碧流河流域水文特性分析

摘要:水文系列的延長和上游玉石水庫的修建，在一定程度上影響著本流域的水文特性。根據(jù)上述原因，本文從降水、蒸發(fā)、徑流、洪水、泥沙、水質(zhì)等方面，論述碧流河流域的水文特性，分析了各水文要素的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞:降水; 蒸發(fā); 徑流; 洪水; 泥沙; 水質(zhì); 碧流河流域

1、流域概況

碧流河發(fā)源于遼寧省營口蓋州市境內(nèi)的七盤山，流經(jīng)蓋州、莊河、普蘭店三市，于大連普蘭店市謝家屯附近流入黃海，河長156km，流域面積2814 Km2，流域位于遼東半島南部，東以大洋河、莊河為界，西鄰復(fù)州河，北靠大清河，南臨黃海。上游為低山區(qū)，中游為丘陵帶，下游河谷開闊平直，進(jìn)入半平原區(qū)，流域平均海拔高度在1000m以下。流域內(nèi)有大小支流近20條，控制面積超過100km2的支流有4條。

碧流河水庫位于碧流河干流上，工程始建于1975年，1983年水庫落閘蓄水;流域控制面積2085kmsup2;，占全流域面積的74.1%;水庫按五百年一遇洪水設(shè)計(jì)，萬年一遇洪水校核，最大庫容9.34億m3，設(shè)計(jì)年平均城市供水量為4.03億m3，是一座以城市供水為主，兼有防洪、發(fā)電、養(yǎng)魚、灌溉、旅游等綜合利用的大型水庫。由于工程設(shè)計(jì)需要，現(xiàn)已把下游小宋家屯站1980年前水文資料換算成水庫壩址資料，即水庫壩址處已有53年(1951~2003年)水文資料。

2、氣候特征

碧流河流域地處北溫帶濕潤氣候區(qū)，春季回暖迅速，風(fēng)多雨少，夏季多高溫高濕天氣，降雨多集中在夏季，秋季涼爽，冬季盛行西北風(fēng)，晴天多，降水少。流域多年平均氣溫為8.4~10.3 0C，年平均風(fēng)速12.5m/s，多年平均降水量746.6mm。夏季，流域內(nèi)經(jīng)常受華北氣旋、臺(tái)風(fēng)、冷鋒的影響，容易產(chǎn)生強(qiáng)度大、范圍廣的降水，且時(shí)間集中;冬季主要以降雪為主。

3、降水與蒸發(fā)特性

3.1 降水特性

3.1.1 年降水量

碧流河流域設(shè)計(jì)年平均降水量為780mm，實(shí)測多年平均降水量為746.4mm，兩者基本接近。降水量的年際變化很大，最大年降水量1964年1175.2mm，最小年降水量2002年423.3mm，最大年降水量是最小年降水量的2.8倍。降水的年內(nèi)分配極不均勻，降水主要集中在6~9月，尤其集中在7~8月;經(jīng)資料統(tǒng)計(jì)得出，7、8月降水量占年降水總量的54.1%，6~9月降水量占年降水總量的76.2%，12~2月降水量占年降水總量的3.2%。

