蚌埠閘上河段水文情勢及水位變化特征分析

王敬磊 趙 瑾 吳 漩

蚌埠閘上河段水文情勢及水位變化特征分析

王敬磊1趙 瑾2吳 漩1

一、引言

受全球氣候變化影響，淮河流域干旱災(zāi)害頻次增加、范圍擴(kuò)大、損失加重，給受旱區(qū)城鎮(zhèn)居民生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重影響?；春痈闪魇橇饔騼?nèi)地表水集中開發(fā)區(qū)，其中蚌埠閘上河段有淮南、蚌埠兩個重要城市，區(qū)間工業(yè)（煤礦和火力發(fā)電基地）及灌區(qū)用水較為集中，枯水期水資源矛盾突出，曾多次發(fā)生斷流。本文以降雨、蒸發(fā)、徑流和水位等實(shí)測水文資料為基礎(chǔ)，開展蚌埠閘上河段水文情勢及水位變化特征分析，以期為該河段特枯水期的抗旱應(yīng)急與調(diào)度管理提供技術(shù)支撐。

二、水文情勢演變分析

1.降水

研究河段水汽主要是來自西南印度洋孟加拉灣和西太平洋，隨西南和東南季風(fēng)輸入，同時也有部分來自黃海、東海方向。蚌埠閘以上區(qū)域也是雨量豐沛的南方和干旱少雨的北方的過渡地帶，降水量地區(qū)分布不均勻，多年平均（1960～2014年，下同）降水量917.3mm，淮河以南（1114mm）大于淮河以北（862mm）。

（1）年內(nèi)分布不均。區(qū)域降水量年內(nèi)分配具有汛期集中、季節(jié)分配不均和最大最小月相差懸殊等特點(diǎn)。多年平均以7月份降水最多，在140～270mm之間，占全年的15%～30%；最小月降水多出現(xiàn)在1月份，一般為5～40mm，占年降水的1%～3%；同站最大月降水是最小月的5～35倍，其倍數(shù)自南向北遞增。

（2）年際變化較大。區(qū)域降水的年際變化劇烈，年降水量變差系數(shù)CV值在0.2～0.25之間，自南向北增加。研究范圍內(nèi)不同站點(diǎn)實(shí)測最大年降水量與最小年降水量的比值一般在3.18～6.06之間，20%、50%、75%、97%年份降水量分別為1084.1mm、905.8mm、776.4mm、573.3mm。區(qū)域降水量的年際變化顯著，最大與最小年降水量的比值為2.73。研究區(qū)域最大年降水量為1464.5mm（2003年），最小年降水量為474.4mm（1978年）。研究范圍內(nèi)多年平均降水、蒸發(fā)量年內(nèi)分配及歷年降水量見圖1。

圖1 研究范圍內(nèi)多年平均降水、蒸發(fā)量年內(nèi)分配及歷年降水量圖

2.蒸發(fā)

區(qū)域多年平均水面蒸發(fā)量（E-601）為941.2mm，其地區(qū)分布趨勢是由西北向東南遞增。年內(nèi)分布很不均勻，連續(xù)最大4個月的蒸發(fā)量一般發(fā)生在5～8月，占年均蒸發(fā)量的50%；最大月蒸發(fā)量發(fā)生在7、8月，多年平均值為246mm，占年均蒸發(fā)量的26.4%；最小蒸發(fā)量發(fā)生在1、2月，占多年平均蒸發(fā)量的7.2%。

3.徑流

根據(jù)1956～2014年魯臺子、蒙城閘天然徑流量系列分析，研究范圍內(nèi)多年平均實(shí)測年徑流量213.09億m3。汛期多年平均徑流量為131.45億m3，占多年平均徑流量的61.8%。研究范圍內(nèi)地表徑流具有以下特點(diǎn)：

