2020年度泰安市境內大汶河流域水文水資源分析

(泰安市水文中心，山東 泰安 271000)

泰安市位于山東省中部的泰山南麓，北依濟南，東連瓷都淄博，西瀕黃河，轄泰山、岱岳兩個市轄區，寧陽、東平兩個縣，代管新泰、肥城2個縣級市，面積7762km2。境內的泰山是國家重點風景名勝區，最高峰海拔1545m。

泰安市總體上屬于資源性缺水地區。因此開展水文水資源分析評價，確定泰安地區水資源的數量及時空分布規律，研究降水和徑流之間的平衡規律，分析水資源的演變情勢對泰安市水資源進行整體性的評價是非常有必要的，可為達到泰安市水資源可持續利用的目標提供充分的科學依據。

1 大汶河流域及水文站網概況

1.1 大汶河流域概況

大汶河水系發源于山東省萊蕪市鋼城區黃莊鎮臺子村，迂回西流，途經山東萊蕪鋼城區、萊蕪萊城區、泰安泰山區、泰安岱岳區及肥城市寧陽縣、汶上縣、東平縣，在東平縣馬口村注入東平湖，經陳山口和清河門出湖閘出東平湖，經小清河進入黃河。大汶河全長231km，總流域面積8944km2；貫穿泰安市境內139km。大汶河流域水系復雜，支流眾多，流域面積大于50km2以上的支流有43條，大汶河汶口壩以上為大汶河上游，是大汶河的主要集水區，分南北兩大支流。北支稱牟汶河，支流主要有瀛汶河、石汶河和泮汶河；南支為柴汶河，流域沿途有平陽河、光明河、羊流河、禹村河等河流匯入。汶口壩至戴村壩為大汶河中游，戴村壩以下至東平湖為大汶河下游，中下游主要有漕濁河和匯河匯入。

泰安市河流均為雨源型山溪性河流，分屬黃河、淮河兩大流域，北部以黃河流域大汶河水系為主，南部為淮河流域泗河、梁濟運河水系。

東平湖是全省第二大淡水湖，位于大汶河下游東平縣境內，上承汶河來水，南與運河相連，北有小清河與黃河相通，是黃河下游最大的滯洪區，既是東平北部山丘區河流的匯集區，又擔負著大清河滯洪蓄水任務。

1.2 水文站網概況

泰安市大汶河流域共設有8處國家水文站，肩負著大汶河流域泰安市境內水文水資源監測、預報、防汛抗旱等任務。干流依次設有北望(三)站、大汶口站、戴村壩(三)站。二級支流石汶河設有黃前水庫水文站；大汶河南支設有東周水庫水文站、光明水庫水文站、樓德水文站；康王河設有白樓水文站。大汶河流域基本站信息見表1。

表1 大汶河流域基本站信息

2 水文測驗情況

2.1 雨水情情況

2020年1—12月泰安市全市平均降水量為896.5mm，較2019年同期偏多71.7%，較歷年同期偏多28.9%。進入8月以來，受副高邊緣暖濕氣流影響，全市平均降水量424.9 mm， 8月份降水占年降水量的47.4%，比2019年同期偏多近1倍，比歷年同期偏多1.72倍。

2020年各區域年降水量：泰山區1064.4 mm，比歷年偏多1倍；新泰市1028.0mm、寧陽縣848.4mm，比歷年偏多2.1倍左右；東平縣776.6mm、岱岳區891.0mm、肥城市829.2mm，比歷年偏多1.4～1.9倍。2020年1—12月全市最大點雨量為新泰市盤車溝雨量站的1226.9 mm。

2.2 洪水測報情況

2020年泰安市發生4次連續較大洪水，均出現在8月。

2.2.1 水庫站測驗情況

光明水庫8月來水量4961萬m3。2020年8月13日，光明水庫72h入庫水量2040萬m3，在1964—2020年57年間的年最大72h洪量資料系列中排第三位，約為35年一遇。最大入庫流量為558m3/s。

東周水庫全年蓄水量為6290萬m3，其中8月5701萬m3。2020年8月13日，東周水庫72h入庫水量2040萬m3，在1964—2020年57年間的年最大72h洪量資料系列中排第三位，約為10年一遇。最大入庫流量為440m3/s。

黃前水庫全年蓄水量為4393萬m3，其中8月3489萬m3，最大入庫流量為173m3/s。

各水庫均出現溢洪放水的情況。

2.2.2 河道站測驗情況

大汶河流域8月強暴雨造成連續洪水，給水文測驗工作帶來挑戰。由表2中洪水測驗數據可知，北望(三)站年徑流量6.071億m3,8月入庫水量4.205億m3，占全年徑流量的69.3%；樓德站年徑流量4.180億m3,8月入庫水量3.027億m3，占全年徑流量的72.4%；大汶口站年徑流量11.14億m3,8月入庫水量8.919億m3，占全年徑流量的80%；戴村壩(三)站年徑流量11.32億m3,8月入庫水量8.504億m3，占全年徑流量的75.1%。各站流量過程線見圖1。

表2 2020年各河道站洪水總量、洪峰流量對照情況

3 降水量評價分析

3.1 采用P-Ⅲ型頻率曲線進行分析

在n項連序暴雨系列中，按大小排序的第m項暴雨的經驗頻率Pm采用數學期望公式計算：

(1)

