2020年度泰安市境內(nèi)大汶河流域水文水資源分析

(泰安市水文中心，山東 泰安 271000)

泰安市位于山東省中部的泰山南麓，北依濟(jì)南，東連瓷都淄博，西瀕黃河，轄泰山、岱岳兩個(gè)市轄區(qū)，寧陽、東平兩個(gè)縣，代管新泰、肥城2個(gè)縣級(jí)市，面積7762km2。境內(nèi)的泰山是國家重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)，最高峰海拔1545m。

泰安市總體上屬于資源性缺水地區(qū)。因此開展水文水資源分析評(píng)價(jià)，確定泰安地區(qū)水資源的數(shù)量及時(shí)空分布規(guī)律，研究降水和徑流之間的平衡規(guī)律，分析水資源的演變情勢(shì)對(duì)泰安市水資源進(jìn)行整體性的評(píng)價(jià)是非常有必要的，可為達(dá)到泰安市水資源可持續(xù)利用的目標(biāo)提供充分的科學(xué)依據(jù)。

1 大汶河流域及水文站網(wǎng)概況

1.1 大汶河流域概況

大汶河水系發(fā)源于山東省萊蕪市鋼城區(qū)黃莊鎮(zhèn)臺(tái)子村，迂回西流，途經(jīng)山東萊蕪鋼城區(qū)、萊蕪萊城區(qū)、泰安泰山區(qū)、泰安岱岳區(qū)及肥城市寧陽縣、汶上縣、東平縣，在東平縣馬口村注入東平湖，經(jīng)陳山口和清河門出湖閘出東平湖，經(jīng)小清河進(jìn)入黃河。大汶河全長231km，總流域面積8944km2；貫穿泰安市境內(nèi)139km。大汶河流域水系復(fù)雜，支流眾多，流域面積大于50km2以上的支流有43條，大汶河汶口壩以上為大汶河上游，是大汶河的主要集水區(qū)，分南北兩大支流。北支稱牟汶河，支流主要有瀛汶河、石汶河和泮汶河；南支為柴汶河，流域沿途有平陽河、光明河、羊流河、禹村河等河流匯入。汶口壩至戴村壩為大汶河中游，戴村壩以下至東平湖為大汶河下游，中下游主要有漕濁河和匯河匯入。

泰安市河流均為雨源型山溪性河流，分屬黃河、淮河兩大流域，北部以黃河流域大汶河水系為主，南部為淮河流域泗河、梁濟(jì)運(yùn)河水系。

東平湖是全省第二大淡水湖，位于大汶河下游東平縣境內(nèi)，上承汶河來水，南與運(yùn)河相連，北有小清河與黃河相通，是黃河下游最大的滯洪區(qū)，既是東平北部山丘區(qū)河流的匯集區(qū)，又擔(dān)負(fù)著大清河滯洪蓄水任務(wù)。

1.2 水文站網(wǎng)概況

泰安市大汶河流域共設(shè)有8處國家水文站，肩負(fù)著大汶河流域泰安市境內(nèi)水文水資源監(jiān)測、預(yù)報(bào)、防汛抗旱等任務(wù)。干流依次設(shè)有北望(三)站、大汶口站、戴村壩(三)站。二級(jí)支流石汶河設(shè)有黃前水庫水文站；大汶河南支設(shè)有東周水庫水文站、光明水庫水文站、樓德水文站；康王河設(shè)有白樓水文站。大汶河流域基本站信息見表1。

表1 大汶河流域基本站信息

2 水文測驗(yàn)情況

2.1 雨水情情況

2020年1—12月泰安市全市平均降水量為896.5mm，較2019年同期偏多71.7%，較歷年同期偏多28.9%。進(jìn)入8月以來，受副高邊緣暖濕氣流影響，全市平均降水量424.9 mm， 8月份降水占年降水量的47.4%，比2019年同期偏多近1倍，比歷年同期偏多1.72倍。

2020年各區(qū)域年降水量：泰山區(qū)1064.4 mm，比歷年偏多1倍；新泰市1028.0mm、寧陽縣848.4mm，比歷年偏多2.1倍左右；東平縣776.6mm、岱岳區(qū)891.0mm、肥城市829.2mm，比歷年偏多1.4～1.9倍。2020年1—12月全市最大點(diǎn)雨量為新泰市盤車溝雨量站的1226.9 mm。

