黑河莺落峡水文站历年年径流丰、平、枯划分分析
蔡树香，许爱军
(甘肃省张掖水文水资源勘测局 张掖 7340000)
摘要：统计分析黑河莺落峡水文站年径流丰、枯，一是为黑河中下游地区抗旱防汛提供水文情报、预报；二是为黑河水资源统一管理、合理调配、开发、利用及水资源保护积累和提供科学依据；其中该站历史水文资料是制定黑河水量调度方案的依据，实时水情数据又是评价调水情况的关键。本文对莺落峡站1945至2016年，共72年实测年径流采用不同保证率、距平百分率进行丰、枯分析，得出莺落峡站从21世纪初十年代为平水偏丰年，当代为特丰水年份，这是该流域水资源利用中得天独厚的有利条件。
关键词：径流；丰平枯；划分；莺落峡
1 测站概况
莺落峡水文站是黑河干流出山口控制站、是黑河干流上中游分界断面，属国家重要水文站、中央报汛站，1943年10月设立，地处甘肃省张掖市境内，位于东径100°11′，北纬38°48′，控制集水面积10009km2。2000年起，国务院对黑河流域实施综合治理，在黑河水量统一调度中，莺落峡水文站作为水量监测标志性断面，科学、公正、及时、准确地向各级部门提供水文监测数据，为黑河水顺利输入东西居延海，改善下游地区生态环境做出了应有的贡献。
2 年径流量特征
洪水均由冰川融水和降水形成，主要发生在主汛期6月下旬至8月下旬降水集中的季节，径流量年内分配极不均匀，断面控制流量均由上游西岔干流、东岔八宝河、区间入流组合而成。
多年平均径流量16.37亿立方米，实测最大、次大洪水“96·8”、“52·7”洪水峰型均为陡涨缓落复式型洪水，主要来源于上游黑河西岔。实测“89·7”洪水主要来源于上游东岔八宝河。河道Z～Q关系中低水受断面分流和冲淤变化影响，关系线呈多条临时曲线。涨冲落淤、涨淤落冲现象交替出现，高水Z～Q关系受洪水涨落影响和断面冲淤变化影响，涨水和落水各呈临时曲线，有时出现绳套曲线。含沙量主要集中在洪水期，流量、含沙量变化过程基本相应，较大以上量级洪水沙峰滞后于洪峰2小时左右，暴雨期基本断面以上有山洪发生，多年平均输沙量240万T。
2.1径流量年内变化
黑河上游来水属天然过程，来水量是由降水形成的地表径流、地下回归水量以及高海拔区的冰川融雪、融冰水量组成。黑河径流受补给条件的影响，年内分配极不均匀。统计黑河不同年代来水量年内分配成果见表1。
表1 莺落峡站不同年代径流年内分配比例表
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年 代 |
二十世纪 |
二十一世纪 |
1945～2016年 |
||||||
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五十 年代 |
六十 年代 |
七十 年代 |
八十 年代 |
九十 年代 |
初十 年代 |
当代 |
|||
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各时段占年总水量百分比(%) |
1月 |
1.9 |
2.2 |
2.1 |
2.2 |
2.2 |
2.1 |
1.7 |
2.1 |
|
2月 |
1.9 |
2.0 |
2.1 |
2.4 |
2.3 |
2.0 |
1.9 |
2.1 |
|
|
3月 |
2.6 |
2.6 |
2.6 |
2.7 |
2.9 |
3.0 |
2.6 |
2.7 |
|
|
4月 |
4.1 |
4.7 |
4.3 |
3.8 |
4.5 |
4.6 |
3.8 |
4.4 |
|
|
5月 |
6.3 |
9.6 |
6.3 |
7.7 |
7.1 |
6.7 |
5.7 |
7.2 |
|
|
6月 |
12.4 |
12.1 |
11.2 |
15.0 |
12.8 |
10.7 |
13.9 |
12.5 |
|
|
7月 |
23.3 |
23.0 |
20.4 |
22.0 |
22.4 |
18.5 |
21.0 |
21.6 |
|
|
8月 |
21.9 |
18.3 |
20.4 |
18.6 |
20.4 |
19.0 |
21.0 |
19.7 |
|
|
9月 |
13.0 |
12.8 |
16.6 |
12.8 |
12.6 |
16.6 |
14.0 |
14.0 |
|
|
10月 |
6.3 |
6.4 |
7.4 |
6.3 |
6.4 |
9.4 |
7.7 |
7.0 |
|
|
11月 |
3.6 |
3.7 |
4.0 |
3.8 |
3.8 |
4.7 |
4.2 |
3.9 |
|
|
12月 |
2.7 |
2.7 |
2.7 |
2.6 |
2.6 |
