洮儿河流域典型河段径流损失计算分析

丁元芳，孔庆辉，付 鹏，李成振

（1.水利部松辽水利委员会，吉林长春130021；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130061）

洮儿河系嫩江下游右岸较大的支流之一，发源于大兴安岭阿尔山南麓，自西北向东南流，经内蒙古、吉林两省区至大安县月亮泡注入嫩江。流域内当地产流量小，河道径流损失大。分析径流沿程损失的原因和途径，定量分析不同河段径流损失量，对合理利用流域水资源具有重要意义。

1 计算原理和方法

河道水量沿程损失计算采用水量平衡原理。水量平衡是水文循环的数量描述，是质量守恒定律在水文循环中的特定表现形式。水量平衡通常用水量平衡方程式表示。方程式中各收入项、支出项和蓄水变量随研究的区域不同而有所不同。

在某时间段，某区间干流河道存在以下水量平衡：

式中：Q实上为干流河道区间上游站实测径流量；Q实下为干流河道区间下游站实测径流量；Q区天为区间自产天然径流量；Q外引为断面区间各支流和干流河道内的外引兴利的利用水量；Q蒸为干流河道蒸发损失；Q渗为河道渗漏损失。其中地下水补给不包括干流两侧支流的基流（地下水）部分。

2 典型河段的选取

在计算河道径流损失时所选取的计算断面的依据主要包括：

1）河流干流上布设的水文站：基于河流干流上现有的水文站，不仅有断面的详细资料，而且在长系列的观测资料系列，有利于分析径流的沿程损失变化。在洮儿河干流上的主要水文站有五岔沟、索伦、察尔森、镇西、洮南和黑帝庙水文站。

2）断面选取主要集中在中下游：河流流域上游多位于山丘区，同时也是河流的主要产流和汇流区域，径流损失量分散且不易计算；中下游位于平原区，此段河道比降小，且是河流主要水流区间，易于开展河道径流量的补给、径流和排泄分析。综合上述依据，根据洮儿河流域的地形和河道特征，经过分析和选择最终将洮儿河流域典型断面区间选取镇西-洮南-黑帝庙水文站区间。

3 径流损失计算

3.1 建立水量平衡方程

对于镇西～洮南断面区间，洮儿河干流河道存在以下水量平衡：

式中：Q实测镇西为洮儿河河道镇西站实测径流量；Q实测务本为洮儿河支流蛟流河上务本水文站的实测径流量；Q实测额木太为蛟流河支流额木太河汇入蛟流河的实测径流量，由于额木太河为季节性河流，且没有控制站，缺乏相关的数据资料，所以未参与计算；Q区天为洮儿河镇西至洮南断面区间以及务本水文站至蛟流河口区间的自产天然径流量；Q外引为河道径流损失中各种外引河水造成的径流损失，不包含引洮工程和白城运河的水量；Q运河为引洮工程从洮儿河的引水量，未收集到相关数据，未参与计算；Q蒸为白城运河从洮儿河的引水量；Q渗为干流河道蒸发损失；为干流河道的渗漏损失。

综上，洮儿河干流河道镇西～洮南断面区间的水量平衡方程式暂时可以简化为：

同理，对于洮南～黑帝庙断面区间，洮儿河干流河道存在以下水量平衡：

3.2 损失计算

1）控制站径流量。根据洮儿河流域两个断面建立的水量平衡方程，分别计算相应的数值，各控制站的多年平均各月实测径流量如图1所示。

图1 各控制站多年平均月径流量

2）区间产流量计算。干流河道区间天然径流量（Q区天）应该根据区间所有支流实测径流量加上还原量得到，但是进行还原计算需要大量的调查统计数据支持。本次干流河道区间天然径流量（Q区天）的计算采用公式Q区天=P×r求得，其中P为区间降水量，r为径流系数。经计算，求得洮儿河流域典型断面区间多年平均各月产流量如表1所示。

表1 洮儿河流域断面区间多年平均各月产流量 万m3

3）计算结果。根据水量平衡方程式，利用上面所计算的各项数值求解典型断面区间的河道径流损失量，即蒸发损失、渗漏损失和外引损失。洮儿河流域典型断面区间多年平均径流损失如表2所示。

表2 洮儿河流域断面区间多年平均径流损失量 万m3

4 径流损失分析

4.1 径流损失途径分析

1）蒸发损失。洮儿河从镇西水文站到洮南水文站河道弯曲，河谷逐渐开阔，河道水面面积为2.856 km2；蛟流河务本水文站至蛟河流口河道水面面积为0.9 km2；洮南水文站至黑帝庙站洮儿河河道水面面积为0.96 km2。洮儿河流域蒸发观测采用直径20 cm小口径蒸发器，按折算系数0.65换算为大水体蒸发量，并近似用E601水面蒸发量代替水面蒸发量。洮儿河流域选取洮南站的蒸发量来计算，主要集中在4—6月份。经计算，洮儿河流域镇西～洮南区间干流河道多年平均蒸发量为684万m3，约占该段区间干流河道多年平均径流损失的2%；洮南～黑帝庙区间干流河道多年平均蒸发量为175万m3，约占该段区间干流河道多年平均径流损失的1%。