2.2 洪水測報(bào)情況

2020年泰安市發(fā)生4次連續(xù)較大洪水，均出現(xiàn)在8月。

2.2.1 水庫站測驗(yàn)情況

光明水庫8月來水量4961萬m3。2020年8月13日，光明水庫72h入庫水量2040萬m3，在1964—2020年57年間的年最大72h洪量資料系列中排第三位，約為35年一遇。最大入庫流量為558m3/s。

東周水庫全年蓄水量為6290萬m3，其中8月5701萬m3。2020年8月13日，東周水庫72h入庫水量2040萬m3，在1964—2020年57年間的年最大72h洪量資料系列中排第三位，約為10年一遇。最大入庫流量為440m3/s。

黃前水庫全年蓄水量為4393萬m3，其中8月3489萬m3，最大入庫流量為173m3/s。

各水庫均出現(xiàn)溢洪放水的情況。

2.2.2 河道站測驗(yàn)情況

大汶河流域8月強(qiáng)暴雨造成連續(xù)洪水，給水文測驗(yàn)工作帶來挑戰(zhàn)。由表2中洪水測驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，北望(三)站年徑流量6.071億m3,8月入庫水量4.205億m3，占全年徑流量的69.3%；樓德站年徑流量4.180億m3,8月入庫水量3.027億m3，占全年徑流量的72.4%；大汶口站年徑流量11.14億m3,8月入庫水量8.919億m3，占全年徑流量的80%；戴村壩(三)站年徑流量11.32億m3,8月入庫水量8.504億m3，占全年徑流量的75.1%。各站流量過程線見圖1。

表2 2020年各河道站洪水總量、洪峰流量對(duì)照情況

3 降水量評(píng)價(jià)分析

3.1 采用P-Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行分析

在n項(xiàng)連序暴雨系列中，按大小排序的第m項(xiàng)暴雨的經(jīng)驗(yàn)頻率Pm采用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算：

(1)

采用矩法公式計(jì)算均值、均方差、變差系數(shù)，計(jì)算公式為

(2)

(3)

(4)

式中：Xi為實(shí)測第i項(xiàng)暴雨變量(i=1,2,…,n)。

采用式(1)～式(4)進(jìn)行頻率計(jì)算，初估統(tǒng)計(jì)參數(shù)，采用P-Ⅲ型頻率曲線，取偏態(tài)系數(shù)進(jìn)行適線，以理論頻率曲線與應(yīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合好為原則，確定統(tǒng)計(jì)參數(shù)計(jì)算成果。

山東省第三次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)(以下簡稱三調(diào))采用的降水量資料系列為1956—2016年及1980—2016年資料系列。本次評(píng)價(jià)將系列延長至2020年，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行排頻計(jì)算，P10%=908.0mm,P50%=684.2mm,P75%=582.9mm,P95%=455.5mm。2020年大汶河流域降水896.5mm,接近10年一遇；大汶河多年平均降雨量696.4mm，變差系數(shù)Cv=0.23。1956—2016年計(jì)算的多年平均降水量為695.3mm,與三調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)果基本吻合。三調(diào)系列延長至2020年后不同頻率年降水量見表3。

圖1 2020年8月河道站上下游流量過程線

表3 不同頻率年降水量計(jì)算結(jié)果

3.2 采用均方差法對(duì)降水進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)

豐、枯水年份降水量劃分的標(biāo)準(zhǔn)如下：

采用1956—2020年降水資料系列，并采用以上公式計(jì)算各年度的Xi，統(tǒng)計(jì)豐水年份24個(gè)，平水年份18個(gè)，枯水年份23個(gè)。2020年屬于豐水年份。

4 水資源量計(jì)算

4.1 單站徑流還原計(jì)算

本次還原計(jì)算根據(jù)水文站網(wǎng)布設(shè)情況，還原區(qū)間包括：黃前水庫站以上區(qū)間；東周水庫站以上區(qū)間；光明水庫站以上區(qū)間；黃前、陳北、崅峪—北望站區(qū)間；東周、光明—樓德區(qū)間；北望、樓德—大汶口區(qū)間；大汶口—戴村壩區(qū)間。

