烏衣巷水文站小流域降水量與水位關(guān)系分析

馬振宇，于詢鵬

（青島市水文局，山東 青島 266071）

白沙河，發(fā)源于嶗山巨峰海拔千米的天乙泉，是青島地區(qū)海拔最高的河流，號稱“青島天河”。白沙河河流全長32 km，河床寬度上游約50～100 m，中游200 m左右，下游300 m左右，流域面積209 km2。烏衣巷水文站位于白沙河上游，其控制流域面積43.9 km2，河長13.7 km，干流坡降37.7‰，監(jiān)測項目主要有降水量、水位、流量、泥沙等，作為嶗山水庫的入庫控制站，其水情測報信息的快速準(zhǔn)確對于白沙河防洪減災(zāi)、嶗山水庫調(diào)度指揮起著至關(guān)重要的作用。

1 基本情況

烏衣巷水文站為嶗山水庫徑流控制站，屬于國家基本水文站，典型的小流域水文代表站。該站多年平均洪峰流量220 m3/s，歷史最大流量為1 100 m3/s，最高水位70.01 m，發(fā)生在2001年8月1日。流域上游建有四水、三水2座小（2）型水庫，總庫容分別為39.0萬m3、39.3萬m3。流域內(nèi)自上而下設(shè)有蔚竹庵、北九水、燕石、后汪澗、烏衣巷5處雨量站，其中北九水雨量站為常年雨量站，燕石、后汪澗為汛期站（每年6~9月進(jìn)行降水量觀測），蔚竹庵為中小河流雨量站點(diǎn)，各雨量站分布詳見圖1。

2 數(shù)據(jù)搜集計算

圖1 烏衣巷水文站流域圖

青島地處北溫帶季風(fēng)區(qū)域，屬溫帶季風(fēng)氣候，降水多集中在夏汛期（6~9月），本文分析選取各站經(jīng)過整編后的2018年6~9月的各雨量站降水量數(shù)據(jù)和烏衣巷水文站的實測水位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。計算烏衣巷水文站平均降水量，統(tǒng)計與降水量對應(yīng)的洪水水位，選取流域平均降水量超過10 mm的數(shù)據(jù)參入本次分析。

2.1 流域平均降水量

流域內(nèi)共設(shè)有蔚竹庵、北九水、燕石、后汪澗、烏衣巷5處雨量站，站點(diǎn)分布均勻，采用算術(shù)平均法計算流域日平均降水量，具有較高的計算精度，滿足分析需要。2018年汛期，根據(jù)降雨資料，統(tǒng)計各站日降水量，計算流域平均雨量，共選取了18次流域平均日降雨量大于10 mm的降雨過程。

2.2 日最高水位統(tǒng)計

根據(jù)水位觀測資料，對應(yīng)統(tǒng)計的流域平均日降水量，分別統(tǒng)計相應(yīng)日期的烏衣巷水文站監(jiān)測斷面最高水位，并計算水位漲幅，詳見表1。

表1 烏衣巷流域平均降水量與最高水位統(tǒng)計表

3 數(shù)據(jù)分析

烏衣巷水文站位于白沙河上游河段，流域面積43.9 km2，河長13.7 km，干流坡降37.7‰，屬于山溪性河流，洪水源短流急，陡漲陡落，具有歷時短、峰高量小的特點(diǎn)。因其流域面積小，干流坡降大的原因，降雨徑流系數(shù)比普通流域大得多，洪水場次也同比偏多，特別是進(jìn)入主汛期后，小型水利工程大部分蓄滿，土壤基本飽和后，降雨損失減少，徑流系數(shù)增大，有雨即產(chǎn)流的特點(diǎn)非常明顯，烏衣巷水文站測流斷面水位變化表現(xiàn)出“大雨大漲、小雨小漲”特點(diǎn)，與降雨量相關(guān)性非常突出。

本次分析，以日期為橫坐標(biāo)，水位和降雨量為縱坐標(biāo)，繪制了歷次降雨水位和降雨量過程線，詳見圖2。從圖2中可以看出，降雨量與水位有正相關(guān)關(guān)系，即降雨量越大水位越高，隨降雨增大水位增高更加明顯，符合流域產(chǎn)匯流規(guī)律。為分析其相關(guān)程度，應(yīng)用線性相關(guān)分析，分析流域平均日降水量和水位、漲幅之間的相關(guān)關(guān)系。通過計算，其相關(guān)系數(shù)分別為0.79和0.85，降水量與水位漲幅相關(guān)系數(shù)大于降水量與水位的相關(guān)系數(shù)，主要原因是水位漲幅某種程度上消除了前期降雨影響，詳見圖3。

圖2 烏衣巷流域平均降水量與最高水位關(guān)系圖

圖3 烏衣巷流域平均降水量與水位漲幅關(guān)系圖

4 結(jié)語

1）2018年數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析顯示，當(dāng)流域平均降水量小于20 mm時，對河道水位上漲影響較小，降水量與水位相關(guān)性較差；當(dāng)流域平均降水量大于30 mm時，降水量與水位相關(guān)性較為明顯，相關(guān)系數(shù)明顯增大。

2）流域平均降水量與水位漲幅相關(guān)性明顯好于降水量與水位的相關(guān)性。充分說明前期降雨和前期洪水對水位影響不可忽視。

3）流域平均降水量與水位的相關(guān)關(guān)系與流域特征、產(chǎn)匯流特性密切相關(guān)。研究流域的集水面積小、干流坡降大，其流域平均日降水量與日水位具有一定的相關(guān)關(guān)系，適用的前提條件是短歷時暴雨、單峰洪水。通過更長的系列資料和更多的數(shù)據(jù)分析，可進(jìn)一步研究其產(chǎn)匯流規(guī)律，為防汛測報、防汛搶險提供決策依據(jù)。