張家山旱警流量確定技術報告

張曉玲

中圖分類號： TV112+.1文獻標識碼： A

1河流及站網(wǎng)概況

涇河為渭河一級支流，發(fā)源于寧夏回族自治區(qū)六盤山東麓的涇源縣老龍?zhí)?，由西北向東南流經(jīng)甘肅省平?jīng)觥艽瓣兾魇￠L武、彬縣、禮泉、涇陽，于高陵縣陳家灘注入渭河。涇河流域地處北緯30°25′—37°30′，東經(jīng)106°15′—109°05′之間，流域面積45421km2，全河長455.1km。其中陜西境內流域面積9236km2，河長275.3km。涇河流域地處長城以南鄂爾多斯地臺西南前沿板塊，從第四季以來覆蓋了很厚的風城黃土，形成黃土高原。臺地以上升為主的新構造運動加劇了水流的侵蝕切割，致使溝壑縱橫，殘塬與丘陵溝壑相互交積，支離破碎。

涇河流域屬暖溫帶半濕潤區(qū)和暖溫帶半干旱半濕潤區(qū)兩個奇虎去的交會處。冬季氣候寒冷而干燥；春季氣溫回升快，但不穩(wěn)定，降水較少，春末夏初局部地區(qū)時有冰雹；夏季氣候炎熱，降水年際變化較大，多集中在6—9月。年最高氣溫40℃，年最低氣溫-10℃。

張家山水文站設立于1932年，位于陜西省涇陽縣王橋鎮(zhèn)岳家坡村趙家溝，北緯36°36′40＂，東經(jīng)108°34′32＂，是涇河干流把口站，國家重要水文站。集水面積43216 km2，距河口里程58km。測驗項目為水位、流量、泥沙等。承擔著為國家防總、黃委會、省、市、縣防辦、涇惠渠等十多個單位的水情報汛與服務，設站目的主要是收集涇河流域主要水文特征，掌握河道水量、泥沙變化規(guī)律，為開發(fā)利用涇河水資源、河道管理、水情服務、防汛減災、水庫運行等提供科學依據(jù)與服務。自設站以來為國家經(jīng)濟建設發(fā)揮了重要作用。張家山水文站水系站網(wǎng)見圖1。

水文特征值：實測最高水位437.00m（1933.8.8），實測最大流量7670m3/s（1966.7.27），實測最小流量0.78 m3/s（2010），建站以來最大流量9200 m3/s（1933.8.8），實測最大流速5.47m/s（1966.7.27），實測最大水深4.56 m（1973.8.25），實測最大含沙量1430kg/m3（1958.7.11），多年平均流量37.66 m3/s，多年平均徑流量11.886億 m3。變差系數(shù)為0.58，年際變化較大。

涇河張家山站年徑流量主要集中在汛期7～10月，多年平均徑流量達到11.886億m3，汛期7～10月份徑流量總量為8.352億m3，占多年平均徑流量的70.27%；非汛期徑流量3.534億m3，占年徑流總量的29.73%，反映了徑流年內分配不勻的特點，其年內分配見表1。

表1張家山水文站多年平均徑流量及年內分配統(tǒng)計表單位：億m3

年平均 非汛期 汛期 各月徑流量及其年內分配

（7～10）

11.886 3.534 8.352 1月 2月 3月 4月 5月 6月

0.107 0.219 0.437 0.424 0.790 0.615

0.90% 1.84% 3.68% 3.57% 6.64% 5.17%

100.00% 29.73% 70.27% 7月 8月 9月 10月 11月 12月

2.093 2.711 2.130 1.418 0.759 0.183

17.61% 22.81% 17.92% 11.93% 6.38% 1.54%

圖1 張家山水系站網(wǎng)圖

2旱警流量確定的依據(jù)和原則

2.1旱警流量確定依據(jù)

