水庫(kù)枯水期月徑分析論文

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1引言

潘家口水庫(kù)是引灤工程的源頭，它位于灤河干流，壩址以上集水面積為33700km2，占灤河流域的75.3%。其徑流來(lái)源主要有天然降水，冰雪消融和地下水補(bǔ)給。近年來(lái)，由于氣候變化和人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致流域內(nèi)三水轉(zhuǎn)化關(guān)系變化，地表徑流減少，水資源供需矛盾日益突出，特別是2000年龍年大旱，潘家口水庫(kù)水位降至死水位以下，顯露出水下長(zhǎng)城，對(duì)天津、唐山地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來(lái)極其嚴(yán)重的影響。開展潘家口水庫(kù)中長(zhǎng)期水文預(yù)報(bào)研究，對(duì)區(qū)域內(nèi)水資源統(tǒng)一規(guī)劃管理，水資源合理配置，開源節(jié)流都有著現(xiàn)實(shí)意義。

2潘家口水庫(kù)枯季徑流基本特征

潘家口水庫(kù)壩址以上流域內(nèi)主要水系有柳河、白河、興洲河、小灤河、螞蟻虹河、武烈河、老牛河和爆河，各水系的地理位置，地質(zhì)地貌特征和氣象條件各不相同，因此徑流補(bǔ)給也因地而異。流域內(nèi)降水的季節(jié)變化十分明顯，河川徑流變化亦隨季節(jié)而異，汛期徑流主要由同期降水補(bǔ)給，而降水的多寡則直接由氣象因素而定；在枯水期，流域內(nèi)降水量很少，徑流形成主要取決于流域蓄水的消退，影響流域蓄水消退的因素很復(fù)雜，而前期水量的豐、枯對(duì)枯季徑流起著重要的影響。不同季節(jié)來(lái)水量概率統(tǒng)計(jì)、不同季節(jié)來(lái)水量所占比例及概率統(tǒng)計(jì)、枯季月徑流及移動(dòng)落后月相關(guān)系數(shù)見表1～表3。

表1不同季節(jié)來(lái)水量概率統(tǒng)計(jì)表（1931─2000年）

從表1及表2可見，水庫(kù)來(lái)水量一個(gè)突出的特點(diǎn)是年際間變化大，年內(nèi)分配不均。年內(nèi)的來(lái)水量主要集中在7～9月，一般占全年來(lái)水量的40%～70%，有的年份高達(dá)80%。據(jù)1931─2000年資料統(tǒng)計(jì)，水庫(kù)壩址以上多年平均徑流量為24.5x108m3，枯水期（上年10月～次年6月）最枯年份為1999─2000年，實(shí)測(cè)徑流量為2.18x108m3，枯水期豐水年為1959─1960年，實(shí)測(cè)徑流量為17.65x108m3，兩者相差8.1倍之多。

由表3可見，從上年10月～次年6月相鄰兩月及移動(dòng)落后月徑流相關(guān)系數(shù)，相鄰兩月的相關(guān)系數(shù)一般在0.3～0.8之間，其信度都達(dá)到1%，一定程度上說(shuō)明相鄰兩月的相關(guān)性還是比較高的；其移動(dòng)落后相關(guān)隨著間隔月數(shù)的增加而相關(guān)系數(shù)和信度均遞減，說(shuō)明月徑流間隔時(shí)間愈短相關(guān)程度愈好，反之則愈差。

3預(yù)報(bào)方法

根據(jù)研究流域的氣候特征及枯季月徑流來(lái)水規(guī)律，采用水文氣象方法和水文方法預(yù)報(bào)枯季月徑流。

3.1水文氣象方法

前期大氣環(huán)流特征對(duì)枯季月徑流有著重要的影響，而大氣環(huán)流可以通過(guò)500hPa和100hPa等壓面高度場(chǎng)來(lái)反映，另外，大氣環(huán)流的維持和變異則直接受到外界能源的影響，特別是海洋溫度的影響。結(jié)合潘家口水庫(kù)的水文氣象特征，本研究采用的氣候、氣象預(yù)報(bào)因子有：①北太平洋海表溫度場(chǎng)；②東半球月平均500hPa等壓面高度場(chǎng)；③北半球月平均100hPa等壓面高度場(chǎng)；④全國(guó)100個(gè)氣候站的月平均氣溫場(chǎng)。

