李　娜，蔣文清,付海軍

（1.濟(jì)南市邢家渡引黃灌溉管理處，山東 濟(jì)南 250100；2.濟(jì)南市水利建筑勘測設(shè)計研究院，山東 濟(jì)南 250014；3.國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100095）

濟(jì)南市小清河流域汛期分期方法探析

李娜1，蔣文清2,付海軍3

（1.濟(jì)南市邢家渡引黃灌溉管理處，山東 濟(jì)南 250100；2.濟(jì)南市水利建筑勘測設(shè)計研究院，山東 濟(jì)南 250014；3.國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100095）

綜合運(yùn)用成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計分析法及模糊集合分析法對小清河流域汛期分期進(jìn)行劃分，旨在為制定科學(xué)合理的洪水調(diào)度運(yùn)用方案提供參考，從而有效的利用汛期洪水資源，以補(bǔ)充非汛期河道水域生態(tài)景觀需水。

小清河；成因分析法；數(shù)理統(tǒng)計法；模糊集合分析法；汛期分期

濟(jì)南市小清河流域，南依泰沂山脈，北界黃河，位于濟(jì)南市東部，境內(nèi)全長70.5km，控制流域面積2792km2。近年來，隨著小清河綜合治理工作的全面完成，治理后的小清河水域生態(tài)景觀功能需逐步提升。因濟(jì)南屬資源型缺水城市，小清河生態(tài)景觀用水問題亟待解決，因此，研究如何通過非工程措施滿足小清河生態(tài)景觀需水量，具有現(xiàn)實(shí)意義。

小清河是濟(jì)南市唯一的排洪河道，該流域防汛規(guī)定的汛期為每年的6月1日～9月30日，為確保安全度汛，流域內(nèi)水庫汛期常年 “限蓄廢泄”，汛后卻無水可蓄，如果將小清河流域汛期進(jìn)行合理劃分，進(jìn)而以合理的汛期分期，科學(xué)的調(diào)度汛期洪水資源，增加流域內(nèi)水庫汛末蓄水，以分期增蓄水量來補(bǔ)充非汛期河道生態(tài)景觀需水將成為可能。

1　汛期分期的劃分方法

目前，對于汛期分期的劃分方法已有大量研究，較為常用的主要有成因分析法、數(shù)理統(tǒng)計法、模糊分析法，本文對這3種方法加以介紹，并應(yīng)用這3種方法對小清河流域汛期進(jìn)行劃分。

1.1成因分析法

成因分析法是分析影響流域內(nèi)水文、氣象等眾多因素，在根據(jù)防洪安全和興利蓄水要求、河道及水庫工程狀況等，明確流域“汛期”或“主汛期”具體涵義的基礎(chǔ)上，通過探索各因素的季節(jié)性變化規(guī)律，選取流域某一量級暴雨量、入庫洪峰、入庫徑流量、河道水位等指標(biāo)，分析其在1年內(nèi)的變化規(guī)律，尋求其與天氣系統(tǒng)、大氣環(huán)流之間的相關(guān)密切程度。最終根據(jù)上述分析結(jié)果，以突變點(diǎn)作為汛期分期的劃分點(diǎn)，從而對汛期進(jìn)行劃分。

1.2數(shù)理統(tǒng)計法

數(shù)量統(tǒng)計法是利用實(shí)測歷史降雨量（或徑流量）資料，選擇統(tǒng)計指標(biāo)，分析指標(biāo)在年內(nèi)（或汛期）的變化規(guī)律，最后通過數(shù)量統(tǒng)計理論得出汛期的變化規(guī)律。該方法的基本步驟為：

1）按月（或旬）統(tǒng)計描述汛期指標(biāo)降雨量（或徑流量）的頻率，或點(diǎn)繪指標(biāo)的散布圖取外包線。

2）選定一定的頻率標(biāo)準(zhǔn)，分析選定標(biāo)準(zhǔn)的合理性，以確定汛期分期的劃分點(diǎn)。

3）依據(jù)汛期分期劃分點(diǎn)，對汛期進(jìn)行劃分。1.3模糊集合分析法

模糊集合分析法是依據(jù)汛期劃分的模糊性，運(yùn)用模糊集合理論推求不同時刻的汛期隸屬度，從而確定汛期起訖時間，進(jìn)而對汛期進(jìn)行劃分。其計算步驟如下：

1）將n年實(shí)測降雨（或流量）過程作為試驗(yàn)集，定義一個進(jìn)入汛期（或主汛期）的降雨量（或流量）標(biāo)準(zhǔn)Yr。

2）對任一年i，根據(jù)大于或等于Yr的起始時間t1r和終止時間t2r確定該年的汛期（或主汛期）區(qū)間，稱為模糊集合A的一次試驗(yàn)結(jié)果，n年可得n個試驗(yàn)結(jié)果，可以TI=[t1r，t2r]，I=1，2，…，n表示。一次試驗(yàn)結(jié)果稱為一次顯影，n次可得到n個顯影樣本。

3）在論域T上，某一時間t被汛期顯影樣本區(qū)TI覆蓋的次數(shù)為mi，則時間t屬于汛期（或主汛期）模糊集A的隸屬頻率PA（t）=mi/n，當(dāng)n充分大時（n→∞），即可得隸屬度：