2.7 |
2.6 |
2.6 |
|
|
4～5月 |
10.4 |
14.3 |
10.6 |
11.5 |
11.6 |
11.3 |
9.5 |
11.6 |
|
|
6～9月 |
70.6 |
66.2 |
68.6 |
68.4 |
68.2 |
64.8 |
69.9 |
67.8 |
|
|
11～3月 |
12.7 |
13.2 |
13.5 |
13.7 |
13.8 |
14.5 |
13.0 |
13.4 |
|
|
年总水量(万m3) |
166144 |
149131 |
148470 |
174263 |
157247 |
178952 |
198767.0 |
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丰枯成度 |
平水 年代 |
平水 年代 |
平水 年代 |
平水 年代 |
平水 年代 |
偏丰 水年代 |
特丰水年代 |
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|
从表1中反映六十多年来，不论是丰水年代还是枯水年代，黑河来水量年内分配格局基本稳定。当年11月份到次年3月份，流域内气温低，降水稀少，且以降雪为主，不产生地表径流，也无融冰、融雪，径流主要由地下水补给，来水量占年总量的12.7～14.5%；4月以后气温升高,流域积雪融化和河网储冰解冻形成春汛,流量明显增大,4至5月径流量占年来水量的9.5～14.3%；夏秋两季是流域降水较多而且集中的时期,也是河流发生洪水的时期，其中还有部分高山地带冬春季固体降水的融水量及部分冰川融水量，6至9月来水量占年径流量的67.8%；10月流域内降水量减少,河流来水量逐渐回落,径流量占年来水量的7.0%。
年内最大月径流量一直稳定在七月份，但在二十一世纪初十年代，最大月径流滞后到了八月份，由此也说明黑河来水量年内分配格局发生了一定的变化。
2.2径流量年际变化
黑河来水属天然过程，来水量丰枯交替出现。黑河上游年径流量的年际变化相对稳定，其主要原因是祁连山冰川融雪补给对年径流的调节作用和祁连山水源涵养林的涵养水分补充，使径流的年际变化减小。径流年际变化的总体特征常用变差系数Cv或年极值比(最大、最小年流量的比值)来表示。Cv反映一个地区径流过程的相对变化程度，Cv值大表示径流的年际丰枯变化剧烈，对水资源的利用不利。莺落峡站多年平均径流量16.37亿m3， Cv值0.16，为我国和西北地区径流年际变化的低值区，说明黑河径流多年变化是相对稳定的。
点绘莺落峡站年平均流量过程线和不同年代多年平均流量过程线，如图1所示，年平均流量过程呈锯齿状高频振荡。
图1 落峡站年平均流量过程线和不同年代多年平均流量过程线
从图1中可以看出：从上世纪四十年代到至今，黑河来水量总体上呈逐年增加趋势，但各年代来水呈丰、枯交替出现，特别是2004到2017年来水量一直处于丰水状态，呈现较长时段丰水年组，这是该流域水资源利用中得天独厚的有利条件。
3年径流丰、平、枯划分
根据《水文基本术语和符号标准》（GB/T50095-98）中，将河川径流丰、平、枯划分为：特丰水年、偏丰水年、平水年、偏枯水年和特枯水年五大类别。特丰水年：河川径流量为历年最大值或接近最大值的年份；偏丰水年：河川径流量显著大于平均值的年份；平水年：河川径流量接近平均值的年份；偏枯水年：河川径流量显著小于平均值的年份；特枯水年：河川径流量为历年最小值或接近最小值的年份。
3.1划分方法
方法1：用保证率划分丰、平、枯水年
将莺落峡水文站1945～2016年共72年的系列径流量进行频率计算分析，多年平均径流量为16.37*108m3，丰水年P＝(25%)的年径流量为18.2*108m3、平水年P＝(50%)的年径流量为16.2*108m3、偏枯年P＝(75%)的年径流量为14.4*108m3、特枯年P＝(95%)的年径流量为12.1*108m3。
径流系列一般服从P_Ⅲ型概率分布，采用频率分析法确定统计参数和各频率设计值作为划分径流量丰平枯水年标准。用配线法求得经验点据拟合最好的频率曲线，求得莺落峡站径流频率分布参数见表2：
计算参数: 均值 =16.4 Cv =0.17 Cs =2.0Cv
采用参数: 均值 =16.4 Cv =0.16 Cs =2.5Cv
表2 莺落峡站不同频率年径流量（1945-2016）
|
保证率p(%) |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
25 |
50
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