黑龍江干流分段匯流核算與分析

張凱文，戴長雷,*，王思聰，李夢玲

(1. 黑龍江大學(xué) a. 寒區(qū)地下水研究所; b. 水利電力學(xué)院; c. 中俄寒區(qū)水文和水利工程聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,哈爾濱 150080; 2. 哈爾濱市磨盤山水庫管理處，哈爾濱 150001)

1 問題的提出

黑龍江發(fā)源于蒙古國肯特山脈的克魯倫河(以南源為正源)，于俄羅斯哈巴羅夫斯克邊疆區(qū)尼古拉耶夫斯克(廟街)匯入鄂霍次克海韃靼海峽。黑龍江全長5 498 km，流域面積達(dá)184.3×104km2(中國約占40.69%，俄羅斯約占46.21%，蒙古和朝鮮約占13.1%)，屬巨型流域，黑龍江是重要國際界河，中俄界河段長約4 000 km[1]。黑龍江流域地理位置約為N42°0′～55°45′，E108°21′～141°21′，處于溫帶大陸性氣候和溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，春季干旱多大風(fēng)，夏季溫?zé)岫嘤?，秋季溫差較大，冬季嚴(yán)寒而漫長。黑龍江徑流補(bǔ)給以雨水為主、積雪融水補(bǔ)給為輔，其中雨水補(bǔ)給約占75%～80%，融雪水補(bǔ)給約占15%～20%，地下水補(bǔ)給約占5%～8%。流域內(nèi)多年平均降水量約400～600 mm，且年際變幅較大[2-3]。

戴長雷等將黑龍江流域水系劃分為8個(gè)水系分區(qū)，即額爾古納河區(qū)、石勒喀河區(qū)、松花江區(qū)、結(jié)雅河區(qū)、布列亞河區(qū)、烏蘇里江區(qū)、阿姆貢河區(qū)以及黑龍江干流區(qū)[4]。其中，黑龍江干流全長2 833 km，分為上、中、下3段，洛古河村至結(jié)雅河口為上游段，長905 km；結(jié)雅河口至伯力(哈巴羅夫斯克市)為中游段，長994 km；伯力至河口為下游段，長934 km[5]。上游段和中游段為中俄界河，下游段位于俄羅斯境內(nèi)。黑龍江干流區(qū)每年春季和夏季易發(fā)生凌汛洪水和夏季洪水，沿途匯入的結(jié)雅河、布列亞河、松花江對其洪水形成的影響較大。通過對黑龍江干流進(jìn)行分段并對各主要支流進(jìn)行概化，便于分析各支流對黑龍江干流區(qū)徑流量的影響。多年平均徑流量是黑龍江干流區(qū)地表水資源評(píng)價(jià)中較為重要的數(shù)據(jù)，因此需要對黑龍江干流區(qū)徑流量進(jìn)行核算，為防洪、防凌等工作提供數(shù)據(jù)支持[6-7]。

2 分段匯流核算方案設(shè)計(jì)

河源區(qū)的石勒喀河與額爾古納河在洛古河村附近匯合形成黑龍江干流，左岸俄羅斯側(cè)的結(jié)雅河在黑河市附近匯入，布列亞河在結(jié)雅河口下游約200 km處匯入，右岸中國側(cè)的松花江在同江市附近匯入，中俄界河烏蘇里江在伯力附近匯入，左岸支流阿姆貢河在下游匯入后在廟街附近匯入韃靼海峽，大部分河水流入北方的鄂霍次克海，少量河水匯入南方的日本海[8]。以洛古河村的洛古河水文站、黑河市下游附近的卡倫山水文站、以及伯力、廟街兩處水文站，將黑龍江干流大致分為3段，見圖1。

圖1 黑龍江干流分段及各主要支流示意圖Fig.1 Schematic diagram of Heilongjiang main stream segment and its main tributaries

