，坪上泉除外)、下墊面破壞不大的泉域，如神頭泉、靈丘泉、坪上泉、龍子祠泉、霍泉等，本次修正成果比原修正成果徑流有所增大。是因?yàn)樵椒ㄐ拚龝⒉糠秩驈搅鞣謹(jǐn)傊羻握镜奶烊缓哟◤搅?不含泉)上，導(dǎo)致泉水修正成果偏??；對于徑流不穩(wěn)定(變差系數(shù)>0.27)、衰減較大的泉域，如水神堂泉、洪山泉等，本次修正成果較原修正成果有所減少，是因?yàn)樵椒ㄐ拚龝⒉糠謫握镜奶烊缓哟◤搅?不含泉)分?jǐn)傊寥驈搅魃希瑢?dǎo)致泉水修正成果偏大。

(2)本次修正系列的拐點(diǎn)年份一般較原方法的拐點(diǎn)年份往后推延，主要原因是在泉水徑流衰減總體趨勢下，徑流發(fā)生突變的情況大都發(fā)生在20世紀(jì)90年代，甚至2000年以后，但是考慮到三次評價(jià)的現(xiàn)狀條件為2001年～2016年，因此，拐點(diǎn)年份在2000年以后的，統(tǒng)一按2001年確定。

3.2 對單站徑流(含泉)的影響

本次泉水徑流修正后對單站天然徑流的修正有一定的影響，但是影響不大。原方法是基于地表徑流和泉水徑流的衰減變化均化考慮，將地表徑流和泉域徑流按相同的修正系數(shù)統(tǒng)一修正，與本次泉域徑流和單站天然徑流(扣泉)分別修正再綜合的修正成果基本接近，誤差不大(大部分在10%以內(nèi))，因此單站天然徑流修正成果仍然采用原方法的成果。

4 結(jié)論及建議

綜上分析，本次泉水徑流的一致性修正方法理論較為完善，成果較為合理，在山西省第三次水資源調(diào)查評價(jià)中的得到應(yīng)用，可供同類項(xiàng)目借鑒。