此次還原計(jì)算采用全面收集水文監(jiān)測資料、典型調(diào)查、直報(bào)系統(tǒng)用水?dāng)?shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，按照評(píng)價(jià)要求逐月進(jìn)行，分河系自上而下按測站控制斷面分段進(jìn)行，然后逐級(jí)累計(jì)成全流域的還原水量。

本次還原計(jì)算方法采用分項(xiàng)調(diào)查分析法，其計(jì)算公式為

W天=W實(shí)測+W農(nóng)業(yè)+W工業(yè)+W生活±W蓄±

W引±W分洪決口

(5)

式中：W天為天然徑流量；W實(shí)測為實(shí)測徑流量；W農(nóng)業(yè)為農(nóng)業(yè)灌溉耗水量；W工業(yè)為工業(yè)耗水量；W生活為居民生活耗水量；W蓄為水庫蓄水變量；W引為跨流域引水量；W分洪決口為河道分洪、決口水量。

根據(jù)還原后的徑流深乘以分區(qū)集水面積，得到分區(qū)年徑流量即地表水資源量。泰山區(qū)徑流深357.4mm，地表水資源量12044萬m3;岱岳區(qū)徑流深286.3mm，地表水資源量50102萬m3;寧陽縣徑流深147.1mm，地表水資源量16544萬m3;東平縣徑流深156.6mm，地表水資源量20978萬m3;新泰市徑流深330.0mm，地表水資源量63782萬m3;肥城市徑流深175.4mm，地表水資源量22400萬m3。

泰安市地表水資源量185850萬m3(徑流深239.4mm)，較2019年度增加174%，較多年平均增加71%。將三調(diào)數(shù)據(jù)延長至2020年，不同頻率年地表水資源量見表4。不同保證率地表水資源量頻率曲線見圖2。

表4 不同頻率年地表水資源量 單位：萬m3

圖2 不同保證率地表水資源量頻率曲線(1956—2020年)

1956—2016多年平均水資源量108429萬m3, 1956—2020年多年平均水資源量108642萬m3。與三調(diào)計(jì)算結(jié)果吻合。

4.2 年徑流量分級(jí)評(píng)價(jià)分析

根據(jù)水文年徑流量分級(jí)表，偏豐年的代表頻率為20%，平水年的代表頻率為50%，偏枯年的代表頻率為75%，枯水年的代表頻率為95%。1956—2020年資料系列長，代表性好，從而確定大汶河流域泰安市境內(nèi)多年平均徑流量為108642萬m3。年徑流量大于163023萬m3為偏豐年，年徑流量91286～163023萬m3為平水年，年徑流量51947～91286萬m3為偏枯年，年徑流量18547～51947萬m3為枯水年。2020年徑流量185850萬m3，為偏豐年。

5 結(jié) 語

本次水文水資源分析采用大汶河流域國家水文站測量數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，所選站網(wǎng)具有較強(qiáng)的代表性，監(jiān)測頻次及質(zhì)量符合測驗(yàn)整編規(guī)范要求。各站洪水歷時(shí)、洪峰出現(xiàn)時(shí)間符合流域洪水傳播規(guī)律，徑流量滿足上下游水量平衡要求。

三調(diào)降水量資料系列為1956—2016年及1980—2016年資料系列。本次評(píng)價(jià)將降水量系列資料延長至2020年，采用P-Ⅲ型曲線進(jìn)行排頻計(jì)算，2020年大汶河流域降水896.5mm,接近10年一遇。大汶河多年平均降水量696.4mm。1956—2016年多年平均降水量695.3mm,與三調(diào)數(shù)據(jù)結(jié)果基本吻合。

2020年度泰安市地表水資源量18580萬m3，較2019年度增加174%，較多年平均增加71%。通過P-Ⅲ型曲線計(jì)算屬于豐水年份，保證率約為15年一遇。將三調(diào)數(shù)據(jù)延長， 1956—2016年多年平均水資源量108429萬m3,1956—2020年多年平均水資源量108642萬m3，與三調(diào)計(jì)算結(jié)果吻合。

開展水文水資源分析評(píng)價(jià)工作，分析當(dāng)?shù)氐乃Y源承載能力，必須樹立水資源“以需定供、以水定產(chǎn)”的觀念，為建立和完善適水性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提供支持，同時(shí)，水文水資源分析評(píng)價(jià)可為水利、路橋等各項(xiàng)工程防洪安全設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。