南運(yùn)河四女寺閘上游徑流計(jì)算探討

張兆強(qiáng)，傅 靜，劉志飛

（山東省德州市水文局，山東 德州 253033）

1 流域概況

南運(yùn)河位于子牙河以南，包括漳河衛(wèi)河兩條支流，經(jīng)過山西、河南、河北之后匯入海河流域，南運(yùn)河全長348.5 km，左堤長269.4 km，堤頂起點(diǎn)高程25.8 m，止點(diǎn)高程7.4 m，右堤長270.2 km，堤頂起點(diǎn)高程25.9 m，止點(diǎn)高程0.86 m。河堤縱坡上陡下緩，河槽采用單式U 型斷面，上口寬100 m～30 m，河槽深8 m～10 m，沿岸居民區(qū)較多。南運(yùn)河是開鑿最早、最長的人工運(yùn)河—京杭大運(yùn)河在華北的主要河段，也是引黃濟(jì)津工程在天津的輸水通道。

2 徑流特征

南運(yùn)河是降水、地下水補(bǔ)給為主的河流。南運(yùn)河徑流組成占64%，地下水占22.6%，雨、雪混合補(bǔ)給占13.4%。南運(yùn)河上游出太行山口以上為徑流形成區(qū)，山口以下平原灌區(qū)為徑流耗散區(qū)。出山口斷面四女寺閘站實(shí)測年平均流量210 m3/s，多年平均徑流量66.20 億m3。四女寺閘站下游慶云閘站年平均流量108 m3/s，多年平均年徑流量34 億m3，至慶云閘站下游鄭店閘站，年平均流量減小為44 m3/s，多年平均徑流量只有14 億m3。區(qū)間徑流除河間蒸發(fā)、滲漏和生態(tài)消耗外，主要為農(nóng)業(yè)灌溉所利用。

2.1 徑流年內(nèi)分布

南運(yùn)河徑流年內(nèi)分布極不均勻，徑流主要集中于汛期，枯水持續(xù)時間較長。根據(jù)四女寺閘站實(shí)測徑流統(tǒng)計(jì)分析：

南運(yùn)河5 月～10 月徑流量占年徑流量的86.98%。連續(xù)最大四個月（6 月～9 月）徑流量占年徑流量的79.74%左右，其中主汛期7 月、8 月份徑流量就占全年徑流的58.30%，多年平均8 月份水量最大，月平均流量762 m3/s，8 月份徑流占年徑流量的30.81%。11 月至次年4 月為枯水期，期間徑流量只占全年徑流的13.02%。連續(xù)最小四個月（1 月～4 月）徑流量占全年徑流的7.66%，多年平均2 月份水量最小，月平均流量50.2 m3/s，2月份徑流占年徑流量的1.85%。

越往下游，受區(qū)間灌溉引水影響，河道徑流年內(nèi)過程發(fā)生很大變化。慶云閘站連續(xù)最大四個月（6 月～9 月）徑流占年徑流的91.53%，主汛期7 月、8 月份徑流占全年徑流的75.5%。鄭店閘站則只有7 月～9 月份常年有水，6 月、10 月多數(shù)年份斷流，其它月份常年斷流。見表1。

表1 南運(yùn)河各斷面實(shí)測徑流年內(nèi)分配表

2.2 徑流年際變化

根據(jù)四女寺閘站實(shí)測徑流頻率分析，四女寺閘站徑流年際變化參數(shù)CV值為0.18，在山東臨清與漳衛(wèi)南運(yùn)河相匯諸河流中屬徑流年際變化較小的河流。由于受人類活動和區(qū)間河道水量天然消耗影響，下游斷面徑流變差系數(shù)CV值趨于增大。慶云閘站徑流年際變化參數(shù)值為0.35，鄭店閘站CV值則增大為0.60。

3 徑流計(jì)算

上游徑流觀測斷面位于南運(yùn)河中下游，距離上游四女寺閘站171 km，慶云閘站104 km，距離下游鄭店閘站66 km。選用四女寺閘、慶云閘、鄭店閘為參證站，首先計(jì)算各參證站不同頻率設(shè)計(jì)徑流，然后按河段距離內(nèi)插分析計(jì)算安陵樞紐設(shè)計(jì)徑流[1]。

3.1 參證站徑流計(jì)算

依據(jù)《水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范》（SL 278-2002）規(guī)定，在采用矩法對系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)估算的基礎(chǔ)上，再用適線法選配P-Ⅲ型頻率曲線[2]，對參證站四女寺閘站1954 年～2010 年57 a實(shí)測年徑流系列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算。

3.1.1 洪水頻率曲線統(tǒng)計(jì)參數(shù)的確定

南運(yùn)河四女寺閘上游洪水系列統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用矩法估計(jì)，公式如下：

適線法在一定適線準(zhǔn)則下，可以求解與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合最優(yōu)的頻率曲線的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，根據(jù)洪水系列誤差規(guī)律，選定適線準(zhǔn)則。本流域系列中各項(xiàng)流量誤差方差均勻，所以采用離差平方和準(zhǔn)則，即頻率曲線統(tǒng)計(jì)參數(shù)的最小二乘估計(jì)使經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)和同頻率的頻率曲線縱坐標(biāo)（離差）平方和達(dá)到極?。?/p>

式中：Φ 為離均系數(shù)，其他符號同上。

3.1.2 設(shè)計(jì)年徑流成果

根據(jù)變差系數(shù)、偏態(tài)系數(shù)等公式，適線參數(shù)及不同保證率設(shè)計(jì)年徑流成果[3]統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 參證站設(shè)計(jì)徑流成果表

3.2 徑流計(jì)算

安陵樞紐斷面只有2002 年～2010 年短期水管資料，資料系列較短，無法直接采用頻率分析計(jì)算其設(shè)計(jì)徑流。其位于參證站慶云閘口與鄭店閘站之間，因此可按河段距離內(nèi)插計(jì)算引水樞紐斷面設(shè)計(jì)徑流。安陵樞紐距離上游慶云閘站104 km，距離下游鄭店閘站66 km，由表2 設(shè)計(jì)成果按河段距離內(nèi)插計(jì)算安陵樞紐不同頻率設(shè)計(jì)徑流見表3。

3.3 徑流年內(nèi)分配

南運(yùn)河各參證站只有四女寺閘站實(shí)測徑流基本為天然徑流系列，因此各站徑流不同頻率典型年四女寺閘站設(shè)計(jì)徑流按徑流量相近的原則在實(shí)測系列中選取。根據(jù)典型年選取結(jié)果，2003 年為南運(yùn)河50%保證率典型年，2004 年是南運(yùn)河75%保證率典型年。

四女寺閘站、慶云閘站和鄭店閘站不同保證率設(shè)計(jì)徑流年內(nèi)分配按各站相應(yīng)典型年實(shí)測徑流過程同比放大計(jì)算；安陵樞紐徑流年內(nèi)分配按其2003 年、2004 年各月實(shí)測水管資料同比放大計(jì)算。各參證站及工程斷面安陵樞紐不同頻率率徑流年內(nèi)分配見表4。

表4 南運(yùn)河上游不同保證頻率天然徑流設(shè)計(jì)年內(nèi)分配表

4 結(jié)論

綜上所述，計(jì)算一年內(nèi)通過南運(yùn)河某斷面的水量對于流域水利資源開發(fā)利用及用水量管理十分重要，本文所進(jìn)行的南運(yùn)河流域四女寺閘上游頻率分析徑流計(jì)算為流域水資源管理和合理利用提供基礎(chǔ)性資料。