（1）《國家防辦旱限水位(流量)確定辦法》國家防汛抗旱指揮部辦公室，辦旱【2011】32號；

（2）《陜西省抗御干旱災害應急預案》陜西省防汛抗旱總指揮部，2005年；

（3）陜西省主要江河（水庫）旱限流量（水位）確定任務及技術要求；

（4）《黃河水量調度條例》中華人民共和國國務院令第472號，2006年8月1日；

（5）《陜西省渭河水量調度辦法》陜西省人民政府令第130號，2008年3月1日。

2.2旱警流量確定原則

以提升抗旱保障能力和預警監(jiān)測水平為目的，重點突出干流，兼顧部分支流的原則開展旱警流量確定。

張家山水文站水文斷面旱警流量確定原則：

（1）依據(jù)用水類型及方式，選擇城鄉(xiāng)供水、企業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉及環(huán)境生態(tài)等用水需求作為主要分析因子，結合河道特點，確定流量作為主要旱警指標。

（2）旱警流量采用城鄉(xiāng)供水、企業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉、環(huán)境生態(tài)等分析因子的用水總量進行換算確定。

3河道實測來水量和現(xiàn)狀用水量調查

按照陜西省防汛抗旱總指揮部的總體部署，旱警流量確定工作由省防辦統(tǒng)一安排協(xié)調，水文部門具體負責實施，市縣防辦和有關工程管理單位參與并協(xié)助工作調查。

3.1水文站實測徑流過程

張家山水文站1964至2012年實測年最大徑流量38.89億m3，出現(xiàn)在1964年；實測年最小徑流量3.218億m3，出現(xiàn)在1972年；多年平均徑流量11.886億m3。

3.2分類用水現(xiàn)狀調查

（1）水文站以下區(qū)間河段取水工程：張家山水文站至桃園水文站區(qū)間有高莊抽水站，據(jù)了解抽水站用水少，資料無法獲取，故不考慮其用水。

（2）區(qū)間河段取水量：城鎮(zhèn)生活生產(chǎn)和企業(yè)生產(chǎn)用水不從河道直接取水，取水量按零處理。農(nóng)業(yè)灌溉用水為高莊抽水站取水，由于取用水量少，取水量按零處理。

4旱警流量確定

旱警流量指標是指在維持河流生態(tài)系統(tǒng)運轉基本流量的基礎上，綜合考慮斷面下游區(qū)間生產(chǎn)、生活用水要求而確定的斷面下泄流量。該指標作為正常年份的斷面流量控制要求，遇特枯年份，按照水量調度指標管理，并及時啟動應急預案。

在確定旱警流量控制斷面時，根據(jù)斷面所在流域面積情況，斷面所在流域地市經(jīng)濟社會發(fā)展狀況及斷面所在流域水資源開發(fā)利用情況，既考慮斷面上游的用水情況，又考慮斷面下游的用水需求；同時既考慮斷面現(xiàn)狀的用水需求，又考慮斷面未來的用水需求。

4.1徑流量資料“三性”分析

（1）一致性、可靠性分析

本次研究工作采用涇河張家山水文站1964～2012年共計49年的河道逐月平均流量資料進行徑流分析。涇河張家山水文站至桃園水文站之間流域內無大、中型水利工程或其它水保措施，徑流資料亦可直接采用，無需作還原計算。涇河張家山水文站1964～2012年共計49年的徑流系列資料齊全，不存在插補延長的問題。

張家山水文站1964～2012年共計49年的河道水文資料系實測資料整編成果，基本資料可靠。該站49年樣本對總體而言，為容量有限的樣本，在做徑流分析計算時需對徑流系列的穩(wěn)定性和代表性進行分析，以下從長短系列統(tǒng)計參數(shù)的穩(wěn)定性及徑流的豐枯變化兩方面來對徑流系列進行分析。

（2）徑流系列代表性分析

a徑流系列穩(wěn)定性分析

年徑流量的多年平均值、變差系數(shù)Cv等統(tǒng)計參數(shù)是隨著徑流系列年數(shù)的加長而逐漸趨于穩(wěn)定的，逐年累計計算年徑流量系列的均值、變差系數(shù)Cv，并建立它們的年際變化過程可以很好地反映這種特性。