3.1.2 降水特性

碧流河上游由于地理位置和地形條件，經(jīng)常受到各種天氣系統(tǒng)的影響，其主要類型有:華北氣旋雨，幾乎每年出現(xiàn)，特點(diǎn)是降水歷時(shí)短，雨強(qiáng)較大;臺(tái)風(fēng)雨，出現(xiàn)的次數(shù)比氣旋雨少，但一旦出現(xiàn)，雨強(qiáng)很大，范圍較廣，歷時(shí)較長;冷鋒(或冷渦)雨，出現(xiàn)次數(shù)多，但降水強(qiáng)度小，一般為中到大雨。通過對(duì)歷史資料分析發(fā)現(xiàn)，碧流河流域凡是發(fā)生強(qiáng)度較大的降雨，大多數(shù)是由臺(tái)風(fēng)雨造成，如1985年9號(hào)臺(tái)風(fēng)，流域壩上平均降水208.1mm，1994年15號(hào)臺(tái)風(fēng)，流域壩上平均降水179.5mm，1997年11號(hào)臺(tái)風(fēng)，流域壩上平均降水216.9mm;最大日降水量主要集中在7~8月。歷史資料中，最大12h降水量為156.3mm，最大24h降水量為206.0mm;最小12h降水量為45.5mm，最小24h降水量為46.2mm。流域降水歷時(shí)一般為1~2日，個(gè)別降水歷時(shí)也達(dá)到3日，且流域暴雨時(shí)間大多集中在18h以內(nèi)。

3.2 蒸發(fā)特性

碧流河流域的蒸發(fā)觀測采用∮20的蒸發(fā)皿和E601型蒸發(fā)器。每年5月1日~9月30日，蒸發(fā)觀測同時(shí)采用以上兩種蒸發(fā)器，其余時(shí)間均采用∮20的蒸發(fā)皿觀測。水面蒸發(fā)量的年內(nèi)分配主要受氣候變化影響，水面蒸發(fā)量最小值常發(fā)生在12~1月，而最大值常發(fā)生在5~6月。水庫原設(shè)計(jì)壩上水面蒸發(fā)量為1305.2mm，實(shí)測多平均蒸發(fā)量為1404.4mm，實(shí)測資料略大于設(shè)計(jì)值，分析原因應(yīng)與全球氣候變暖有關(guān)。

4、徑流特性

4.1 徑流

4.1.1 徑流的年際變化

由于地形地貌和水文氣象等影響，碧流河流域徑流量的年際變化很大，最大年徑流量為1964年的14.66億m3，最小年徑流量為2002年的1.09億m3，最大年徑流量是最小年徑流量的13.4倍。設(shè)計(jì)年平均徑流量為7.2億m3，而1951~2003年的多年平均徑流量為6.17億m3，兩者間相差近1億m3。

4.1.2 徑流的年內(nèi)分配

碧流河流域徑流量在年內(nèi)分配變化很大，最大洪水及徑流量多出現(xiàn)在7~8月。從53年資料分析得知，徑流的年內(nèi)分配極不均勻，徑流主要集中在6~9月(汛期)，尤其集中在7~8月;7、8月徑流量占年徑流量的70%，6~9月徑流量占年徑流量的84%，;這一階段的洪水大小將直接影響著枯水季節(jié)徑流量多少。對(duì)于場次洪水而言，徑流主要集中在降水后的第一天，其入庫徑流規(guī)律為:第一日60%左右，第二日15%左右，第三日10%左右，第四、五日為15%左右;因此，在洪量調(diào)度為主、洪峰調(diào)度為輔的水庫洪水預(yù)報(bào)調(diào)度作業(yè)當(dāng)中，第一日洪水的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和第一日徑流量的科學(xué)調(diào)度是安全度汛的保證。

5、洪水特性

碧流河流域的洪水均由暴雨形成。汛期洪水除受暴雨特性影響外，還受地理因素的綜合影響，導(dǎo)致各河段洪水特性不盡相同。由于暴雨急，洪水匯流時(shí)間短，往往形成峰高、量大的洪水;一次洪水過程一般為3~5日，洪峰出現(xiàn)在集中降水后的12~15h之間。經(jīng)分析，7~8月洪水發(fā)生頻率占全年的87%，且7~8月超過1000 m3/s的洪峰的頻率占整個(gè)1000m3/s以上洪峰樣本的93%。碧流河水庫建成后，流域遭遇2次接近50年一遇洪水，即1985年9號(hào)臺(tái)風(fēng)和1994年15號(hào)臺(tái)風(fēng)形成的洪峰流量各為5320m3/s和5750m3/s。通過對(duì)歷史資料分析計(jì)算，得出碧流河流域洪水的峰量關(guān)系簡化公式為:

