衛河流域合河水文站暴雨徑流關系分析

趙文舉，郭衛寧，趙瓏迪

（1.河南省新鄉水文水資源勘測局，河南新鄉453002；2.黃河水利委員會水文局，河南鄭州450004）

衛河流域合河水文站暴雨徑流關系分析

趙文舉1，郭衛寧2，趙瓏迪1

（1.河南省新鄉水文水資源勘測局，河南新鄉453002；2.黃河水利委員會水文局，河南鄭州450004）

對衛河流域合河水文站1955年至今的21次洪水資料進行統計，計算了該流域的面雨量、前期影響雨量和徑流深，分析了影響該流域徑流關系的主要因素，探討了該區徑流系數變化的規律。

衛河流域；合河水文站；暴雨；徑流系數；產流能力；前期影響雨量；人類活動

1 流域概況

1.1 水系概況

衛河是中國海河水系南運河水系的主要支流，發源于山西省陵川縣奪火鎮，流經河南省的焦作市、新鄉市、安陽市、鶴壁市，河北省邯鄲市的大名縣，山東省聊城的冠縣，復入河北省館陶縣秤鉤灣，與漳河相會后，匯入南運河。衛河在新鄉市新鄉縣合河鄉至鶴壁市?？h王莊鄉河段分為兩支，一支為共產主義渠，另一支為衛河河道［1］。

1.2 水文站概況

合河（衛）水位站地處合河閘下游約300m處，河南省新鄉縣合河鄉后賈村，位于東經113°46′、北緯35°21′處。該站始建于1933年11月，后因戰亂停測。中華人民共和國成立后，恢復觀測?，F在由河南省新鄉水文水資源勘測局管理［2］。合河閘建閘前，監測的水量為全流域水量；合河閘建成后，監測的水量為合河閘分配的水量。需要說明的是，共產主義渠開挖之前，合河鎮至新鄉市區有一片低洼地，大水時分流滯蓄一部分洪水。合河（共）水文站位于合河閘下游約1200m的共產主義渠上，設立于1955年6月。共產主義渠開挖前，監測洼地分流的洪水；共產主義渠開挖后，監測共產主義渠水量。由于合河閘以下衛河和共產主義渠的水量受合河閘控制，合河（衛）水文站和合河（共）水文站監測的水量相加是衛河全河水量。本文將合河（衛）水文站與合河（共）水文站合稱合河水文站。

1.3 地形概況

合河水文站以上流域面積為4 061 km2（山區面積和平原面積約各占一半），包括太行山南麓，丹河流域以東的山西省陵川縣及焦作市區、修武縣、輝縣市、獲嘉縣等市縣。北部山區主要支流有新河、山門河、紙坊溝、峪河、石門河、黃水河、劉店干河和百泉河等河流，南部平原主要支流有蔣溝、大獅澇河和共產主義渠。

1.4 水利工程概況

自1958年以來，在合河水文站以上山區支流上先后建成了4座中型水庫、5座?。?）型水庫以及18座?。?）型水庫［3］。1971年，在衛河上建成群英水庫，控制流域面積為165 km2，總庫容為1 660萬m3，防洪庫容為700萬m3；1982年，在子房河上建成馬鞍石水庫，控制流域面積為90 km2，總庫容為1 057萬m3，防洪庫容為334萬m3；1988年，在石門河上建成石門水庫，控制流域面積為132km2，總庫容為2773萬m3，防洪庫容為203萬m3；1994年，在峪河上建成寶泉水庫，控制流域面積為538.4 km2，總庫容為6 750萬m3，防洪庫容為379.73萬m3。另外，長嶺、拍石頭等23座小型水庫總庫容合計2 066萬m3。

1.5 水文氣候概況

河南省衛河流域屬暖溫帶半濕潤半干旱季風氣候，全年四季分明。冬季寒冷少雨雪，春季干旱多風沙，夏季炎熱多雨，秋季風和氣爽。區內多年平均降水量在500～800mm之間，由南向北、由東向西遞減。受東南季風影響，該區年內降水量極不平均，降水主要集中在7～9月。

2 暴雨、徑流計算

本次研究采用1955年至今合河水文站21次洪水資料進行計算、分析。

2.1 面雨量和前期影響雨量的計算

2.1.1 區域平均降水量的分析計算

流域面平均降水量P可以通過對玄壇廟、焦作、寶泉、合河等共15個雨量站的數據進行加權平均而得，其計算式如公式（1）所示［4］。

各雨量站權重取值如表1所示。

2.1.2 前期影響雨量的計算

前期影響雨量Pa采用公式（2）對前30 d的雨量進行逐日計算。

式中：Pa為前期影響雨量，當Pa＞最大前期影響雨量時，取Pa＝Im；k為折減系數；t為距計算日的天數；Pt為前第t日的面平均日降水量。

6～9月份的k值分別為0.85、0.86、0.87、0.88。最大前期影響雨量采用1992年匯編方案的數據，合河水文站Im＝100mm。

表1 各雨量站權重表Tab.1 Rainfall station weight

2.2 徑流深R的推求及成果分析

按每天遞減約12m3／s將地下徑流過程概化為直線。將實測洪水流量過程線減去地下徑流過程線，得到地表徑流過程線。據此推算徑流深R［5］。合河水文站21次洪水徑流計算成果如表2所示。合河水文站不同年代的R／（P＋Pa）、R／P均值對比情況如表3所示。