正逆序分別逐年累計計算涇河張家山水文站年徑流系列的均值、變差系數(shù)Cv，并點繪其隨年際變化的過程線圖,如圖2、圖3所示。從圖2、圖3中可以看出，隨著徑流系列的增加，系列均值和變差系數(shù)Cv均是趨于穩(wěn)定的。在圖2中，從2000年以后，即當徑流系列長度超過37年時，年徑流累積均值逐漸趨于平穩(wěn)，并不斷地向系列均值靠近，說明1964～2012年系列的均值基本能夠代表總體的均值，系列長度可以滿足要求。在圖3中，與年徑流累積均值變化趨勢相近，從2008年以后，變差系數(shù)Cv穩(wěn)定在0.58。

圖2張家山站年徑流逐年累積均值年際變化圖

圖3張家山站年徑流逐年累積變差系數(shù)年際變化圖

b徑流的豐枯變化分析

采用年徑流過程線差積曲線，對涇河張家山水文站1964～2012年共計49年徑流系列的豐枯變化進行分析。差積曲線是分析一個流域內徑流豐枯變化的常用方法，它是歷年徑流量與多年均值之差占均值百分數(shù)的累積隨時間變化的過程。

涇河張家山水文站年徑流過程線和正逆時序差積曲線分別見圖4和圖5。由圖4可以看出，1966～1970年、1975～1978年為兩個連續(xù)的豐水段；1971～1974年、1979～1996年為豐枯交替出現(xiàn)的年份；1997～2002年、2004～2012年為枯水年。在49年徑流系列中包括豐、平、枯三部分，系列具有較好的代表性。

圖4張家山站年徑流量過程線圖

圖5 張家山站年徑流量差積曲線過程圖

此外由圖5也可以看出，徑流差積曲線從1964～2012年大致可以分為5個階段，即1966～1970年、1975～1978，差積曲線為上升期，表示該時期年徑流量偏離均值的趨勢為上升期，也就是豐水段；1971～1974年、1979～1996年，差積曲線為上下交錯期，表示該時期年徑流量在均值附近上下波動，也就是豐、平、枯交替出現(xiàn)；1997～2002年5年間，2004～2012年9年間，差積曲線為下降期，表示該時期年徑流量偏離均值的趨勢為下降期，也就是枯水段。

通過上述分析可以說明在1964～2012年共計49年的徑流系列中包含有豐水期、平水期和枯水期，豐、平、枯水年相間出現(xiàn)，豐枯水年份大致相等，作為徑流總體的隨機樣本能反映出涇河徑流的總體分布規(guī)律，說明該系列具有較好的代表性。

4.2設計年徑流分析計算

（1）徑流系列的確定：采用設計代表年法進行設計年徑流計算。

（2）設計年徑流的計算：根據(jù)張家山水文站的1964～2012年逐年年徑流量資料，利用P—Ⅲ型曲線試線法計算得各個參數(shù)為：均值Ex=12.119億m3,Cv=0.63，Cv/Cs=2.614,計算的75%設計頻率年徑流量為6.545億m3和95%設計頻率的徑流量3.721億m3。頻率曲線圖見圖6。

（3）徑流年內月分配：以設計代表年最不利組合的月分配，做為設計年月分配，選取75%設計頻率代表年為2012年，95%設計頻率代表年為2009年，各月來水量成果見表2、表3。

表2張家山站P=75%設計枯水年年內分配計算表

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年徑流

代表年 0.174 0.070 0.659 0.314 0.822 0.262 1.085 0.991 1.493 0.528 0.116 0.053 6.566

設計年 0.174 0.069 0.657 0.313 0.820 0.261 1.081 0.988 1.488 0.526 0.116 0.053 6.545

表3張家山站P=95%設計枯水年年內分配計算表

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年徑流

代表年 0.032 0.038 0.093 0.050 0.260 0.073 0.501 1.722 0.290 0.120 0.151 0.105 3.436

設計年 0.035 0.041 0.101 0.054 0.282 0.079 0.542 1.865 0.314 0.130 0.163 0.114 3.721