河源區(qū)石勒喀河匯入黑龍江干流區(qū)的多年平均徑流量(記為T1)、額爾古納河匯入黑龍江干流區(qū)的多年平均徑流量(記為T2)，在洛古河水文站測得流量數(shù)據(jù)計(jì)算得到徑流量(記為R1)，在數(shù)值上則T1與T2的和與R1大致相等。石勒喀河多年平均徑流量T1約為149億m3，額爾古納河多年平均徑流量T2約為125.4億m3，洛古河水文站多年平均徑流量R1為274.4億m3?？▊惿秸径嗄昶骄鶑搅髁縍2為1 060億m3，結(jié)雅河多年平均徑流量T3約為567.6億m3，R2-(R1+T3)為黑龍江干流洛古河水文站至卡倫山水文站間直接匯入黑龍江干流的額木爾河、呼瑪河等眾多較小支流徑流量的和，約為217.4億m3，則黑龍江干流區(qū)洛古河至卡倫山段的流域多年平均徑流量約為217.4億m3。以此類推，R2與布列亞河多年平均徑流量T4、松花江多年平均徑流量T5、烏蘇里江多年平均徑流量T6的總和約為2 721.6億m3，伯力水文站的多年平均徑流量R3為3 000億m3，則R3-(R2+T4+T5+T6)約為278.4億m3，即黑龍江干流區(qū)卡倫山至伯力段的流域多年平均徑流量，約為278.4億m3。R3與阿姆貢河多年平均徑流量T7的和與廟街水文站的多年平均徑流量R4的差值，為黑龍江干流區(qū)伯力至廟街段的流域多年平均徑流量，約為361億m3。

通過降水量等值線推求流域內(nèi)多年平均降水量的方法，按面積比例分配至各降水分區(qū)，引用徑流系數(shù)法，計(jì)算因徑流入滲等造成的水量流失，可粗略計(jì)算得到黑龍江干流區(qū)的多年平均徑流量[9]。以徑流系數(shù)法計(jì)算得到的多年平均徑流量作為對比參照數(shù)據(jù)，與水量平衡法分段推算得到的黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量進(jìn)行對比，并分析核算結(jié)果。

3 黑龍江流域徑流量核算

3.1 黑龍江干流區(qū)及主要支流核算

通過文獻(xiàn)[10-11]以及各水文站公開數(shù)據(jù)等，收集黑龍江流域各主要支流水系分區(qū)河流長度、流域面積、河口多年平均流量以及多年平均徑流量見表1。

表1 黑龍江流域水系分區(qū)河流特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of rivers in Heilongjiang River basin

由表1可見，黑龍江流域多年平均徑流量約為3 550億m3，黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量約為857.4億m3，約占流域總徑流量的24.15%，分區(qū)流域面積約占流域總面積的20.03%，從流域面積占比與流域徑流量占比角度分析，較為合理。黑龍江干流區(qū)上游段，石勒喀河與額爾古納河匯合處至結(jié)雅河口位于大興安嶺山區(qū)，直接匯入黑龍江干流的主要支流有額木爾河、盤古河、西爾根氣河、呼瑪河、法別拉河、奧利加河、別烈亞河等，以及眾多無名較小河流，這些河流補(bǔ)充了R1+T3與R2的差值，與R1、T3構(gòu)成了黑龍江干流上游段的徑流量。結(jié)雅河口至伯力的中游段，伯力至廟街附近河口的下游段，與此同理。為分析黑龍江干流區(qū)推算徑流量占比與分區(qū)面積占比的差異，以其余主要支流的徑流量占比和流域面積占比作為參照對象。

3.2 流域徑流量計(jì)算

通過黑龍江省水利廳科技項(xiàng)目“俄羅斯結(jié)雅水庫、布列亞水庫對黑龍江干流洪水的影響及中俄水情交流機(jī)制研究”資料，以及主要項(xiàng)目成果《中俄黑龍江2013年大洪水調(diào)查分析聯(lián)合報(bào)告》，獲取黑龍江流域多年平均降水量分布圖(1956—2000)[12]。采用降水等值線法對黑龍江流域降水量進(jìn)行計(jì)算，得到黑龍江流域多年平均降水量，通過徑流系數(shù)考慮降水入滲的水量損失。冬季封河期間，水量補(bǔ)給以地下水補(bǔ)給為主，文獻(xiàn)[8]認(rèn)為黑龍江流域地下水補(bǔ)給量不超過10%，文獻(xiàn)[1]認(rèn)為地下水補(bǔ)給量約為5%～8%，計(jì)算過程中，地下水補(bǔ)給量按10%計(jì)算。黑龍江流域徑流量計(jì)算結(jié)果見表2[13]。