表2 衛河合河站降水徑流成果表Tab.2 Hehe hydrological station rainfall runoff results of W eihe river

表3 合河水文站不同年代的R／（P＋Pa）、R／P均值對比表Tab.3 The average value com parison of R／（P＋Pa），R／P of different yearsof Hehehydrologicalstation

從表3可以看出，隨著時代的發展，合河水文站的R／（P＋Pa）、R／P均值有明顯的下降趨勢。這說明，水利工程和人類活動的影響使該區下墊面發生很大變化，致使本流域相同降水量形成的徑流量呈逐年下降的趨勢。

3 影響徑流的因素分析

3.1 前期影響雨量對徑流的影響

把表2中前期影響雨量Pa大于50mm和小于50 mm的降水場次分開進行對比發現，前期影響雨量Pa大于50mm的降水場次的徑流深均值為51.5mm，徑流系數R／P的均值為0.45；前期影響雨量Pa小于50 mm的降水場次的徑流深均值為26.1mm，徑流系數R／P的均值為0.18。這說明，前期影響雨量越大，越易形成徑流，即產流能力越強。如，1962年6月18日、1971年7月30日、1976年7月17日等幾場洪水，雖然發生很強的降水，但是徑流深和徑流系數都很小。其中一個主要原因就是，這些降水場次的前期雨量很少，降水多補給到地下，很難形成地表徑流。反觀1956年8月2日、1963年8月7日等幾場降雨，雖然降水量不是非常大，卻能形成較大的徑流。再比如1963年8月7日與1976年7月17日的兩場降水，后者降水量是前者的兩倍還多，而徑流深卻基本相當。造成這種結果的主要原因之一就是，后者前期影響雨量Pa較前者過小。綜上所述，前期影響雨量對徑流的影響非常顯著，是分析降水徑流關系的一個重要因素。

3.2 人類活動對徑流的影響

人類活動影響主要包括水利工程影響和下墊面變化影響。水利工程影響主要是通過攔蓄調節作用，改變原有的徑流方式；下墊面變化影響是由于土地利用方式的改變，打破了原來的產匯流條件。衛河流域降水量相對偏小，水資源缺乏，上游為了解決水資源短缺與社會經濟發展需水量增加的矛盾，大修水庫及橡膠壩等水利工程，從而導致下游產匯流條件更加惡劣。如1982年7月31日洪水，降水量為211mm，前期雨量為43.6mm，但形成的地表徑流僅31mm，就是受1982年建成的馬鞍石水庫攔蓄調節的直接影響；1988年8月1日洪水，降水量為139mm，前期雨量為22mm，僅形成地表徑流5mm，產流系數僅為0.04，是受1988年建成的石門水庫攔蓄調節的直接影響。隨著各種水利工程的興建以及人類活動造成下墊面變化的加劇，原有的產匯流條件正在不斷地發生改變。

3.3 徑流系數變化趨勢分析

根據合河水文站21場洪水計算成果，可以點繪出降水與徑流的相關圖（如圖1所示）和降水＋前期影響雨量與徑流相關圖（如圖2所示）。

從圖1和圖2可以看出，在降水量及前期影響雨量相同的情況下，越靠前的年份，越容易形成地表徑流，反之，越靠近近年，則越難形成地表徑流。也就是說，隨著時間的推移，該流域徑流系數及產流能力正在逐年減小。

圖1 合河水文站R～P關系圖Fig.1 Hehe hydrological station R～P relation s

圖2 合河水文站R~P+Pa關系圖Fig.2 Hehe hydrological station R～P＋Parelation s

4 結語

綜上所述，流域徑流的主要影響因素有前期影響雨量和人類活動。隨著時代的發展，人類活動對降水徑流的影響越發突出。隨著越來越多的水利工程的興建以及人類活動造成的下墊面變化的加劇，衛河流域的產匯流條件不斷變化，致使相同降水量形成的徑流量正在呈逐年下降的趨勢。也就是說，人類活動正在促使本流域的產流能力逐年下降。

這必將對流域的水資源綜合利用產生深遠的影響。

［1］百度百科.衛河［EB／OL］.［2015－11－05］.http：／／baike.baidu.com／link？url＝rcXWRnin IRiJ4KZm EqX 1LcIpKU nCfhqT56xuuTbiDW＿dQrnGlvzxrtvJI－JhM JG3XP9U－u6＿RsEOGfYLQgp7ka.

［2］岳利軍，趙彥增，韓潮，等.河南省水文站基本資料匯編［M］.鄭州：黃河水利出版社，2014：302－350.

［3］閆壽松，何長海，許凱，等.新鄉水文水資源統計與分析［M］.鄭州：黃河水利出版社，2015：121－160.

［4］張文華，郭生練.流域降雨徑流理論與方法［M］.武漢：湖北科學技術出版社，2008：178.

［5］林三益.水文預報［M］.北京：中國水利水電出版社，2003：206.

[責任編輯 楊明慶]

TV12

B

10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.004

2015-12-18

趙文舉（1982－），男，河南新鄉人，工程師，主要從事水文水資源分析工作。