汾河水庫(kù)入庫(kù)洪水統(tǒng)計(jì)特性及變化規(guī)律分析

趙愛(ài)莉

（山西汾河流域管理有限公司，山西 太原 030002）

汾河是黃河的第二大支流，是山西境內(nèi)最大的河流，以汾河干流上的汾河水庫(kù)為研究對(duì)象，根據(jù)婁煩、上靜游、河岔三個(gè)水文站的實(shí)測(cè)徑流資料，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行研究，分析汾河水庫(kù)入庫(kù)洪水特性及其變化規(guī)律，可為汾河水庫(kù)降水的蓄泄與調(diào)度提供合理的依據(jù)，提高洪水資源的利用，實(shí)現(xiàn)洪水資源化，有效地減輕水資源短缺的壓力，并為水庫(kù)合理調(diào)度方案的實(shí)施提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

汾河流經(jīng)山西省內(nèi)6個(gè)市的29個(gè)縣（區(qū)），干流全長(zhǎng)為694 km，流域面積為39 471 km2，最終在萬(wàn)榮縣榮河鎮(zhèn)廟前村附近匯入黃河。汾河流域位于北緯35.3°—39.0°，東經(jīng)110.5°—113.5°，是東西長(zhǎng)118 km，南北長(zhǎng)412.5 km的帶狀流域，占全省總面積的25.3%[1]。

汾河水庫(kù)是山西省內(nèi)最大的水庫(kù)，汾河水庫(kù)控制流域面積達(dá)5 268 km2，地處于汾河干流上游婁煩縣境內(nèi)。水庫(kù)東西寬5 km，南北長(zhǎng)15 km，總面積為32 km2，是一項(xiàng)綜合性的水利樞紐工程，具有灌溉、供水、防洪等多項(xiàng)功能。

2 汾河水庫(kù)入庫(kù)洪水統(tǒng)計(jì)特性及變化規(guī)律

2.1 水庫(kù)歷年洪水場(chǎng)次統(tǒng)計(jì)

汾河水庫(kù)流域位于汾河上游，主要控制范圍是汾河水庫(kù)壩址以上的流域，流域面積約為5 268 km2，流域分屬靜樂(lè)縣、嵐縣、婁煩縣和寧武縣4縣，水庫(kù)控制的流域面積約占4個(gè)縣總面積的78.6%。汾河水庫(kù)上游支流澗河的婁煩水文站、支流嵐河的上靜游水文站和河岔水文站，三個(gè)水文站控制流域面積共4 952 km2，占汾河水庫(kù)控制流域面積的94%[2]，各站控制面積見(jiàn)表1。

表1 汾河水庫(kù)周邊水文站控制流域概況

因此，研究采用三站1995—2016年22年洪水資料疊加，所得洪水過(guò)程作為汾河水庫(kù)入庫(kù)洪水資料，以此分析汾河水庫(kù)入庫(kù)洪水特性及變化規(guī)律。

根據(jù)汾河水庫(kù)運(yùn)行規(guī)程，以徑流量峰值大于等于50 m3/s的流量作為洪峰流量，并計(jì)為一場(chǎng)洪水，且將多峰、連峰洪水合計(jì)為一場(chǎng)洪水，共整理出58場(chǎng)洪水，汾河水庫(kù)逐年洪水次數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 汾河水庫(kù)逐年洪水次數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 水庫(kù)年徑流量趨勢(shì)分析

研究中，根據(jù)汾河水庫(kù)1995—2016年有實(shí)測(cè)徑流資料的22年內(nèi)的年徑流資料繪制圖2。

從圖2及汾河水庫(kù)長(zhǎng)系列徑流資料可以得知：

圖2 汾河水庫(kù)年徑流變化曲線

一是年徑流豐枯變化很大。近22年來(lái)汾河水庫(kù)的年徑流豐枯變化很大，實(shí)測(cè)最大年徑流量出現(xiàn)在1995水文年，為10.913 9億m3，實(shí)測(cè)最小年徑流量出現(xiàn)在2001水文年，為1.333 3億m3，最大年徑流量約為最小年徑流量的8倍。

二是年內(nèi)來(lái)水量分配很不均勻。年內(nèi)豐水期6—9月，來(lái)水量占全年的50%以上。

三是徑流量的變化較大，枯中有豐、豐中有枯。汛期一般為6—9月，但每年起止時(shí)間有所差別。另外，雖然在一般情況下6—9月為豐水期，但是其中各月均會(huì)出現(xiàn)來(lái)水量小的時(shí)候。

四是年徑流量在總體上呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。

2.3 洪水洪峰年際變化及周期分析

研究中統(tǒng)計(jì)了汾河水庫(kù)洪水各次洪峰出現(xiàn)的情況，如表2所示。

從表2的統(tǒng)計(jì)資料及圖3中可知，在22年的58場(chǎng)洪水中，發(fā)生洪峰流量大于120 m3/s的洪水有33次，占總數(shù)的56.90%；一年中發(fā)生3次120 m3/s以上的洪水有5年，發(fā)生4次120 m3/s以上的洪水有3年，而1995、1996年年均發(fā)生了6次120 m3/s以上的洪水，但2001年、2004年沒(méi)發(fā)生大于120 m3/s流量的洪水，2009—2011年、2014—2016年連續(xù)三年均沒(méi)有發(fā)生大于120 m3/s流量的洪水；相反，1995—1998年連續(xù)四年中發(fā)生19次大于120 m3/s流量的洪水，2005—2008年連續(xù)四年中發(fā)生6次大于120 m3/s流量的洪水。1995—2016年洪峰流量變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 1995—2016年洪峰流量變化曲線