對于不同時間t依次計算隸屬度，求得隸屬函數(shù)，并繪制隸屬曲線，結(jié)合流域汛期調(diào)度運(yùn)用實(shí)際，選取節(jié)點(diǎn)隸屬度，作為汛期分期劃分點(diǎn)的依據(jù)。

2　小清河流域汛期劃分方法

就濟(jì)南市小清河流域而言，暴雨洪水的季節(jié)性變化影響因素十分復(fù)雜，應(yīng)從多種途徑來研究，綜合各種方法所得結(jié)果，最終確定汛期分期的合理劃分。

2.1成因分析

小清河流域?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)型氣候，年內(nèi)四季分明、季風(fēng)明顯。冬季寒冷干燥，降水量稀少；夏季高溫炎熱，冷暖空氣活動較頻繁，為暴雨洪水主要發(fā)生期。流域內(nèi)暴雨的形成不僅受副熱帶高壓的影響，還受到西風(fēng)帶系統(tǒng)及熱帶氣旋等環(huán)流活動的影響，而且常常受這三類天氣系統(tǒng)共同作用。流域內(nèi)多年平均降雨量為641.5mm，年際之間降雨量變化較大，最大年降雨量為1216.4mm（1964年），最小年降雨量為363.3mm（1989年）。降雨量年內(nèi)分配不均，全年60%的降水集中在夏季，多年平均在400mm以上，7月份降水日數(shù)多年平均在15d左右，日降水量≥50mm的暴雨日數(shù)集中在7、8兩月，占全年暴雨日數(shù)的70%。由此，根據(jù)上述氣候特征與天氣系統(tǒng)成因分析，可初步將7、8兩月劃為主汛期。

2.2數(shù)理統(tǒng)計分析

結(jié)合小清河流域降雨徑流特征，選取汛期多年平均月降雨量、徑流量為指標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)計分析，同時對流域內(nèi)特征年干流洪峰情況進(jìn)行統(tǒng)計。

1）降雨統(tǒng)計分析。根據(jù)小清河流域內(nèi)及周邊12個雨量站多年降雨資料，統(tǒng)計汛期各月降雨量占全年降雨量百分比。汛期各月降雨量占全年降雨量百分比統(tǒng)計表見表1

表1小清河流域內(nèi)各雨量站汛期降雨量占全年降雨量百分比統(tǒng)計表%

由表1可知，各站7月份降雨量占全年降雨量比重最大，其次是8月份，6、9兩月占比相對較小。

2）徑流統(tǒng)計分析。根據(jù)流域內(nèi)黃臺橋水文站實(shí)測多年徑流資料，統(tǒng)計汛期各月徑流量占全年徑流百分比。汛期各月徑流量占全年徑流量百分比見表2。

表2小清河流域黃臺橋站汛期月徑流量占全年徑流量百分比統(tǒng)計表

由表2可知，6～9月份各月多年平均徑流量呈由少至多，然后再由多至少的變化規(guī)律。7、8兩月多年平均徑流量占比最大。

3）洪峰流量分析。根據(jù)黃臺橋水文站實(shí)測洪峰流量資料，對6個特征年份干流洪峰流量出現(xiàn)時間進(jìn)行統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3小清河流域黃臺橋水文站特征年干流洪峰情況統(tǒng)計表

由表3可知，黃臺橋站6個特征年干流洪峰均出現(xiàn)在7、8月份。

通過對流域內(nèi)汛期各月降雨、徑流及特征年干流洪峰出現(xiàn)時間統(tǒng)計分析，可進(jìn)一步對小清河流域汛期進(jìn)行劃分，即劃定6月為前汛期、7、8月為

2.3模糊集合分析對小清河流域汛期分期驚醒模糊統(tǒng)計分析分析。

將1951～2008年57年流域均降雨量資料作為模糊統(tǒng)計試驗(yàn)集。結(jié)合取全流域平均日降雨量Yf=汛期起止的指標(biāo)，經(jīng)計算得曲線。小清河流域隸屬曲線見圖1。

圖1小清河流域隸屬曲線

如果將隸屬度大于0.6作為劃分主汛期的標(biāo)準(zhǔn)，由圖1可見，7、8兩月應(yīng)劃定為主汛期。

綜合以上3種方法確定的汛期分期劃分，可明確將小清河流域汛期劃分為3段，分別為前汛期（6月），主汛期（7月、8月）、后汛期（9月）。

3　結(jié)語

1）流域汛期分期的劃分，首先要將防洪安全求。分期劃際，還應(yīng)考慮

2）生態(tài)景觀需水是指維持河流基本功能（生態(tài)、水環(huán)境、景觀等）所需水量，對小清河水域開展非汛期生態(tài)補(bǔ)水研究，分析計算其生態(tài)景觀需水量應(yīng)是必需環(huán)節(jié)。

3）本文分析結(jié)果也可為濟(jì)南市小清河流域水資源調(diào)配、水資源供需分析提供參考。

（責(zé)任編輯趙其芬）

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李娜（1982—），女，工程師