板橋水庫(kù)流域降水量與徑流量特征分析

□李 琦(河南省駐馬店水文水資源勘測(cè)局)

板橋水庫(kù)流域降水量與徑流量特征分析

□李 琦(河南省駐馬店水文水資源勘測(cè)局)

文章根據(jù)板橋水庫(kù)流域1956-2014年降水量與徑流量的相關(guān)資料，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)法進(jìn)行分析計(jì)算，得出降水量的時(shí)空分配規(guī)律及頻率特征，徑流量的年內(nèi)、年際變化，以及降水量與徑流量的相關(guān)關(guān)系，并經(jīng)由圖表給出直觀表現(xiàn)，為水資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供幫助，從而促進(jìn)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。

板橋水庫(kù)；降水量；徑流量；相關(guān)關(guān)系

1 流域概況

板橋水庫(kù)位于淮河流域洪汝河水系汝河上游，是一座以防洪為主，兼具發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等綜合效益的大型水庫(kù)。水庫(kù)控制流域面積768 km2，中、上游為山區(qū)，下游多為平原，山區(qū)、丘陵占70%，平原占30%。流域呈扇形，地面高程從西至東逐漸降低，主要支流有賈樓河、曹莊河、象河等。

該流域是全國(guó)乃至世界聞名的暴雨多發(fā)區(qū)，震驚中外的“75·8”特大暴雨洪水就發(fā)生在這里。水庫(kù)以上流域呈扇形，源頭短，水流急，洪水陡漲陡落，洪峰滯時(shí)一般為2-4 h左右。流域系土石質(zhì)山丘區(qū)，部分有森林、灌木及雜草復(fù)蓋，水土流失較嚴(yán)重。天然徑流量的多年平均值為2.60億m3，1975年最大，達(dá)到9.27億m3；1992年最小，僅為0.29億m3。流域內(nèi)有火石山、霍莊兩座中型水庫(kù)，集水面積分別為62 km2、20.50 km2，庫(kù)容分別為0.17億m3、0.10億m3。

板橋水庫(kù)流域位于南暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，一般春季（3-5月）溫暖、夏季（6-8月）炎熱、秋季（9-11月）涼爽、冬季（12-次年2月）較冷，四季分明。受季風(fēng)氣候影響，降水量比較充沛，但隨時(shí)間空間變化較大，容易發(fā)生旱澇災(zāi)害。降水量多年平均值為910 mm左右，汛期（6-9月）占整年的60%以上。

2 降水量特征分析

2.1 年際變化

根據(jù)1956-2014年59 a雨量資料分析，降水量在年際間差異極大，但多在其多年平均值上下波動(dòng)，且具有隨機(jī)性。1984年為豐水年總降水量達(dá)到1 335 mm；1974年為平水年總降水量為896 mm；1966年為典型干旱年總降水量只有491 mm。

2.2 年內(nèi)變化

降水量在年內(nèi)的變化不像年際間變化那么隨機(jī)，但變化程度也是十分劇烈的。汛期（6-9月）期間降水量的多年平均值達(dá)到595 mm，約占全年的65%，極其容易發(fā)生大雨暴雨洪水。因?yàn)榧竞蜣D(zhuǎn)變，降水量隨之變化，流域內(nèi)冬季降水量占整年的6%；春季占20%；夏季占55%；秋季占19%，由此可得出降水量在年內(nèi)變化明顯，而且極不均勻。

進(jìn)一步對(duì)板橋水庫(kù)流域各月平均降水量進(jìn)行分析，可以得出其是呈正態(tài)分布的，7月份降水量最大，209.10 mm，所占比值為22.90%;12月份降水量最小，14.50 mm，所占比值僅為1.60%。

圖1 1956-2014年板橋水庫(kù)年降水量頻率曲線圖

2.3 頻率分析

選用1956-2014年59個(gè)連續(xù)年份的降水量作為一個(gè)序列，通過(guò)頻率計(jì)算分析，采用P-Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行擬合，利用Excel繪出年降水量頻率圖。由圖1可以得出1100 mm和700 mm是兩個(gè)臨界值，多于1100 mm的年份為豐水年，介于兩者之間的年份為平水年，少于700 mm的年份為枯水年。這59 a之中有12 a是豐水年，35 a是平水年，12 a是枯水年，分別選取2000年、1988年和2007年作為豐、枯和平水年的代表年份，其降水量分別為1263 mm、918 mm和569 mm。

3 徑流量特征分析

3.1 年際變化

通過(guò)對(duì)板橋水庫(kù)這59 a以來(lái)徑流量的各相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其多年平均值為2.60億m3，1975年最大，為9.27億m3; 1992年最小，為0.29億m3，極值比為32.10，比值較大說(shuō)明流域內(nèi)徑流量在年際間變化較劇烈。

