天然径流量的还原计算摘要：因为人类对自然的影响越来越显著，所以在断面上的实测资料并不能反应天然径流量的流动特征和变化规律，因而我们需要对径流量进行还原计算。本文介绍了几种常用的还原方法，即分项调查法、降雨径流模型法以及蒸发差值法，并阐述了其计算原理。关键词：天然径流量 还原计算 分项调查法 降雨径流模型法 蒸发差值法1.概述天然径流量包括实测径流量和人类活动对河川径流影响的径流量两部分，而人类活动影响的这部分径流量则需要还原计算。人们把受近期下垫面条件和人类河道工程影响的河川径流还原到过去无人类活动影响的径流，称为还原计算。而天然径流量的还原水量是指国民经济各部门用水后没有回归到河道内的水，也就是河道的引取水量减去退水量。由于人类活动的影响,水资源利用率越来越高,河道外引用消耗的水量也不断增加，各控制水文站的实测径流已不能反映河川径流的实际情况。随着国民经济的发展，人们改造自然，征服自然的过程中，修建了大量的水利工程，它们在人们的生产活动和经济生活中发挥了重要的作用，但是它们也改变了径流的自然流态，所以在断面上实测的径流值，在时空分布上不能反应天然径流的真实情况，也不能反应径流在自然中的流动特征和变化规律。河川还原水量与一般意义上的消耗水量是有区别的,一般意义的耗水量不适用于流域还原计算 ,特别是向流域外引水、高扬程或远距离输水、灌区内滞留的水量等还原计算中需要用净用水量;还原概念中把引出流域外的水量作为耗水量，如果没有回归河道则引水量即为耗水量,这里的耗水量为相对于河道来说是净用水量。2.天然径流还原的计算2.1.分项调查法 【2】2.1.1农业耗水量计算对于农业来说，需要还原的是消耗于渠系和田间不能回归的水量，也就是从总的实测河川径流量中还原原本引出去灌溉，后又在灌溉过程中通过排水渠道和地下潜流回归河道的水量。对农业灌溉耗水的计算，在有资料地区，一般是通过“引、退水量差”的方法来计算，也就是耗水量=引水量-退水量；而在没有实测的引、退水资料的地区，则根据具体情况，利用“面积定额法 【3】 ”来计算，其具体方法是：根据不同土地利用面积的植被与其灌溉定额的乘积来得到实际耗水量 【4】 。2.1.2工业耗水量计算对于工业来说，一般情况下每年的用水量和退水量变化都不大，当生产方式和规模不变时，对于较大的厂矿，我们可以到现场调查，搜集调查时间段内的引水量及退水量，从而得到工业耗水量；对于小型厂矿区，则可以调查典型厂矿的耗水量，再乘以区内的小型厂矿数量，即得到区内工业耗水量。2.1.3生活用水量计算对于城镇居民，其用水量可以通过去当地城建部门或者供水部门进行了解而得到；而对于农村居民用水量，则在不同的水源，选取典型村镇进行调查，求得村镇中每户的用水量以及大、小牲畜以及家禽等的用水量，然后估算全流域的耗水量 【5】 。2.1.4水库蒸发渗漏损失计算在修建水库之前，下垫面条件为陆面，则其蒸发也为陆面蒸发，而当修建水库后，蒸发形式变为水面蒸发，这样而产生的蒸发增量称为水库蒸发损失。其计算方法为：W=0.1FE-(P-R)，W 为蒸发损失量（万 m3）;F 为水库库区计算时段平均水位的相应水面面积（km 2） ；E 为蒸发皿观测的水面蒸发量（ mm） ；P 为降水量（ mm） ；R 为径流深（mm ） ； 为水面蒸发换算系数 【5】 。水库渗漏量的计算方法为：W 渗=W 入-（W 出+E F+V） ，式中，W 入为 t 时段内水库的入库量；W 出为 t 时段内水库的出库量； V 为 t 时段内水库的蓄水变量（増为正，减为负） 【5】 。2.1.5其它还原水量计算主要是包括跨流域引、排水量的计算，河道决口或分洪水量的计算，以及水库蓄水变量的计算。对于整个流域，在一定的时期内，根据水量平衡原理，列出水量平衡方程：W天然=W实测+W灌溉+W工业+W生活+W库蒸+W 库渗+W 蓄变W引水W 分洪该方法原理简单，但资料收集比较困难，而且计算结果和所收集资料的准确性和全面性密切相关，经常导致的结果是计算精度差。2.2.降雨径流模型法 【6 】径流的形成是由降雨、蒸发、以及下渗等因子共同作用的，而降雨径流模型法是基于下垫面大体一致，并且假定人为影响可以忽略的情况下，由降雨和径流之间的相关关系而得出的一种模型算法。最简单的模型便是降雨径流单因子模型，但是单一的降雨、年径流关系点距比较散乱，为了提高精度，还应加入一些其它因子，如汛期降雨量、年平均气温等。然后通过回归分析，求出各因子的回归系数，从而列出回归方程，从而求得还原水量 【7】 。这种方法在实际中广为应用，在雨量充沛及供水条件和植被条件稳定的山地区，降雨径流关系比较稳定，模型精度高。但是它还存在一定的缺点，比如计算结果不宜外延，外延的话会大大降低精度。2.3. 蒸发差值法这种方法是忽略了较长时段内的流域内的流域蓄水量变化项，此时的还原水量则可以用人类活动前后流域蒸发量的变化来表示。在人类活动前，陆面蒸发可以通过经验公式求得，而水面蒸发则是通过实测蒸发资料算得，陆面蒸发和水面蒸发则是总的蒸发量。流域下垫面变化后的流域蒸发可以用流域总损失水量代替，即实测降水与径流深的差值代替。其还原水量为流域下垫面变化前的蒸发量减去变化后的总蒸发量 【8】 。3.结语综上所述，天然径流量计算是水资源评价中的重要组成部分，计算天然径流量的方法有很多种，每个方法都有它的优点和缺点，在应用的过程中根据实际情况来确定用哪种方法来提高精度。在今后的研究中，我们应该结合新的技术和方法，比如神经网络、遗传算法等方法来研究天然径流量的还原计算。【1】 黄河天然径流量计算解析.人民黄河.2001.23【2】 吴建华，魏茹生，赵海生等.神经网络模型下的土坝安全监测仿真研究. 系统仿真学报.2008.20【3】 王玲，姚亚楠，奚秀梅，苏建安，任远景.基于遥感的石河子垦区植被生态需水量的研究.石河子大学学报（自然科学版）.2011.29【4】 唐晓娟，李元红，张新民，王军德.石羊河流域下游民勤县生态需水问题探讨.中国水利.2008.13【5】 李素霞.河北省山区天然年径流量的还原计算. 地下水.2009.31【6】 武鹏林，武福玉，高李宁.工程水文理论与计算. 北京：地震出版社.1998【7】 李洪加，王利国.降雨径流模型在年径流还原计算中的应用. 黑龙江水利科技.2003.3【8】 魏茹生.径流还原计算技术方法及其应用研究.