采用矩法公式計算均值、均方差、變差系數，計算公式為

(2)

(3)

(4)

式中：Xi為實測第i項暴雨變量(i=1,2,…,n)。

采用式(1)～式(4)進行頻率計算，初估統計參數，采用P-Ⅲ型頻率曲線，取偏態系數進行適線，以理論頻率曲線與應驗點據擬合好為原則，確定統計參數計算成果。

山東省第三次水資源調查評價(以下簡稱三調)采用的降水量資料系列為1956—2016年及1980—2016年資料系列。本次評價將系列延長至2020年，采用P-Ⅲ型曲線進行排頻計算，P10%=908.0mm,P50%=684.2mm,P75%=582.9mm,P95%=455.5mm。2020年大汶河流域降水896.5mm,接近10年一遇；大汶河多年平均降雨量696.4mm，變差系數Cv=0.23。1956—2016年計算的多年平均降水量為695.3mm,與三調數據結果基本吻合。三調系列延長至2020年后不同頻率年降水量見表3。

圖1 2020年8月河道站上下游流量過程線

表3 不同頻率年降水量計算結果

3.2 采用均方差法對降水進行分析統計

豐、枯水年份降水量劃分的標準如下：

采用1956—2020年降水資料系列，并采用以上公式計算各年度的Xi，統計豐水年份24個，平水年份18個，枯水年份23個。2020年屬于豐水年份。

4 水資源量計算

4.1 單站徑流還原計算

本次還原計算根據水文站網布設情況，還原區間包括：黃前水庫站以上區間；東周水庫站以上區間；光明水庫站以上區間；黃前、陳北、崅峪—北望站區間；東周、光明—樓德區間；北望、樓德—大汶口區間；大汶口—戴村壩區間。

此次還原計算采用全面收集水文監測資料、典型調查、直報系統用水數據分析相結合的方法，按照評價要求逐月進行，分河系自上而下按測站控制斷面分段進行，然后逐級累計成全流域的還原水量。

本次還原計算方法采用分項調查分析法，其計算公式為

W天=W實測+W農業+W工業+W生活±W蓄±

W引±W分洪決口

(5)

式中：W天為天然徑流量；W實測為實測徑流量；W農業為農業灌溉耗水量；W工業為工業耗水量；W生活為居民生活耗水量；W蓄為水庫蓄水變量；W引為跨流域引水量；W分洪決口為河道分洪、決口水量。

根據還原后的徑流深乘以分區集水面積，得到分區年徑流量即地表水資源量。泰山區徑流深357.4mm，地表水資源量12044萬m3;岱岳區徑流深286.3mm，地表水資源量50102萬m3;寧陽縣徑流深147.1mm，地表水資源量16544萬m3;東平縣徑流深156.6mm，地表水資源量20978萬m3;新泰市徑流深330.0mm，地表水資源量63782萬m3;肥城市徑流深175.4mm，地表水資源量22400萬m3。

泰安市地表水資源量185850萬m3(徑流深239.4mm)，較2019年度增加174%，較多年平均增加71%。將三調數據延長至2020年，不同頻率年地表水資源量見表4。不同保證率地表水資源量頻率曲線見圖2。

表4 不同頻率年地表水資源量 單位：萬m3

圖2 不同保證率地表水資源量頻率曲線(1956—2020年)

1956—2016多年平均水資源量108429萬m3, 1956—2020年多年平均水資源量108642萬m3。與三調計算結果吻合。

4.2 年徑流量分級評價分析

根據水文年徑流量分級表，偏豐年的代表頻率為20%，平水年的代表頻率為50%，偏枯年的代表頻率為75%，枯水年的代表頻率為95%。1956—2020年資料系列長，代表性好，從而確定大汶河流域泰安市境內多年平均徑流量為108642萬m3。年徑流量大于163023萬m3為偏豐年，年徑流量91286～163023萬m3為平水年，年徑流量51947～91286萬m3為偏枯年，年徑流量18547～51947萬m3為枯水年。2020年徑流量185850萬m3，為偏豐年。

5 結 語

本次水文水資源分析采用大汶河流域國家水文站測量數據進行評價，所選站網具有較強的代表性，監測頻次及質量符合測驗整編規范要求。各站洪水歷時、洪峰出現時間符合流域洪水傳播規律，徑流量滿足上下游水量平衡要求。

三調降水量資料系列為1956—2016年及1980—2016年資料系列。本次評價將降水量系列資料延長至2020年，采用P-Ⅲ型曲線進行排頻計算，2020年大汶河流域降水896.5mm,接近10年一遇。大汶河多年平均降水量696.4mm。1956—2016年多年平均降水量695.3mm,與三調數據結果基本吻合。

2020年度泰安市地表水資源量18580萬m3，較2019年度增加174%，較多年平均增加71%。通過P-Ⅲ型曲線計算屬于豐水年份，保證率約為15年一遇。將三調數據延長， 1956—2016年多年平均水資源量108429萬m3,1956—2020年多年平均水資源量108642萬m3，與三調計算結果吻合。

開展水文水資源分析評價工作，分析當地的水資源承載能力，必須樹立水資源“以需定供、以水定產”的觀念，為建立和完善適水性產業結構提供支持，同時，水文水資源分析評價可為水利、路橋等各項工程防洪安全設計提供技術依據。