圖6張家山站年徑流量頻率曲線圖

4.3需水量分析

（1）下游區(qū)間河段調查用水量分析：張家山站至桃園站區(qū)間有高莊抽水站，由于取水量少，取水量按零處理。

（2）需水量預測：城鎮(zhèn)生活用水不直接從河道取水，故不予考慮；農(nóng)業(yè)用水由張家山水文站斷面以上涇惠渠供水，下游由高莊抽水站供水，取水量少，故農(nóng)業(yè)用水量不考慮。

（3）河道生態(tài)流量：采用實測系列水文資料大體上反映了斷面上游現(xiàn)狀開發(fā)利用情況下的用水水平，所以基本上依此預留河道生態(tài)流量。河道生態(tài)流量由兩種方法確定。

1．選取斷面多年平均流量的10%～20%作為生態(tài)需水量。

2．取逐年最小月平均流量的90%保證率流量。

方法1：選取斷面多年平均流量10%～20%作為生態(tài)需水量。

涇河張家山站斷面多年平均流量（1964—2012年）為37.66m3/s，按10%—20%計算，生態(tài)流量在3.77—7.53m3/s之間。北方河流一般取小值10%，所以此種方法計算得生態(tài)流量為3.77m3/s。

方法2：取逐年最小月平均流量的90%保證率流量。

采用張家山站1964—2012年的月年實測資料系列，在逐年的月年流量資料系列中，挑選最小的月平均流量，得到實測最小月平均流量系列，組成頻率分析計算樣本，采用頻率計算程序，進行頻率分析計算，適線時既要考慮點群趨勢，同時還要考慮照顧到曲線中下部點群的分布趨勢。在相同的倍比條件下，頻率適線后的變差系數(shù)Cv值一般要比計算的Cv值大。計算成果見表4，頻率曲線見圖7。

表4 張家山站最小月平均流量頻率計算成果表

多年平均流量

（m3/s） Cv Cv/Cs 不同頻率P（％）月最小流量（m3/s）

P=50 P=75 P=90 P=95

30.66 0.76 4.81 1.71 1.5 1.481 1.479

方法2計算出的90%的張家山生態(tài)流量為1.48m3/s。

圖7張家山站最小月平均流量頻率曲線

4.4旱警流量確定

依據(jù)不同保證率計算的徑流過程，進行供需平衡分析。按照預測分析，張家山水文站居民生活需水，灌溉需水不予以計算，因此，張家山站的旱警流量即為河道的生態(tài)流量值。生態(tài)流量兩種方法算出來的值差異較大，方法三計算結果與《陜西省渭河水量調度實施細則》公布張家山旱警流量（1.5m3/s）接近，最終確定張家山水文站旱警流量為1.55m3/s。

5合理性分析

統(tǒng)計1964至2012年49年各年月平均流量中最小月平均流量出現(xiàn)的月份的頻次，統(tǒng)計結果見表5，由表可知，最小流量主要出現(xiàn)在1月和12月，出現(xiàn)頻率分別為49%和44.9%。

表5 張家山站最小月平均流量出現(xiàn)月份頻次分析表

月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

出現(xiàn)次數(shù) 24 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 22

頻率% 49.0 0 0 4.1 0 0 0 0 0 0 2.0 44.9

分析1964—2012年49年各月流量，其中小于旱警流量的月份及流量值見表6。

表6 張家山站小于旱警流量月年次數(shù)統(tǒng)計表

年份 2011 2010 2009 2008 2002 2000 1999 1998 1997 1996 1974 1970 1966

月均流量 0.786 0.827 1.21 1.26 1.44 1.54 1.46 1.43 1.55 1.37 1.51 1.54 1.54

月份 1 12 1 12 1 1 12 12 1 1 1 1 1

經(jīng)涇河張家山站歷史實測資料分析，從1993年后較旱，除1996年、2003年，其余年份徑流量均低于多年平均年徑流量，連續(xù)干旱，與旱警流量分析一致。根據(jù)建國陜西后旱災情況統(tǒng)計，1966年為冬春夏輕度旱，1970、1974年關中冬春夏中度干旱， 1997年為典型干旱年，1995—1999為連續(xù)干旱年，2002為干旱年，與旱警流量分析一致。因此確定該成果合理。