2）外引损失。各种外引水工程也是河道径流沿程损失的一个重要原因。在洮儿河流域有洮儿河灌区等，此外，还有用于生活和工业等目的的提水工程。位于洮儿河流域上的团结干渠引水口，通过团结干渠满足团结水库的蓄水要求，设计引水能力为18 m3/s，团结水库的总库容为7600万m3，兴利库容为3100万m3，将团结水库的兴利库容来做为多年平均引洮儿河水量。洮儿河灌区通过满州代取水口引洮儿河河水，2005年引水流量为18.65 m3/s，灌溉面积为1.48万hm2。洮儿河灌区退水排放到洮儿河，退水口位于镇赉县小黑帝庙。白城地区的水田渠灌定额约为9000～12000 hm2。以10500 m3/hm2的灌溉定额计算灌溉1.48 hm2，洮儿河灌区约引水15540万m3。

因此，团结干渠引水口和洮儿河灌区的总引水量约为18640万m3，再加上其它各种引水，从洮儿河提引水多年平均引水量约为20000万m3，约占镇西～洮南区间干流河道多年平均径流损失的48%；再补充完善引洮工程的引水量，外引损失所占比例将更大。

3）渗漏损失。渗漏损失主要源于河道径流过程中与地下水的相关转化。洮儿河流域所选取的典型断面位于洮儿河的冲洪积扇区。该扇形地从镇西向南东方向呈扇状撒开，地形由扇顶向扇前倾斜，坡度由大逐渐变小；地层岩性由中更新统、上更新统砾卵石组成（构成强透水层）。该段地貌特征使得地下水更易接受地表水的补给。

结合蒸发损失和外引损失，洮儿河流域渗漏损失在典型断面区间干流河道多年平均径流损失中占有较大比例。

4.2 径流损失变化分析

1）多年变化。镇西～洮南区间径流损失的1956—2009年的多年变化和洮南～黑帝庙区间径流损失的1978—2008年的多年变化如图2所示。由图2可见，镇西～洮南区间河道径流损失量较大，年损失量总体上30000～60000万m3之间，多年平均径流损失量约为40000万m3；洮南～黑帝庙区间径流河道径流损失量较镇西～洮南区间较少，多年平均径流损失量约为20000万m3，洮儿河流域两个典型断面干流河道径流损失的总体趋势基本一致。

图2 洮儿河流域典型断面历年径流损失变化

2）代际变化。镇西～洮南区间在60年代至今的各个年代干流河道径流损失水量总体相当，约为40亿m3，60年代略多。河道径流损失主要是由于河道渗漏和引提水所引起的。洮南～黑帝庙区间径流损失在80年代至今的3个年代干流河道径流损失水量逐渐减少，从20亿m3减少至13亿m3，由于镇西～洮南区间径流损失严重，在洮南～黑帝庙区间径流量逐渐减少，近几年出现断流情况，这也导致洮南～黑帝庙区间的径流损失量远远小于镇西～洮南区间。

（3）季节变化。镇西～洮南区间、洮南～黑帝庙区间河道径流损失存在着季节差异。镇西～洮南区间夏、秋季损失量为36886万m3，占年均损失的88%。洮南～黑帝庙区间整个区间平均河道径流以损失为主，多年平均损失量为19115万m3，其中夏、秋季损失量为17769万m3，该区段外引提水工程较少，径流损失的主要原因是渗漏损失。特别是近十年来，黑帝庙站基本处于断流的状态，符合实际情况。

5 结论

1）根据水量平衡原理，建立起区间道水量平衡关系，得到河道径流水量的补损计算一般方程，即，利用该方程可以间接计算河道水量的损失。

2）利用河道水量补损方程，计算分析镇西～洮南区间河道径流损失量较大，年损失量总体上在30000～60000万m3之间，多年平均径流损失量约为40000万m3；洮南～黑帝庙区间径流河道径流损失量不大，多年平均径流损失量约为20000万m3，除1986年、1988—1991年总补给量高于各种损失量外，其余年份损失量总体相当。从季节变化看量，洮儿河流域夏、秋季损失量占全年损失量的绝大部分。

3）多年来洮儿河流域河道水面净蒸发量变化不大，说明流域区间渗漏和外引水是河道径流水量损失的主要原因。

4）在进行水量平衡计算时，一方面由于部分实测径流系列较短，另一方面产流机理的复杂性，区间产流量的计算不可避免存在误差，计算结果对于河道径流损失的定性分析具有一定的代表性。此外，还要进一步加强渗漏损失等方面的研究，以定量掌握洮儿河流域的水量转化规律。

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