黃前水庫現(xiàn)狀來水量分析

程家興

（山東省泰安市水文局，山東 泰安 271000）

水是人類賴以生存和發(fā)展的基本條件，是自然生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)發(fā)展不可替代的重要戰(zhàn)略資源，水是人及一切生物維系生命的最基本的物質(zhì)，隨著人口的急劇增長和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源的過度開采和消耗，已嚴(yán)重制約了流域水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，作為泰安主要水源地的黃前水庫，分析它的現(xiàn)狀來水量，對制定水資源宏觀決策及合理分配與調(diào)度具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

黃前水庫位于泰安市岱岳區(qū)北部黃前鎮(zhèn)，大汶河水系瀛汶河支流石汶河上，是泰安市區(qū)主要的供水水源。壩址位于東經(jīng)117°14′、北緯36°18′，總庫容8 248 萬m3，流域控制面積292 km2。自1966 年以來，黃前水庫流域先后建成小型水庫17 座，塘壩24 座，總庫容1 338萬m3，流域控制面積134.7 km2，占流域總面積的46%。

黃前水庫流域?qū)儆跍貛Т箨懶园霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，降雨洪水時(shí)空分布不均，多年平均降水量762.4 mm，實(shí)測統(tǒng)計(jì)最大年降水量1990 年為1 219.8 mm，最小年降水量1989 年為366.7 mm。極值比為3.33。黃前水庫以上流域最大徑流深為1994 年522.6 mm，最小年徑流深為1989 年2.2 mm，豐枯比達(dá)238。多年平均年最大入庫洪峰流量為400 m3/s，其中大于1 000 m3/s 的洪水4 次，實(shí)測年最大入庫洪峰流量為1964 年的1 850 m3/s，實(shí)測最小入庫洪峰流量為1989 年的11.9 m3/s。圖1 為黃前水庫上游流域圖。

圖1 黃前水庫上游流域圖

2 研究資料分析

2.1 資料來源

1962 年6 月，黃前水庫設(shè)立水文站，開展水文觀測，觀測項(xiàng)目有水位、流量、降水、蒸發(fā)、冰情、水溫、水質(zhì)和水文調(diào)查等水文項(xiàng)目。流域內(nèi)設(shè)有彭家峪、勤村、下港、西麻塔、黃前水庫站5 處雨量站，至2019 年有55 年的實(shí)測水文資料，本次選用1965—2019 年55 年連續(xù)系列資料，計(jì)算方法采用水量平衡法，數(shù)據(jù)來源權(quán)威、可靠性、連續(xù)性均滿足研究要求。分析不同保證率下的黃前水庫現(xiàn)狀來水量。

2.2 資料審查

2.2.1 可靠性分析

黃前水庫水文站是國家重點(diǎn)水文站，各項(xiàng)水文資料嚴(yán)格按照《水文測量規(guī)范》和《水文資料整編規(guī)范》進(jìn)行觀測記錄、整理匯編和刊印，水文數(shù)據(jù)精度高，其可靠性得到保證。

2.2.2 一致性分析

黃前水庫上游雨量站同屬于黃前水庫流域，為暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，通過水量平衡法統(tǒng)一換算到現(xiàn)狀年水庫現(xiàn)狀來水量。

2.2.3 代表性分析

本文通過對資料系列的周期性和豐枯變化規(guī)律揭示系列對總體的代表程度。

由于資料系列周期的不規(guī)則性，進(jìn)行周期分析就需要較長的實(shí)測系列，以能保證在該系列中包含一個完整的周期。文中采用差積曲線法對1965—2019 黃前水庫的來水量進(jìn)行周期分析。計(jì)算公式如下：

式中 Si——第i 年的差積值。

Si-1——第i-1 年的差積值；

Wi——第i 年的來水量；

W——來水量的均值；

黃前水庫來水量差積曲線見圖2。

圖2 黃前水庫水文站現(xiàn)狀來水量差積曲線

在差積曲線中，一個完整的上升段（豐水期）和一個完整的下降段（枯水期）為一個完整的周期。由黃前水庫現(xiàn)狀來水量差積曲線可以看出，下降段（枯水期）包括的時(shí)段：1966—1968 年、1979—1983 年和1987—1989 年；上升段（豐水期）包括的時(shí)段有：1992—1996年和2002—2005 年；而2005—2013 年為平穩(wěn)段。由此可得1965—1992 年共28 年為一個周期，本系列總長度55 年，約為兩個周期。同時(shí)，由差積曲線還可以看出，本資料系列時(shí)間跨度較長，豐枯變化較為頻繁，包含豐、平、枯水年份以及連豐、連枯年份。綜上所述，從周期性和豐枯變化規(guī)律可以看出本系列具有較好的代表性。

