中图分类号: TV124 +.2; O21211 文献标识码:A 文章编号: 1002 - 5634 (2007) 01 - 0008 - 04
Analysis on Wetness-Dryness Encountering of Runoff Flow between Water Source Region and Receiving Water Region in the Middle Route of the South-to-North Water Transfer Project
HAN Yu-ping1 , J IANG Ren-fei2 , RUAN Ben-qing2
(11North China Institute ofWater Conservancy and Hydroelectric Power, Zhengzhou 450011, China;
2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100044, China)
Abstract: The natural runoff flow data is adop ted to calculate the frequency of wetness-dryness encountering between water source region and receiving water region in the middle route of the south-to-north water transfer project, in the meantime, those among water source region, receiving water region and Yellow River are computed. The research results as follows: firstly, the synchronous frequency ofwetness-wetness or dryness-dryness is less and less from the south to the north, it shows that in most cases there are mutual comp lements in the southern and northern regions; Secondly, the profitable frequency of wetness-dryness encountering to supply water to Yellow River is 20.9% , it shows that it is possible to supply water to Yellow River in the middle route project.
Key words: the middle route project of South-to-NorthWater Transfer;water source region; receivingwater region;wetness-dryness encountering
南水北调中线工程总干渠跨越几个气候区,水源区为汉江流域丹江口以上地区(以下简称为汉江区) ,集水面积9152万km2 ;受水区范围约15万km2 ,分为唐白河受水区、淮河受水区、海河受水南区(南运河、子牙河水系)、海河受水北区(大清河、永定河水系).中线工程的任务重点是满足北方受水区的城市生活用水和工业用水,适当地兼顾生态环境用水和其他用水. 由于存在着受水区和水源区的不同丰枯遭遇,譬如说,某一时段当受水区来水较为充沛时,使用当地水资源就足以解决当地的用水问题,那么南水北调工程的输水则有可能要闲置,这个时候分析黄河的用水需求,中线工程相机向黄河河道补水则成为可能,一方面可以部分的解决黄河的用水和生态环境问题,另一方面则充分地发挥了南水北调工程的效益.
关于南水北调中线工程水源区与受水区丰枯遭遇的分析有学者已做过一些工作,如文献[ 1 ]是对供水调度与调蓄的研究,文献[ 2 ]是对地表水资源的研究,但这些工作大多是基于区域降水资料,也没有涉及到将黄河干流一并纳入到丰枯遭遇分析中来. 笔者在分析水源区与各受水区的丰枯遭遇情况时,对中线工程向黄河相机补水所关注的水源区、受水区和黄河干流的丰枯遭遇也作了分析,为分析南水北调中线工程向黄河相机补水的补水量创造条件.
1 丰枯评价等级的划分
水源区与受水区的丰枯遭遇分析采用历年天然径流量进行,考虑到丹江口水库加高后已具有多年调节能力,选取丰枯遭遇分析的时段为年,规划系列资料采用1956～1998年系列分析计算可调水量,为了资料系列的一致性,选用水源区和各受水区的同步系列年径流资料进行丰枯遭遇分析[ 1 ] . 所采用资料系列满足水文系列样本的可靠性、一致性和代表性的要求.
各分区历年天然径流量组成连序样本系列,频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型分布由适线法确定统计参数和各频率设计值. 各分区年降水丰、平、枯水标准采用中的规定,分为丰水年、偏丰水年、平水年、偏枯水年、枯水年5个等级,划分频率见表1.
表1 丰平枯等级划分表
2 水源区与各受水区的丰枯遭遇分析
根据丰、偏丰、平、偏枯、枯5种类型对河川径流进行划分,则2个水文区的丰枯遭遇可分为25种类型. 其中同丰同枯的类型有5种,丰枯异步的类型有20种. 为了便于更加直观地显示结果,还可将丰水年、偏丰水年均视为丰水年,枯水年、偏枯水年均视为枯水年进行相应的遭遇分析. 根据分析,可以界定调水最为有利的丰枯遭遇情况为:汉江区为丰水年、偏丰水年、平水年,受水区为枯水年、偏枯水年、平水年;那么,调水不利的组合则为水源区与受水区同为偏枯水年、枯水年[ 3 ] .
