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南運(yùn)河四女寺閘上游徑流計(jì)算探討

2020-11-20 07:36張兆強(qiáng)劉志飛
陜西水利 2020年10期
關(guān)鍵詞:慶云徑流量徑流

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(guò)山西、河南、河北之后匯入海河流域,南運(yùn)河全長(zhǎng)348.5 km,左堤長(zhǎng)269.4 km,堤頂起點(diǎn)高程25.8 m,止點(diǎn)高程7.4 m,右堤長(zhǎng)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(kāi)鑿最早、最長(zhǎng)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(cè)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(shí)間較長(zhǎng)。根據(jù)四女寺閘站實(shí)測(cè)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(gè)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(gè)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(guò)程發(fā)生很大變化。慶云閘站連續(xù)最大四個(gè)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(jiàn)表1。

表1 南運(yùn)河各斷面實(shí)測(cè)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(cè)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?gòu)搅髂觌H變化較小的河流。由于受人類(lèi)活動(dòng)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(cè)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(duì)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(duì)參證站四女寺閘站1954 年~2010 年57 a實(shí)測(cè)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(hào)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(jiàn)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(wú)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(jiàn)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(cè)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(cè)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(cè)徑流過(guò)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(cè)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(jiàn)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(guò)南運(yùn)河某斷面的水量對(duì)于流域水利資源開(kāi)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。

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