3 現(xiàn)狀來水量計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

黃前水庫現(xiàn)狀來水量采用水量平衡法計(jì)算。

對于黃前水庫上游未建水庫的年份，其現(xiàn)狀來水量的計(jì)算需要在實(shí)測來水量數(shù)據(jù)中加入水庫蒸發(fā)、滲漏損失，并扣除攔蓄利用水量，求得黃前水庫實(shí)際來水量系列，然后再統(tǒng)一換算為黃前水庫現(xiàn)狀來水量系列。計(jì)算公式為：

式中 W來——水庫現(xiàn)狀來水量；

W出——實(shí)測出庫水量；

ΔW——水庫蓄水變量；

W揚(yáng)——庫區(qū)揚(yáng)水站提取水量；

W蒸——水庫水面蒸發(fā)損失水量；

W滲——水庫滲漏損失水量；

W攔——水庫上游小型水庫未建年份應(yīng)扣除的攔蓄利用水量；

W灌回——上游水庫未建年份應(yīng)扣除攔蓄水量的灌溉回歸水量。

3.2 水庫不同保證率現(xiàn)狀來水量的計(jì)算

對1965—2019 年黃前水庫現(xiàn)狀來水量資料進(jìn)行頻率計(jì)算，計(jì)算成果見表1，經(jīng)適線分析，采用Cv=0.70，Cs=2 Cv繪制頻率適線圖，頻率適線見圖3。

表1 黃前水庫1965—2019 年現(xiàn)狀來水量頻率計(jì)算成果表

從頻率計(jì)算結(jié)果可以看出，多年平均年現(xiàn)狀來水量為6 163 萬m3，保證率95%的年現(xiàn)狀來水量為1 124 萬m3，最小的1989 年來水量776.4 萬m3，對應(yīng)的頻率值約為97.4%，次小的1992年來水量971.3 萬m3，對應(yīng)的頻率值約為96.1%，2002 年來水量1 264 萬m3，對應(yīng)的頻率值接近95.0%，對正常供水不利。

3.3 現(xiàn)狀來水的合理性分析

由黃前水庫年降水、年天然徑流深過程線（見圖4）可以看出，兩者的峰值基本對應(yīng)，表明年降水量與年天然徑流深的豐枯變化規(guī)律一致。從年降水量與年徑流深相關(guān)圖（見圖5）可以看出，關(guān)系點(diǎn)據(jù)分布成一帶狀，相關(guān)系數(shù)為0.90，兩者相關(guān)性較為密切。1989 年來水量為776.4 萬m3，由圖3 來水量頻率適線圖可以判斷，低于保證率95%的年現(xiàn)狀來水量，為特枯年份。對應(yīng)的1989 年降水量與天然徑流量均較小，加之上游攔蓄水量，導(dǎo)致1989 年來水量偏少。因此，經(jīng)頻率分析和與降水量系列對照，1989 年水庫來水量是合理的。

圖3 黃前水庫現(xiàn)狀年來水量頻率適線圖

圖4 黃前水庫年降水、年徑流深過程線

圖5 黃前水庫年降水、年徑流深相關(guān)圖

4 結(jié) 論

本文依據(jù)黃前水庫水文站1965—2019 年55 年的降雨洪水資料，采用水量平衡法推求黃前水庫現(xiàn)狀來水量，從以下幾個方面論證，此次計(jì)算成果是比較合理可靠的。

1）實(shí)測洪水資料系列共歷55年，超過設(shè)計(jì)規(guī)范要求的不低于30年的要求，并進(jìn)行了資料的可靠性、一致性和代表性分析，分析合理可靠。

2）資料系列中降水量與年徑流序列進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)系數(shù)較高，說明降水與水資源高度相關(guān)，黃前水庫現(xiàn)狀來水主要依靠降雨補(bǔ)給，充分利用雨洪資源有利于黃前水庫進(jìn)一步優(yōu)化配置，合理利用水資源。