表2 汾河水庫(kù)洪峰流量統(tǒng)計(jì)表

實(shí)測(cè)資料的峰差之比為17倍，說(shuō)明汾河水庫(kù)洪水分布非常不均衡，高值對(duì)防洪造成很大的威脅，低值對(duì)水電站發(fā)電效益有很大的影響，洪水呈現(xiàn)頻發(fā)的一面，又出現(xiàn)突發(fā)的一面，峰谷交錯(cuò)發(fā)生[3-4]。

同時(shí)，結(jié)合表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以繪制平均間隔周期與洪峰流量關(guān)系，見(jiàn)圖4。

圖4 平均間隔周期與洪峰流量關(guān)系

可知在22年的58場(chǎng)洪水中，發(fā)生洪峰流量大于200 m3/s以上的洪水有19次，發(fā)生洪峰流量大于250 m3/s以上的洪水有11次，發(fā)生洪峰流量大于300 m3/s以上的洪水有11次，發(fā)生洪峰流量大于350 m3/s以上的洪水有10次，發(fā)生洪峰流量大于400 m3/s以上的洪水有7次，發(fā)生洪峰流量大于450 m3/s以上的洪水有4次；而在22年中只有1995年、1996年、2003年發(fā)生過(guò)洪峰流量大于450 m3/s的洪水，自2003年以后洪峰流量明顯減小。歷史上汾河水庫(kù)有幾個(gè)較明顯的多洪時(shí)期和少洪時(shí)期，如多洪期1995—1999年，少洪期2004—2016年。其中洪水大于350 m3/s流量的有10次，幾乎每隔兩年發(fā)生1次，最多一年發(fā)生4次，如1996年；1995—1999年連續(xù)五年發(fā)生9次350 m3/s以上的洪峰流量，幾乎一年就發(fā)生2次，而2004—2016年卻連續(xù)十三年未發(fā)生大于350 m3/s的洪峰流量。因此，汾河水庫(kù)應(yīng)以蓄水為主，并應(yīng)預(yù)防突發(fā)性洪水。

2.4 水庫(kù)汛期洪水分布

進(jìn)入汛期后，水庫(kù)的主要目標(biāo)為防洪，本研究中以旬為時(shí)段，統(tǒng)計(jì)了汾河水庫(kù)7、8月份不同量級(jí)洪水的分布情況，如表3所示。

表3 汾河水庫(kù)主汛期各量級(jí)洪水的旬分布情況

從表3可以看出，汾河水庫(kù)入庫(kù)洪水在主汛期的各旬分布是很不均勻的，各量級(jí)的洪水基本上都以7月中旬發(fā)生次數(shù)最多，而8月上旬發(fā)生各量級(jí)洪水的次數(shù)次之，洪峰流量大于512.908 m3/s的洪水發(fā)生在7月下旬和8月上旬。而洪峰流量大于316.77 m3/s的洪水次數(shù)以8月上旬為最多，洪峰流量大于195.892 m3/s的洪水有35.7%和28.6%發(fā)生在7月中旬和8月上旬。

3 結(jié)語(yǔ)

在本研究汾河水庫(kù)22年實(shí)測(cè)洪水資料的基礎(chǔ)上，較為詳細(xì)地分析了汾河水庫(kù)入庫(kù)洪水的規(guī)律，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

一是汾河水庫(kù)的年徑流豐枯變化很大，枯中有豐、豐中有枯，且年內(nèi)來(lái)水量分配很不均勻，但是年徑流量在總體上呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。從汾河水庫(kù)徑流變化來(lái)看，汾河水庫(kù)在運(yùn)行中應(yīng)注意為春耕階段蓄存一定的水量，以滿足頻發(fā)的冬春季干旱，應(yīng)對(duì)水資源量不足的現(xiàn)狀。

二是汾河水庫(kù)的入庫(kù)洪水在主汛期7、8月各旬分布是很不均勻的，各量級(jí)的洪水基本上都以7月中旬發(fā)生次數(shù)最多，而8月上旬發(fā)生各量級(jí)洪水的次數(shù)次之，洪峰流量大于512.908 m3/s的洪水主要發(fā)生在7月下旬和8月上旬。因此，汾河水庫(kù)秋季開(kāi)始蓄水的時(shí)間可從8月下旬開(kāi)始。

三是通過(guò)分析汾河水庫(kù)洪峰流量，可以看出汾河水庫(kù)洪水分布是非常不均衡的，峰谷交錯(cuò)發(fā)生。因此，汾河水庫(kù)應(yīng)做好水資源優(yōu)化配置，實(shí)施合理的調(diào)度方案，協(xié)調(diào)水庫(kù)防洪與蓄水的矛盾。