嘉陵江干流甘肃段径流量水文比拟法指数分析_冯国强.pdf

DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2022.10.002收稿日期：2022-09-01作者简介：冯国强（1975-），男，甘肃成县人，工程师，主要从事水文测验、水文计算和水文报汛，E-mail：。嘉陵江干流甘肃段径流量水文比拟法指数分析冯国强1，吴彦昭2（1.甘肃省陇南水文站，甘肃 成县 742500；2.甘肃省水文站，甘肃 兰州 730000）摘要：根据嘉陵江干流甘肃段内4处水文站1956-2016年径流数据，采用水文线性回归法、模比系数差积曲线等传统水文分析方法，分析了流域径流演变规律，并在此基础上分系列、分年内时段对水文比拟法指数进行了分析。结果表明：4处水文站年径流量多年变化均呈减少趋势，主要突变均在1993年左右，次要突变在1968年，突变较明显；径流量年内分布不均匀，月平均流量最大值均集中在9月，汛期径流量占比73%81%，非汛期径流量占比19%27%；1956-1993年年径流量的水文比拟法指数为1.031.11，1994-2016年年径流量的水文比拟法指数为1.041.14，随着求解断面集水面积的增大采用的指数呈减小趋势，时间尺度越大则降水影响相关性越强、指数值越准确可靠。关键词：水文比拟法；径流量；嘉陵江；多年变化；年内分布中图分类号：P333.1文献标志码：A文章编号：2095-0144（2022）10-0005-05在水文分析计算过程中，常常会遇到区域内无水文监测资料的情况，一般采用水文比拟法对该区域进行水文分析。使用水文比拟法的前提条件是分析计算区域同有水文监测站点的区域在同一个气候区，属于上下游区或者下垫面条件相似区。各个区域的水文比拟法指数呈现不同的特点，通过对区域水文比拟指数分析计算，可直接将其作为相关分析计算的参数。水文比拟法可以应用在径流量推算1和洪水推算2中。对嘉陵江干流甘肃段无资料区域的径流量推算，需要进行水文比拟法指数分析3，该区域相关研究较少，该分析结果可用于嘉陵江干流甘肃段无资料区径流量的推算。1分析方法1.1研究区概况嘉陵江流域甘肃省境内的主要支流有红崖河、两当河、永宁河、洛河、长丰河、西汉水、燕子河、安洛河和广坪河。研究区的嘉陵江干流甘肃段主要是在永宁河、两当河、红崖河和小峪河范围，从中选择气候和下垫面条件变化较近的区域。研究主要涉及甘肃省两当县、徽县和成县，该区域地处秦岭山脉的西延部分，位于大陆腹地中纬度地带，海拔在9002 500 m之间，属于北亚热带湿润气候区向暖温带过渡带，为典型的大陆性季风气候，冬季盛行西北风，寒冷干燥，夏季盛行东南风，温暖多雨。多年平均气温1013，无霜期200多天，多年平均降水量756 mm，降水主要集中6-9月，7月最多。研究区水系和水文站分布如图1所示。1.2数据来源及方法（1）数据来源区域内有茨坝、谈家庄、永宁镇、徽县4处水文站，具体分布见图1，站点详细信息见表1。其中茨坝水文站、谈家庄水文站分布在干流，永宁镇水文站分布在较大的支流永宁河上，徽县水文站为中小图1嘉陵江干流水系及水文站分布图水系水文站流域界省界图例河洛甘肃省河罗家徽县永宁河永宁镇河河两当河河谈家庄四川省陕西省N红崖小峪江嘉陵茨坝旺峪第 58 卷 第 10 期2022 年 10 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.58，No.10Oct.，2022 5河流试验站，分布在罗家河上。分析采用 1956-2016年4处水文站逐月和年径流量的监测数据，该数据在实测资料基础上做了插补延长。水文资料均来源于第三次水资源调查评价收集整理成果，数据来源可靠。（2）研究方法水文比拟法是将参证流域的水文资料移置到设计流域的一种方法。在一些水利工程规划设计和区域水资源调查评价中，常遇到中小河流缺乏实测径流资料的情况，或虽有少部分年份监测资料,但无法展延。一般常用间接的水文比拟法推求区域径流量，计算公式为：Q断=（F断F参）nQ参（1）n=log（F断F参）Q断Q参（2）式中：Q断计算断面径流量（亿m3或万m3）；F断计算断面以上集水面积（km2）；Q参参证断面径流量（亿m3或万m3）；F参参证断面以上集水面积（km2）；n经验性指数，一般由分析计算得出，大部分没有条件进行分析计算的，利用以往报告进行估算确定。径流量水文比拟指数即指n值，需确定区域内n值特征，包括分年径流量、最大月径流量、汛期（5-10月）径流量、非汛期（1-4月和11-12月）径流量的n值特点，并分析出n值的变化范围。2结果与分析2.1年径流量多年变化情况（1）各站年径流演变特征4处水文站年径流量特征分析统计结果见表2。统计结果显示：茨坝、谈家庄、永宁镇、徽县4处水文站1956-2016年多年平均径流量分别为5.292亿m3、13.048亿m3、4.137亿m3和0.143亿m3，年际变化Cv值在0.520.75间，极值比在7.2886.67间。从数据来看，干流的平均径流量相对稳定，支流的稳定性较差，特别是中小河流区域。（2）各站年径流多年变化情况绘制茨坝、谈家庄、永宁镇、徽县 4 处水文站1956-2016年径流量多年变化趋势线（图2）。从图2中可以看出4处水文站年际变化基本一致，其线性回归方程系数均为负值，说明年径流量多年变化均呈减少趋势4-6。（3）各站年径流突变年份确定采用模比系数差积曲线法，对各站年径流量的突变年份进行确定。模比系数差积曲线法即用每年年径流量同多年平均值作比，并对比值进行差积，再用分析结果绘图（图3）。从图3中可以看出，4处水文站的模比系数差积曲线图大体变化一致，主要突变年份均在1993年左右7-8，次要突变年份在1968年。1956-1968年主要表现为丰水年，1968-1974 年为枯水年，1974-1980 年为平水年，1980-1986 年为丰水年，1980-1993 年为平水年，1993-2009 年为枯水年，2009-2013 年为丰水年，2013-2016年为枯水年，其中相关节点为小的突变年份。