2.1 黄河以南受水区
丹江口以上地区与唐白河受水区同属汉江流域. 水源区与唐白河同丰为1963, 1964, 1983年,在1956～1998年43 a系列中遭遇频率为7.0% ,同枯为1966, 1978, 1986, 1997年,遭遇频率为9.3%. 若将丰水年、偏丰水年均视为丰水年,枯水年、偏枯水年均视为枯水年,则同丰的遭遇频率为25.6% ,同枯的遭遇频率为27.9% ,南丰北枯、南枯北丰的遭遇频率均为2.3%. 调水最为有利的丰枯遭遇频率为27.9% ,调水不利的遭遇频率为27.9%.
除去汉江调水较少的枯水年份,唐白河区需水
很少的丰水年,汉江区为偏丰水年、丰水年而唐白河为偏丰水年而调水效益有限的年份外,能正常或较好发挥调水效益的频率应在61. 0%以上.
将水源区与唐白河受水区历年径流量除以其各自的多年平均值,求得年径流量的模比系数k的历年过程,可直观地反映丰枯变化过程如图1所示. 汉江区与唐白河区丰枯遭遇组合见表2.
图1 水源区与唐白河k值过程对照图
表2 汉江水源区与唐白河受水区径流丰枯遭遇统计%
水源区与淮河受水区历年年径流量的模比系数k的比较如图2,汉江区与淮河区各种丰枯遭遇组合频率见表3.
图2 水源区与淮河区k值过程图
由图2和表3可以看出,汉江区与淮河受水区同丰遭遇频率为7.0%,同枯遭遇频率为4.7%. 则同丰的遭遇频率为23.3%,同枯的遭遇频率为23.3%,南丰北枯的频率为9.3%、南枯北丰的遭遇频率为6.9%. 调水最有利的丰枯遭遇频率为32.6%,对调水不利的组合遭遇频率为23.3%.
表3 汉江水源区与淮河受水区径流丰枯遭遇统计 %
考虑到淮河区与汉江区分属不同的流域,两者存在一定的差异. 除去汉江调水较少的枯水年份,淮河区需水很少的丰水年,汉江区丰、偏丰水年而淮河区偏丰而调水效益有限的年份外,能正常和较好发挥调水效益的频率在63. 0%以上.
2.2 黄河以北受水区
水源区与海河南系受水区历年年径流量的模比系数k的比较如图3所示,各种丰枯遭遇组合频率见表4. 据1956～1998同步资料统计,汉江区与海河南区同丰为1963, 1964年,遭遇频率为4.7%;同枯为1986年,遭遇频率为2.3%. 若将丰水年、偏丰水年均视为丰水年,枯水年、偏水年均视为枯水年,则同丰的遭遇频率为14.0% ,同枯的遭遇频率为11.6% ,南丰北枯的频率为16.3%、南枯北丰的遭遇频率为14.0%. 调水最有利的丰枯遭遇频率为39.5% ,对调水不利的组合遭遇频率11.6%.
汉江区与海河区分属不同的气候区,两者水文气象特性差异明显,考虑到海河流域属资源性缺水,即使在偏丰年份,缺水量仍较大. 除去汉江调水较少的枯水年份,海河南区需水较少的丰水年外,能正常和较好发挥调水效益的频率在77. 0%以上.
图3 水源区与海河南系k值过程图
表4 汉江水源区与海河南区受水区径流丰枯遭遇统计
水源区与海河北系受水区历年年径流量的模比系数k的比较如图4所示,汉江区与海河南区各种丰枯遭遇组合频率见表5.
图4 水源区与海河北系k值过程图
表5 汉江水源区与海河北区受水区径流丰枯遭遇统计 %
由图4和表5可看出,汉江区与海河北区同丰为1964年,遭遇频率为2.3% ,没有同枯遭遇. 若将丰水年、偏丰水年均视为丰水年,枯水年、偏枯水年均视为枯水年,则同丰的遭遇频率为9.3% ,同枯的遭遇频率亦为7.0% ,南丰北枯的频率为20.9% ,南枯北丰的遭遇频率为17.3%. 调水最有利的丰枯遭遇频率为41.9% ,调水不利的组合遭遇频率7.0%.