板橋水庫(kù)流域徑流豐、平、枯水年是以《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》(SL250-2000)中的距平值（年徑流量與其多年均值之差除以多年均值的百分?jǐn)?shù)）為標(biāo)準(zhǔn)劃分的，距平＞10%為豐水年，-10%≤距平≤10%為平水年，距平＜-10%為枯水年。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，有22 a為豐水年，5 a為平水年，有32 a為枯水年。

3.2 年內(nèi)變化

板橋水庫(kù)一年中徑流量隨季節(jié)的變化而變化，夏季最大，冬季最小，而且在這兩個(gè)季節(jié)中變化比較平緩，春、秋兩個(gè)季節(jié)中變化相對(duì)比較明顯。各季節(jié)徑流量占整年百分比為：春季是13.45%，夏季是62.13%，秋季是19.82%，冬季是4.60%。聯(lián)系前面對(duì)降水量的分析，可以得出降水量對(duì)徑流量的年內(nèi)分配起到至關(guān)重要的作用，進(jìn)一步驗(yàn)證了產(chǎn)生徑流的主要條件是降水。

4 降水量與徑流量相關(guān)性分析

流域徑流的影響因素有很多，比如氣候、下墊面以及人類(lèi)活動(dòng)等，由于降水和徑流之間存在一定的因果關(guān)系，故降水量和徑流量的相關(guān)關(guān)系可以直接用相關(guān)系數(shù)r來(lái)表示，0.00≤|r—≤0.19為無(wú)線性相關(guān)，0.20≤|r—≤0.39為低度線性相關(guān)，當(dāng)0.40≤|r—≤0.69為顯著線性相關(guān)，0.70≤|r—≤0.89為高度線性相關(guān)，0.90≤|r—≤1.00為極高度線性相關(guān)。

4.1 年內(nèi)相關(guān)性分析

通過(guò)計(jì)算1956-2014年的降水量與徑流量各月多年平均值的相關(guān)系數(shù)|r—=0.97，認(rèn)為兩者是極高度線性相關(guān)。從歷年數(shù)據(jù)作圖分析，可以看出二者均呈正態(tài)分布，由此證明二者在年內(nèi)的分布都具有一定規(guī)律，且體現(xiàn)出極大的相似性。

4.2 年際相關(guān)性分析

計(jì)算1956-2014年的降水量與徑流量各年總值的相關(guān)系數(shù)|r—=0.92，認(rèn)為二者是極高度線性相關(guān)，計(jì)算二者汛期總值的相關(guān)系數(shù)|r—=0.94，也認(rèn)為是極高度線性相關(guān)。進(jìn)一步計(jì)算可知，20世紀(jì)90年代以后，年降水量與徑流量的相關(guān)系數(shù)逐漸減小，同時(shí)說(shuō)明兩者的線性相關(guān)程度在逐漸降低，而汛期降水量與徑流量的相關(guān)系數(shù)先減小后增大（見(jiàn)表1），r汛期的變化與r年并不完全一致。以上可證明上世紀(jì)以來(lái)徑流受降水的影響較之前有所削減。

5 結(jié)語(yǔ)

本文收集整理了板橋水庫(kù)流域1956-2014年降水量與徑流量的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終通過(guò)計(jì)算得出如下結(jié)論：

一是降水量在年際間變化呈波動(dòng)態(tài)勢(shì)，數(shù)值在其多年均值上下變化的年份居多，且無(wú)規(guī)律可循；降水量在年內(nèi)的分配具有一定的規(guī)律，但極為不均勻，汛期四個(gè)月的降水量占整年的七成之多。二是徑流量在年際間變化十分劇烈，59a中幾乎都是豐、枯水年，平水年極少；徑流量在年內(nèi)的分布規(guī)律與降水量極為相似。三是降水量與徑流量呈極高度線性相關(guān)關(guān)系，但二者的相關(guān)關(guān)系有逐漸減弱的趨勢(shì)，近些年來(lái)徑流受降水的影響較之前有所削弱，但受人類(lèi)活動(dòng)的影響相對(duì)逐年增加。

表1 1956-2014年年降水量與徑流量相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

對(duì)板橋水庫(kù)流域降水量與徑流量特征分析的研究，有利于水資源的合理開(kāi)發(fā)利用，進(jìn)而促進(jìn)流域社會(huì)的進(jìn)步與地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

（責(zé)任編輯：韋詩(shī)佳）

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2016-08-10