上述資料均來(lái)源于中央氣象局公開發(fā)行的《氣候監(jiān)測(cè)公報(bào)》，月徑流資料來(lái)源于水利部引灤工程局潘家口水庫(kù)。其中北太平洋海表溫度場(chǎng)資料地理范圍為00～500N，1800E～800W，網(wǎng)格距為50x50；東半球月平均500hPa等壓面高度場(chǎng)地理范圍為100N～500N，50E～1800E，網(wǎng)格距為50x50；北半球月平均100hPa等壓面高度場(chǎng)地理范圍為100N～800N，100E～00，網(wǎng)格距為100x100。

預(yù)報(bào)因子和預(yù)報(bào)對(duì)象的時(shí)間為上年10月～次年6月；時(shí)域?yàn)?965年10月～1999年6月（其中1965年10月～1995年6月共30年作為歷史擬合期，1995年10月～1999年6月共4年作為獨(dú)立樣本試報(bào)期）。

3.1.1預(yù)報(bào)因子優(yōu)選與建模從上年10月開始，到次年6月為止，分別對(duì)上述四個(gè)水文、氣象要素場(chǎng)中每一個(gè)經(jīng)緯點(diǎn)的預(yù)報(bào)因子序列與預(yù)報(bào)對(duì)象系列作單相關(guān)分析，將單相關(guān)系數(shù)超過(guò)臨界值的所在的經(jīng)緯點(diǎn)預(yù)報(bào)因子系列提取出來(lái)作為預(yù)報(bào)因子。在計(jì)算過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整相關(guān)系數(shù)臨界值，將初選因子控制在20～30個(gè)左右，以利于保證計(jì)算精度。根據(jù)初選出來(lái)的預(yù)報(bào)因子，采用雙重檢驗(yàn)逐步回歸方法建立枯季月徑流預(yù)報(bào)方程。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

圖1欠奉

4試報(bào)結(jié)果及方法評(píng)述

4.1試報(bào)結(jié)果

試報(bào)結(jié)果見表4、表5（因篇幅所限，僅列出1995～1999年水文氣象法和水文法試報(bào)結(jié)果）。由于對(duì)中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)精度國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)統(tǒng)一的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)可借鑒，參照短期水文預(yù)報(bào)中乙級(jí)方案標(biāo)準(zhǔn)，以相對(duì)誤差≤30%作為合格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，*表示在該標(biāo)準(zhǔn)下不合格。

4.2方法評(píng)述

從表4和表5可見，在試報(bào)的36個(gè)月中，水文氣象法僅有1個(gè)月不合格，而水文方法有6個(gè)月不合格，水文氣象方法比水文方法相對(duì)精度高。究其原因：一是水文氣象方法采用了能反映環(huán)流特征的氣象因子；二是采用了優(yōu)選因子集成的方法。水文方法是采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行預(yù)報(bào)。一般統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法的弱點(diǎn)是預(yù)報(bào)結(jié)果總是在預(yù)報(bào)對(duì)象的平均值上下波動(dòng)，對(duì)于接均情況的年份往往預(yù)報(bào)效果較好，而對(duì)于防洪抗旱，生產(chǎn)調(diào)度有重要意義的極端情況則預(yù)報(bào)結(jié)果常常不能令人滿意。

5結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)潘家口水庫(kù)的氣候、氣象特征及枯季月徑流來(lái)水規(guī)律，對(duì)枯季月徑流預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究，建立了預(yù)報(bào)模型，試報(bào)效果較好。研究發(fā)現(xiàn)，前期月平均北太平洋海表溫度、東半球月平均500hPa等壓面高度和月平均氣溫是影響潘家口水庫(kù)枯季月徑流的主要?dú)庀笠蜃印８鶕?jù)上述研究成果而開發(fā)的潘家口水庫(kù)枯水期月徑流長(zhǎng)期預(yù)報(bào)系統(tǒng)已投入實(shí)際應(yīng)用，為潘家口水庫(kù)水資源的綜合利用發(fā)揮著有效的作用。