表2 黑龍江流域徑流量計(jì)算Table 2 Calculation of runoff in Heilongjiang River basin

4 徑流量核算對比分析

由表2可見，黑龍江流域多年平均降水量約為9 280.58億m3，流域多年平均徑流量約為4 433.16億m3。按各水系分區(qū)流域面積分配流域多年平均徑流量，計(jì)算得黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量約為1 065.26億m3，徑流量占比約為24.03%。推算黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量約為857.4億m3，約占流域總徑流量的24.15%，兩者差距較小。為分析黑龍江干流區(qū)徑流量推算結(jié)果的差異，對黑龍江主要支流分區(qū)徑流量占比進(jìn)行分析。差異較大的石勒喀河和額爾古納河流域面積占比較大，但徑流量所占比例較??；烏蘇里江區(qū)流域面積占比較小，徑流量占比較大。主要原因?yàn)楹釉磪^(qū)處于內(nèi)蒙古高原地區(qū)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水量約300～400 mm，降水量較少，因此流域分區(qū)內(nèi)徑流量占比較??；而烏蘇里江區(qū)更靠近東部沿海地區(qū)，降水量較大，流域平均降水量約為550 mm，上游地區(qū)接近700 mm，導(dǎo)致流域分區(qū)徑流量占比較大。因此黑龍江干流區(qū)徑流量推算結(jié)果具有一定的參考價(jià)值。

黑龍江干流區(qū)是黑龍江流域水系分區(qū)中較為重要的分區(qū)，黑龍江干流區(qū)徑流量受各主要支流的影響較大，因此通過對黑龍江干流分段的方式，概化各主要支流影響因素，逐次進(jìn)行徑流量核算，再與通過降水量計(jì)算得到的徑流量結(jié)果進(jìn)行對比，分析推算結(jié)果的差異程度。推算黑龍江干流區(qū)徑流量占比與分區(qū)流域面積占比較為接近，與計(jì)算所得結(jié)果進(jìn)行核算，相差不大，具有一定的參考價(jià)值。黑龍江干流區(qū)是中俄聯(lián)合防洪、防凌減災(zāi)的主要區(qū)域，通過黑龍江干流分段，推算分區(qū)徑流總量，與降水量計(jì)算徑流量結(jié)果進(jìn)行核算的方法對黑龍江干流分區(qū)水資源數(shù)據(jù)分析，以及防洪、防凌等工作具有重要的參考價(jià)值。其次，在黑龍江流域的背景下，以黑龍江干流區(qū)為主體研究區(qū)，概化其余七大支流的影響，可以為相關(guān)研究提供便利與方法參考。

5 結(jié)論與討論

對黑龍江干流區(qū)徑流量核算并進(jìn)行分析，得出主要如下結(jié)論并進(jìn)行討論：

1)通過水文站對黑龍江干流分段，概化各主要支流的影響因素，運(yùn)用水量平衡法對黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量進(jìn)行推算，再通過徑流系數(shù)法得到黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量進(jìn)行核算的設(shè)計(jì)方案是可行的；對核算方案中河流分段的節(jié)點(diǎn)位置、數(shù)據(jù)獲取途徑等需要進(jìn)一步討論。

2)水量平衡法推算黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量約為857.4億m3，約占流域總徑流量的24.15%；徑流系數(shù)法計(jì)算黑龍江干流區(qū)多年平均徑流量約為1 065.26億m3，徑流量占比約為24.03%。核算結(jié)果相差不大，可為黑龍江干流區(qū)防洪、防凌等工作提供數(shù)據(jù)參考；對通過計(jì)算流域多年平均降水量，除滲流水量損失外其余水量損失影響程度需要進(jìn)一步討論。

3)黑龍江干流區(qū)作為重要的國際界河水系分區(qū)，地表水資源評(píng)價(jià)中較為重要的多年平均徑流量的核算方法，可為缺資料地區(qū)水文計(jì)算提供參考；還應(yīng)運(yùn)用水文實(shí)測數(shù)據(jù)以及考慮水文地質(zhì)、流域分區(qū)等影響，提高核算結(jié)果的精確度。