2.2径流量年内分布情况统计分析了茨坝、谈家庄、永宁镇、徽县4处水文站的平均径流量，将特征值统计列入表3，并绘制了平均流量年内分布图（图4）。结果显示：4处水文站月平均流量最大值均集中在9月，占比为18%20%；月平均流量最小值除了徽县水文站外，均集中在2月，占比为2%3%。汛期径流量占比为73%表1站点信息统计序号1234站名茨坝谈家庄永宁镇徽县东经/（）106.41106.20106.18106.06北纬/（）33.8533.7033.8333.78集水面积/km22 7526 6942 071108建站年份1980197519591985站名茨坝谈家庄永宁镇徽县平均值/亿m35.29213.0484.1370.143Cv值0.530.530.520.75极值极大值/亿m314.12835.0059.2720.492年份1981198119641990极小值/亿m31.1383.4691.2740.006年份2002201620162016极值比12.4110.097.2886.67表2各水文站年径流量特征值统计2022年第10期甘肃水利水电技术第58卷 6模比系数10.08.06.04.02.00.0-2.01956196619761986199620062016年份模比系数1956196619761986199620062016年份8.06.04.02.00.0-2.0模比系数19561966197619861996200620168.06.04.02.00.010.08.06.04.02.00.0模比系数1956196619761986199620062016年份年份（a）茨坝（b）谈家庄年径流量/亿m316.012.08.04.00.0y=-0.082 3x+168.660 01956196619761986199620062016年份1956196619761986199620062016年份40.030.020.010.00.0年径流量/亿m3y=-0.175 8x+362.260 01956196619761986199620062016年份1956196619761986199620062016年份10.08.06.04.02.00.0年径流量/亿m3y=-0.038 3x+80.235 0y=-0.001 9x+3.956 70.60.50.40.30.20.10.0年径流量/亿m3（c）永宁镇（d）徽县图2各站年径流量多年变化趋势图图3各站年径流量模比系数差积曲线图（a）茨坝（b）谈家庄（c）永宁镇（d）徽县第10期冯国强，等：嘉陵江干流甘肃段径流量水文比拟法指数分析第58卷 781%，非汛期径流量占比为19%27%。由此可知，4处水文站的径流年内分配不均匀。2.3水文比拟法指数分析根据上述分析，将数据系列按照1956-1993年、1994-2016年分成2个系列，年内按照最大月份、汛期、非汛期、全年分成4种情况，分别对水文比拟法指数进行分析确定。各水文站的集水面积比见表4。按照2个系列和年内4种情况，将径流量统计列入表5。从表5中可以看出，1956-1993年的径流量基本是1994-2016年的2倍，说明前后变化较大。利用表4、表5中的数据，采用式（2）对水文比拟指数进行求解，将特殊不合理的值进行处理或者直接舍去。根据不同水文站对应的面积，确定的水文比拟法指数结果见表6，并根据不同的集水面积绘制了相关关系图（图5）。1956-1993年年径流量的水文比拟法指数在1.031.11，1994-2016年年径流量的水文比拟法指数在1.041.14，求解断面集水面积越小时，指数值应选大值。其他年内时段基本同全年一致。通过上述分析计算得出的水文比拟法指数，随着求解断面集水面积增大，采用的指数呈减小趋势。从图 5（a）、图 5（c）可以看出随着面积增加，指数不断接近一个常值，适线较好，说明时间尺度越大，降水影响相关越强（汛期降水量大），指数值越准确可靠；从图 5（b）、图 5（d）可以看出随着面积增加，指数减小，相关点适线较差，说明时间尺度越小，降水影响相关性越弱（最大月虽然降水表3各站流量年内特征值统计站名茨坝谈家庄永宁镇徽县最大月流量/（m3/s）0.9932.3270.7900.023月份9999最小月流量/（m3/s）0.0990.2100.0910.003月份2224汛期流量/（m3/s）4.00410.5723.2460.085非汛期流量/（m3/s）1.2882.4710.9740.032年平均流量/（m3/s）5.29213.0434.2200.117图4各水文站流量年内分布图茨坝谈家庄永宁镇徽县100806040200流量/（m3/s）123456789101112月份表4各站集水面积比分析站名茨坝谈家庄永宁镇徽县集水面积/km22 7526 6942 071108面积比茨坝1.002.430.750.04谈家庄0.411.000.310.02永宁镇1.333.231.000.05徽县25.4861.9819.181.00年内全年最大月汛期非汛期系列1956-1993年1994-2016年1956-1993年1994-2016年1956-1993年1994-2016年1956-1993年1994-2016年茨坝6.5023.2931.2150.6554.9222.4491.5800.844谈家庄15.6458.7572.7061.09112.6446.7253.0012.032永宁镇4.7893.0580.7240.4343.6842.2801.1050.778徽县0.1760.0870.0350.0170.1250.0630.0510.024表5各站不同情况、不同系列下径流量统计亿m3表6水文比拟法指数分析结果年内全年最大月汛期非汛期系列1956-1993年1994-2016年1956-1993年1994-2016年1956-1993年