QM ≈ a * 800 * W

QM--- 次洪水洪峰流量

a--- 徑流變化系數(shù)(W﹤1.5時(shí)，a取1.2;W在1.5~3.0時(shí)，a取2.0;W﹥3.0時(shí)，a取1.5)

W--- 以億立方米為單位的洪水總量

利用現(xiàn)有碧流河水庫小宋屯站洪水資料系列進(jìn)行洪峰、洪量的頻率計(jì)算，將1879年調(diào)查得出的7900m3/s洪峰按100年一遇歷史洪水考慮，計(jì)算洪峰按不連續(xù)系列采用繪線讀點(diǎn)補(bǔ)矩法、洪量按連續(xù)系列采用矩法進(jìn)行頻率計(jì)算，線型為皮爾遜Ⅲ型;通過試線，洪峰Cs采用3Cv，洪量Cs采用2.5Cv。計(jì)算得出，隨著資料系列的延長，洪峰、洪量系列的均值有所變化，洪峰系列的Cv值有增大的趨勢，洪量系列的Cv值與原設(shè)計(jì)一致。各頻率洪峰與原設(shè)計(jì)相比偏小一些，但相差不大;各頻率洪水洪量與原設(shè)計(jì)相比，減少近13.4%。

6、泥沙

碧流河流域現(xiàn)有2個(gè)泥沙觀測站:繭場站和嶺西站，其中繭場站多年平均含沙量為379g/m3，嶺西站多年平均含沙量為437g/ m3。碧流河水庫建成后，地方政府和水管單位特別重視流域的水土流失治理，通過涵養(yǎng)林、小型截沙工程建設(shè)等方式，有效的解決了泥沙淤積問題，同時(shí)改善了流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境。

7、 水質(zhì)與水污染現(xiàn)狀

碧流河水庫從1989年起，對(duì)水庫水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。庫區(qū)內(nèi)共設(shè)4個(gè)斷面，7條垂線和15個(gè)采樣點(diǎn)，實(shí)行長年監(jiān)測。水庫于6~9月(汛期)每月采樣2次，其余時(shí)間每月采樣1次，全年采樣15次。現(xiàn)有監(jiān)測項(xiàng)目40個(gè)，并已全部實(shí)現(xiàn)自行監(jiān)測。經(jīng)監(jiān)測得知，水庫內(nèi)水質(zhì)總硬度為50 ~90mg/L，PH值為6.5~8.5，總堿度為30~350mg/L。流域內(nèi)沒有城市和大的工礦企業(yè)，僅有幾家金礦，且都采取了相應(yīng)的排污治污措施。目前流域水質(zhì)狀況良好，水質(zhì)達(dá)到了國家飲用水I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。水庫水質(zhì)監(jiān)測水平和手段不斷提高，先后獲得國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)的質(zhì)量認(rèn)證證書和中華環(huán)保世紀(jì)行的高度評(píng)價(jià)，使大連市成為全國10大優(yōu)質(zhì)飲用水城市之一。

8、 結(jié)語

如上所述，隨著資料系列的延長，碧流河流域的水文特性發(fā)生了一定的變化，10年一周期的階段性多年平均降水逐漸遞減，各頻率洪水的峰和量也比原設(shè)計(jì)小了一些;目前，水庫進(jìn)一步加強(qiáng)了水土流失治理和生態(tài)環(huán)境建設(shè)等水源保護(hù)的力度。流域內(nèi)植被良好，河流含沙量小，水質(zhì)優(yōu)良，水土保持效果明顯。

作者簡介:

曲藝:男，遼寧大連人，工程師;單連君:男，遼寧大連人，工程師;王忠瑞:男，遼寧大連人，高級(jí)工程師 ;牟寶權(quán):男，遼寧大連人，高級(jí)工程師。