（1）年內(nèi)分配不均。由于流域的降水時空分布不均勻，導(dǎo)致分析范圍地表徑流的年內(nèi)分配不同，季節(jié)變化十分明顯，汛期來水量大，河道水位上漲，在特大洪水年，泛濫成災(zāi)；枯季水量較少，枯水年又極易形成旱災(zāi)；一年中，徑流分配以汛期（6～9月）最多，占全年的60%以上，冬季最少，不足10%；研究區(qū)多年平均徑流量年內(nèi)分配及歷年徑流量變化趨勢見圖2。

（2）年際變化劇烈。徑流的年際變化比降水量的年際變化更大，年徑流量最小值為38.02億m3（1966年），最大值為499.49億m3（2003年），年際豐枯極值比達(dá)13.1。年徑流量變差系數(shù)CV值在0.60左右。

三、水位變化特征

蚌埠閘在蚌埠（吳家渡）水文站上游9km處，兩岸有堤防，沙壤土河床，稍有沖淤，無水草生長，兩岸灘地種有農(nóng)作物，左岸堤頂高程25.93m，右岸堤頂高程25.63m。本文選擇蚌埠閘上站1960～2014年歷年實(shí)測水位數(shù)據(jù)進(jìn)行研究范圍內(nèi)水位特征分析。蚌埠閘上站位于蚌埠市西郊許莊淮河干流上，設(shè)立于1960年1月；該站實(shí)測最高水位22.50m（2003年7月6日），實(shí)測最低水位12.70m（1960年6月20日）；采用凍結(jié)基面，減0.132m為黃?；妗?/p>

圖2 研究區(qū)多年平均徑流量年內(nèi)分配及歷年徑流量變化趨勢圖

1.年際和年內(nèi)變化特征

取蚌埠閘上站歷年水位平均值、最高值、最低值、汛期和非汛期平均值，采用累積距平法進(jìn)行線性趨勢擬合處理。1960～2014年蚌埠閘上站歷年水位距平及各月水位變化趨勢如圖3所示，結(jié)果表明蚌埠閘上站水位整體呈上升趨勢，其中年平均、年最低、非汛期平均水位上升傾向率分別為0.33m/10a，0.34m/10a和0.38m/10a，水位上升趨勢非常明顯（相關(guān)系數(shù)R2分別為0.765、0.467、0.774，線性方程均通過0.001水平的顯著性檢驗(yàn)）；年最高和汛期水位受蚌埠閘調(diào)度運(yùn)行影響較大，水位上升趨勢并不明顯（相關(guān)系數(shù)R2分別為0.0029、0.3186，線性方程未通過0.01水平的顯著性檢驗(yàn)）。

圖3 蚌埠閘上站歷年水位距平及各月水位變化趨勢圖（1960～2014年）

根據(jù)蚌埠閘上站歷年逐日平均水位資料及年特征水位資料統(tǒng)計，可知：

（1）年平均水位：集中于15.0～19.0m之間，多年平均水位17.35m；二十世紀(jì)六七十年代，大部分年平均水位均低于17m；進(jìn)入八九十年代，平均水位抬高到17m以上，但總體低于18m；進(jìn)入21世紀(jì)后，平均水位徘徊在18m上下。

（2）年最高與最低水位：歷年最高水位22.40m（1991年7月14日），年最高平均水位為19.21m；蚌埠閘上有4次出現(xiàn)低于15.0m的水位，分別是1960年、1962年、1963年、1965年，年最低水位分別為 12.70m、14.84m、14.96m、14.68m。20世紀(jì)80年代以后年最低水位日趨平穩(wěn)；多年最大年內(nèi)變幅為6.78m，出現(xiàn)在1991年；多年最小年內(nèi)變幅為1.01m，出現(xiàn)在1993年。

（3）汛期和非汛期平均水位：20世紀(jì)60年代以來，汛期水位在16～19m之間振幅較大。2003年，汛期水位高于19m，為19.29m。2004年至今，汛期水位趨于平穩(wěn)，總體在18m上下振蕩；非汛期平均水位總體變化趨勢同年平均水位，并且有逐年抬高的趨勢。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，非汛期水位總體高于汛期水位，僅2008年至今，有連續(xù)6年非汛期水位較高。

