南運河四女寺閘上游徑流計算探討

張兆強，傅 靜，劉志飛

（山東省德州市水文局，山東 德州 253033）

1 流域概況

南運河位于子牙河以南，包括漳河衛河兩條支流，經過山西、河南、河北之后匯入海河流域，南運河全長348.5 km，左堤長269.4 km，堤頂起點高程25.8 m，止點高程7.4 m，右堤長270.2 km，堤頂起點高程25.9 m，止點高程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，沿岸居民區較多。南運河是開鑿最早、最長的人工運河—京杭大運河在華北的主要河段，也是引黃濟津工程在天津的輸水通道。

2 徑流特征

南運河是降水、地下水補給為主的河流。南運河徑流組成占64%，地下水占22.6%，雨、雪混合補給占13.4%。南運河上游出太行山口以上為徑流形成區，山口以下平原灌區為徑流耗散區。出山口斷面四女寺閘站實測年平均流量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。區間徑流除河間蒸發、滲漏和生態消耗外，主要為農業灌溉所利用。

2.1 徑流年內分布

南運河徑流年內分布極不均勻，徑流主要集中于汛期，枯水持續時間較長。根據四女寺閘站實測徑流統計分析：

南運河5 月～10 月徑流量占年徑流量的86.98%。連續最大四個月（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，受區間灌溉引水影響，河道徑流年內過程發生很大變化。慶云閘站連續最大四個月（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 月多數年份斷流，其它月份常年斷流。見表1。

表1 南運河各斷面實測徑流年內分配表

2.2 徑流年際變化

根據四女寺閘站實測徑流頻率分析，四女寺閘站徑流年際變化參數CV值為0.18，在山東臨清與漳衛南運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間河道水量天然消耗影響，下游斷面徑流變差系數CV值趨于增大。慶云閘站徑流年際變化參數值為0.35，鄭店閘站CV值則增大為0.60。

3 徑流計算

上游徑流觀測斷面位于南運河中下游，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，首先計算各參證站不同頻率設計徑流，然后按河段距離內插分析計算安陵樞紐設計徑流[1]。

3.1 參證站徑流計算

依據《水利水電工程水文計算規范》（SL 278-2002）規定，在采用矩法對系列統計參數估算的基礎上，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實測年徑流系列進行統計分析計算。

3.1.1 洪水頻率曲線統計參數的確定

南運河四女寺閘上游洪水系列統計參數采用矩法估計，公式如下：

適線法在一定適線準則下，可以求解與經驗點據擬合最優的頻率曲線的統計參數，根據洪水系列誤差規律，選定適線準則。本流域系列中各項流量誤差方差均勻，所以采用離差平方和準則，即頻率曲線統計參數的最小二乘估計使經驗點據和同頻率的頻率曲線縱坐標（離差）平方和達到極小：

式中：Φ 為離均系數，其他符號同上。

3.1.2 設計年徑流成果

根據變差系數、偏態系數等公式，適線參數及不同保證率設計年徑流成果[3]統計見表2。

表2 參證站設計徑流成果表

3.2 徑流計算

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算其設計徑流。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插計算引水樞紐斷面設計徑流。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 設計成果按河段距離內插計算安陵樞紐不同頻率設計徑流見表3。

3.3 徑流年內分配

南運河各參證站只有四女寺閘站實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計徑流按徑流量相近的原則在實測系列中選取。根據典型年選取結果，2003 年為南運河50%保證率典型年，2004 年是南運河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計徑流年內分配按各站相應典型年實測徑流過程同比放大計算；安陵樞紐徑流年內分配按其2003 年、2004 年各月實測水管資料同比放大計算。各參證站及工程斷面安陵樞紐不同頻率率徑流年內分配見表4。

表4 南運河上游不同保證頻率天然徑流設計年內分配表

4 結論

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