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枯水

2020-04-09 21:01

河流、湖泊中一定时段内发生明显的流量减少,水位下降的水文情势。此时,江河、湖泊水源主要靠积蓄在流域地表(如冰川、积雪、洼地蓄水、河网蓄水等)和地下的水分补给,水量较小,变化缓慢。对流域面积较小,河道切割不深或没有足够的补给来源的中、小河流,甚至出现补给枯竭,河流断流现象。枯水发生的时期称枯水期,其相应的水位和流量分别称枯水位和枯水流量。平均流量小于多年平均流量的年份称枯水年,连续出现的枯水年称枯水年组或连续枯水段。枯水径流的大小和枯水期的长短,对供水、发电、航运、灌溉、环境保护等有很大的影响,是水利工程规划设计的重要依据。

影响枯水径流的因素

主要为下垫面和气象因素两类。前者包括流域的地质及水文地质条件、流域面积、河槽切割深度、河网密度及湖泊、沼泽、植被等;后者包括流域的前期降水和枯水期的降水以及蒸发等。此外,还有人类活动的影响。

流域的地质及水文地质条件,决定了流域可能的地下水储蓄量及补给特性。例如:在喀斯特地区常有持久而稳定的地下水补给,枯水流量较大,变化较小。在相同的水文地质条件下,流域面积、河流切割深度和河网密度等自然地理特性,通常反映了地下库容的大小和可能截获地下水补给水量的多少。在相似地区或一条河流上,枯水流量模数一般随流域面积的增加而递增,但有些河流的中下游或干旱地区的河流,因河槽没有切割到含水层,沿程得不到深层地下水补给或补给甚少,而蒸发、渗漏量很大,枯水流量模数随流域面积的增加而减小,呈相反现象。植被(含森林)对枯水径流的作用在不同地区有不同的效果,一方面植被能阻滞地表径流,有利于水分下渗,增加地下水储量;另一方面,植被的散发会消耗地下水,减少地下水储量。湖泊、沼泽有直接或间接地以丰补枯的调节能力。流域的前期降水对枯水期的流域蓄水有很大影响,枯水期的降水和蒸发等因素对缓解或加剧偏枯程度有一定作用。气象因素往往是通过下垫面的自然地理因素间接地产生影响。

人类活动可直接影响枯水径流。如修建水库、水电站调节径流,能增加下游部分河段枯水径流;工农业提、引水,会减少下游枯水流量,有时甚至断流。流域大规模的水土保持措施、造林、精耕细作等改变流域自然地理条件的活动,将间接地影响枯水径流。

枯水期

中国大部分地区属季风气候区,有明显的多雨和少雨季节,一般冬季降水稀少,河流径流量呈递减趋势,流量较小而稳定。枯水期的长短与降水年内分配关系密切。大多数河流一年内可出现两次枯水期,一次在10月后至次年雨季前,另一次往往是由于伏旱,在夏季内短暂出现。

枯水年

年降水量明显偏小,河、湖水位下降,水量锐减,明显小于多年平均值的年份。径流的年际变化具有丰枯交替的特点,并存在连续枯水年的情况。大气环流年际的持续周期,往往是造成连续枯水年的重要原因。在遇到连续干旱年时,土壤水和地下水大幅度下降,即使遇到中等甚至偏丰的降水年份,流域水分状况也很难迅速恢复常态。如中国松花江(哈尔滨站)1898~1909年和1916~1927年分别出现连续11年和12年的枯水年。永定河(官厅站)和黄河(陕县站)分别在1926~1933年和1922~1932年发生连续8年和11年的枯水年。海河近60年来连续枯水的情况更是频繁,有连续2~3年甚至5年的枯水年。长江也有连续3年的枯水年。更为严重的是在某些年份不少江河或地区同时遭遇干旱,如历史上著名的干旱年份1785年,涉及范围达江、淮10余省(市),1965年、1972年和1978年的干旱遍及华北和西北地区,其中1978年主要在长江中下游和淮河流域,东北、西北也不同程度出现旱情。1988~1998年东北、华北也呈现旱情,只是偏枯程度有所不同。枯水年在地区上同步发生的现象是水资源规划设计中不可忽视的问题。

枯水流量

主要靠流域蓄水量的补给。随着流域蓄水量的亏耗,流量不断衰减,其规律通常用下列退水公式表示:

式中,Q0、Qt分别为起始流量和起始后t时刻的流量;k为流域蓄水常数;e为自然对数的底。较长历时的枯水径流量往往采用统计不同时段的最小流量来分析和表示,如年最小日平均流量、最小月平均流量、连续3个月最小平均流量、整个枯水期平均流量等。当有20~30年的实测流量资料时,可以绘制某一时段枯水流量的频率曲线,在频率曲线上可查得某一频率(重现期)的枯水流量。也有根据多年观测资料,从历时线上,根据设计要求,确定某一历时的径流量作为上限值,在此限度以下的径流量,作为枯水径流量。有些国家把一定频率(如90%)最小7 d平均枯水流量作为控制污染的设计流量等。

中国大部分河流径流年内分配极不均匀,枯水径流量占全年径流量的比重较小。以全国大部分中等流域(流域面积为500~3000km2)冬季(12月~翌年2月)径流为例:华北、东北地区大多数河流,冬季径流量仅占全年径流量的3%以下,只有湖南、江西南部和南岭以南一些地区,冬季径流可占全年径流的10%左右。台湾东北部,由于冬雨较多,冬季径流可占全年的20%左右。

由于枯水径流的记录较少,加上偶然因素和人类活动的影响,在分析计算时除了对原始资料的精度和测站上游人类活动情况应予注意外,必要时应进行枯水调查,了解历史上出现的枯水情况,包括枯水位及其持续时间,相应时段内的径流量及水质状况等。对缺乏实测资料的地区,一般采用经验公式、等值线图和水文比拟等方法确定枯水径流。

基流

河流所能维持的基本径流。此时,降水补给终止,径流由较深处的地下水补给,更为稳定,是枯水径流的主要组成部分。基流的大小与流域面积、河流补给条件等自然地理因素有关,它是水资源评价和水资源开发利用中一个很重要的特征值。所测得的径流过程线包括了多种形式水源的来水,其水量的多寡与流动的快慢各异,加上流域水文地质条件的差异(如隔水层的分布),目前还无法确切区分河道中任一时刻不同来源的径流。通常采用过程线分割或过程线分析的方法确定基流。

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