（4）年內(nèi)各月水位：多年6～8月平均水位略高于其他月份（主汛期蚌埠閘的庫容逐漸被填滿），年最高水位在3月開始被抬高，7月往后逐月降低，年最高水位多年平均為19.21m，主要集中在4～10月；年最低水位多年平均為16.09m，主要集中在11～12月。各月份的年際變化幅度也很大，其中以6月份變化幅度最大（7.87m），其次為7月（7.72m）和8月（7.20m）；最小變化幅度為12月（3.01m），其次為11月（4.52m），呈現(xiàn)水位越高變幅越大的特征。

四、典型年水位變化特征

根據(jù)研究范圍內(nèi)魯臺子、蚌埠和蒙城閘水文站1960～2014年長系列降雨資料，通過頻率分析，得出蚌埠閘上河段不同頻率的降水量。以蚌埠閘上站位代表，選取2%（2003年）和5%（2007年）頻率降水年份為典型豐水年，95% （2001年）和97%（1966年）頻率降水年份為典型干旱年，分析蚌埠閘上典型年內(nèi)河段水位變化特征。蚌埠閘上站典型年降雨量和水位變化過程見圖4。

圖4 蚌埠閘上站典型年降雨量和水位變化過程圖

1.典型豐水年水位變化特征

由圖4可知，豐水年水位變化基本一致。受人工調(diào)控的影響，蚌埠閘上河段1～6月水位大部分保持在17～18m之間，7～8月為淮河主汛期，區(qū)間來水大量增加，庫容被迅速填滿，水位大幅度抬高。在人為干預(yù)條件下，使得汛后2003年水位僅在16.82m，而2007年水位則能保持在17.98m左右。隨著對蚌埠閘上河段調(diào)控能力的加強(qiáng)，豐水年主汛期最高水位將會逐漸受到約束，而相應(yīng)的非汛期蓄水位則將得到一定抬高，非汛期水位保證率也將有所提高。

2.典型干旱年水位變化特征

由圖4可知，蚌埠閘上站枯水年水位變化趨勢有一定差距，主要受降雨年內(nèi)分布不均的影響。2001年汛前降水量稀少，5～6月由于農(nóng)業(yè)灌溉引水，加之汛期降水量仍然較少，導(dǎo)致水位迅速降低，7月下旬出現(xiàn)年最低水位15.28m。而1966年雖為特大干旱年，但汛前降水較為豐沛，閘上蓄有一定庫容，因此即使汛期來水較少，通過調(diào)控仍能保證較高水位。

五、結(jié)語

蚌埠閘上河段降水量呈現(xiàn)地區(qū)分布不均勻，淮河以南大于淮河以北，年內(nèi)分配具有汛期集中，季節(jié)分配不均和最大最小月相差懸殊等特點(diǎn)；水面蒸發(fā)量在地區(qū)分布上呈現(xiàn)由西北向東南遞增趨勢，且年內(nèi)分布很不均勻；徑流呈現(xiàn)年內(nèi)分布不均，年際變化劇烈的特征。

通過對蚌埠閘上站歷年水位平均值、最高值、最低值、汛期和非汛期平均值分析可知水位變化特征呈現(xiàn)以下特征：年際水位變幅越來越小，最高水位控制在19m上下，最低水位呈逐年上升趨勢；年平均水位總體呈穩(wěn)中略升的格局；年內(nèi)非汛期平均水位較汛期上升幅度較大。

隨著蚌埠閘上河段水利工程進(jìn)一步規(guī)劃落實(shí)和人為調(diào)控能力的加強(qiáng)，同等來水量條件下，正常蓄水位、最高和最低水位均能得到一定控制。受蚌埠閘上河段地區(qū)的生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水量逐年增加并趨于平穩(wěn)的影響，蚌埠閘上河段的蓄水位在一段時期內(nèi)將進(jìn)一步抬高，最終在人工調(diào)控下趨于平穩(wěn)

（作者單位：1.安徽淮河水資源科技有限公司 233001 2.淮河水利委員會水文局（信息中心） 233001）