除去汉江调水较少的枯水年份,海河北区需水较少的丰水年外,能正常和较好发挥调水效益的频率应在77%以上.
2.3 连续枯水年遭遇分析
在43 a系列中,对各水源区和受水区连续2 a偏枯或枯水的年份进行统计,结果见表6.
从表中可知,受水区发生连枯水年的年总数及其恶劣程度一般大于水源区. 水源区与受水区目前还未出现过连续枯水年遭遇的情况. 水源区连续偏枯水年为1976～1977年, 1991～1992年,在受水区的偏枯或枯水年中,有个别时段与水源区连续枯水年重叠,比如海河南区的1992年为枯水年,但此前的海河南区连续4 a中, 1989 ～1991 年为偏丰年,1988年为丰水年,对总干渠调水影响有限, 1976 ～1977年汉江区连枯时段,无论是海河南受水区,还是海河北受水区均为平水年之上. 说明当汉江发生连续枯水年时,海河受水区与其有较好的补偿作用,基本上不影响中线工程效益.
表6 水源区与受水区年降水连续偏枯或枯统计
2.4 调水影响分析
海河受水区与黄河以南受水区比较,对调水有利的丰枯遭遇频率依次增加,从唐白河的27.9%增加到海河北区的41.9%. 对调水不利的丰枯遭遇频率逐渐减少,从唐白河的27.9%减少到海河北区的7.0%. 同丰同枯的频率亦相应减少,说明海河区与水源区的水文特性差异增大. 从丰枯遭遇变化规律来看,总干渠能正常发挥调水效益的比例自南至北从61%增加到77% ,说明海河受水区调水效益更为显著,见表7.
表7 水源区与各受水区遭遇利弊表%
3 丹江口、花园口和海河丰枯遭遇
将海河流域的南区、北区合并为海河区,将丰水年、偏丰水年均视为丰水年,枯水年、偏水年均视为枯水年,根据1956～1998年的同步统计资料,分析丹江口、黄河花园口与海河区的丰枯遭遇,见表8. 三区同丰的遭遇频率为11.6%,同枯的遭遇频率为9.3%. 对黄河相机补水最为有利的丰枯遭遇(水源区为丰水年,黄河区为枯水年,而海河区为丰水年)频率为0. 0%,但对补水较为有利的丰枯遭遇(水源区为丰水年或平水年,海河区为丰水年或平水年,而黄河区为平水年或枯水年)频率为20.9%;补水最为不利的遭遇(水源区、黄河区与海河区同时为枯水年)频率为9.3%.
表8 汉江水源区、花园口与海河区径流丰枯遭遇统计%
4 结 语
通过前面的分析,可以得出如下结论: ①从丰枯遭遇变化规律来看,中线工程总干渠自南至北能正常发挥调水效益的频率从61.0%增加到77.0% ,而同丰、同枯遭遇的机率沿程减少,说明南北丰枯多数情况下是可以互补的,不利的丰枯遭遇对中线工程调水的影响较小; ②水源区与受水区发生连续枯水年时段不多,水源区与受水区目前还未出现连枯水年相互遭遇的情况,说明南北有较好的补偿作用,基本上不影响中线工程效益; ③在满足南水北调中线各受水区需水的同时,从丹江口、黄河花园口和海河受水区的丰枯遭遇分析可知,对向黄河补水较为有利的丰枯遭遇频率达20.9% ,这说明向黄河相机补水是可能的.
参 考 文 献
[ 1 ] 水利部长江水利委员会. 南水北调中线工程规划(2001年修订)专题报告之二:“供水调度与调蓄研究”[ R ].武汉:水利部长江水利委员会, 2001.
[ 2 ] 水利部. 地表水资源调查和统计分析细则[R ]. 北京:水利部, 1988.
[ 3 ] 郑红星,刘昌明. 南水北调东中两线不同水文区降水丰枯遭遇性分析[ J ] ,地理学报, 2000, (9) 55: 523 - 532
作者简介:韩宇平(1975 - ) ,男,宁夏彭阳人,华北水利水电学院高级工程师,博士,主要从事水资源系统工程方面的研究.
