(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002)

山西之長在于煤，山西之短在于水。眾所周知，山西省水資源嚴(yán)重短缺，全省人均水資源占有量僅為381m3，水資源短缺問題一直制約著山西省國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高。另外，受氣候影響，降水分布極不均勻，山西省還是山洪災(zāi)害頻發(fā)的省份之一，旱情經(jīng)常發(fā)生。因此，科學(xué)合理地分析汾河水庫入庫洪水規(guī)律，挖掘洪水資源利用潛力，提高洪水資源利用率，是緩解當(dāng)?shù)厮Y源供需矛盾的重要途徑之一。

1 研究區(qū)概況

汾河是黃河第二大支流，也是山西的母親河。山西省最大的水庫——汾河水庫，位于汾河上游段中部、距河源123km的婁煩縣下石家莊村，水庫距省會太原市83km。汾河水庫于1958年7月開始興建，于1961年開始蓄水投入運行，是山西省內(nèi)的一座大(2)型多年調(diào)節(jié)水利樞紐工程，水庫庫區(qū)總面積約32km2，設(shè)計總庫容約為7.22億m3。水庫的主要目標(biāo)是防洪、灌溉及城市與工業(yè)供水，同時兼顧發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖等綜合效益。汾河水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)為：設(shè)計洪水為百年一遇，校核洪水為兩千年一遇[1]。

汾河水庫控制流域面積為5268km2，汾河水庫的主要水源是上游干流以及支流嵐河、澗河。河岔、上靜游和婁煩3個水文站分別位于汾河的干、支流，各水文站控制流域面積及所占面積比例見表1[2]。

表1 河岔、上靜游和婁煩水文站控制流域面積比例

由表1可看到，汾河水庫壩址以上的河岔、上靜游和婁煩3個水文站累計流域面積占水庫控制流域面積的94%，因此，本文采用河岔、上靜游和婁煩水文站1995—2016年逐年洪水資料疊加后洪水過程作為汾河水庫入庫洪水資料，在此基礎(chǔ)上分析汾河水庫入庫洪水規(guī)律。

2 汾河水庫入庫洪水規(guī)律分析

2.1 多年月平均徑流量年內(nèi)分配統(tǒng)計

根據(jù)3個水文站的洪水資料統(tǒng)計分析，汾河水庫年內(nèi)來水量分配很不均勻。其中，8月、9月是歷年來水最多的月份；一年內(nèi)一般7—9月為豐水期，逐月平均流量均大于13.5m3/s，來水量占全年來水量的一半以上；7—10月的來水量占全年的66%。3月、11月雖然沒有洪水發(fā)生，但徑流量均超過6月，月平均流量較大。6月平均徑流量僅為0.1483億m3，但卻有發(fā)生大洪水的可能，是年內(nèi)月內(nèi)徑流分布最不均勻的時期。汾河水庫來水特點為“枯中有豐、豐中有枯”，年內(nèi)分布很不均，變化比較劇烈。天然來水的這種特點給水庫的徑流調(diào)節(jié)帶來了一定程度的困難。圖1～圖4分別為河岔、上靜游、婁煩以及汾河水庫多年年徑流年內(nèi)分配過程。

圖1 河岔站多年平均月徑流年內(nèi)分配情況

圖2 上靜游站多年平均月徑流年內(nèi)分配情況

圖3 婁煩站多年平均月徑流年內(nèi)分配情況

圖4 汾河水庫多年平均月徑流年內(nèi)分配情況

2.2 汾河水庫洪水月分布規(guī)律

研究中，根據(jù)汾河水庫入庫洪水的特征及水庫實際情況，選定當(dāng)河岔、上靜游和婁煩3個水文站疊加的時段洪峰流量超過50m3/s時，即記為一場洪水過程。最終統(tǒng)計得到汾河水庫1995—2016年22年間，共有53場洪水過程(本文中連峰、多峰洪水皆按一場洪水考慮)。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果可知，汾河水庫每年的非汛期為當(dāng)年10月到次年5月，汛期為6—9月，7月、8月為主汛期。

表2為汾河水庫22年間入庫洪水按月分布情況，圖5為汾河水庫22年間年內(nèi)洪水次數(shù)分布曲線。

圖5 汾河水庫年內(nèi)洪水次數(shù)統(tǒng)計及其分布曲線

月份月洪水發(fā)生次數(shù)百分比/%100 200 300 400 500 6917 72241 81936 924 1012 1100 1200

2.3 汾河水庫入庫洪水年內(nèi)次數(shù)統(tǒng)計

眾所周知，河流水情的變化在一年中有3個階段：非汛期、汛期和非汛期。本文將主汛期前一段時間稱為增強期，主汛期后的一段時間稱為汛情衰減期[3]。根據(jù)汾河水庫特點，多年平均增強期約在6月30日之前，衰減期在9月1日之后。表3～表5為汾河水庫入庫洪水年內(nèi)分布次數(shù)統(tǒng)計及其概率分布情況。

表3 汾河水庫1995—2016年統(tǒng)計洪峰次數(shù)及其概率分布

表4 汾河水庫1995—2016年入庫洪水次數(shù)統(tǒng)計及洪水年內(nèi)分布

表5 汾河水庫年內(nèi)可能洪水次數(shù)、極可能洪水次數(shù)概率計算

經(jīng)統(tǒng)計汾河水庫22年53場洪水情況，入庫洪水的洪峰流量均值為205m3/s。表3中第2行第2列顯示汾河水庫入庫洪水在22年內(nèi)，有5年每年發(fā)生了1次洪峰流量大于50m3/s的洪水；同理，表中第3行第3列顯示有2年每年發(fā)生了2次洪峰流量大于100m3/s的洪水；其余以此類推。

由表5可知，汾河水庫入庫洪水洪峰流量大于50m3/s的，年極可能發(fā)生1～4次，其計算概率達到0.813；洪峰流量大于300m3/s的，年極可能發(fā)生0～1次，其計算概率達到0.925；年主汛期極可能發(fā)生0～3次洪水，計算概率為0.881。

2.4 汾河水庫徑流年型與年洪水次數(shù)

一般而言，水文年型分為豐水年、平水年和枯水年。豐水年來水量相對較大，發(fā)生洪水次數(shù)較多；枯水年來水量相對較小，發(fā)生洪水的次數(shù)較少。由于河岔站、婁煩站和上靜游站徑流系列均不到30年，為保證徑流年型劃分有代表性，一般要求年徑流量系列長度不少于30年。本研究選用位于河岔站上游的靜樂站作為研究對象，以靜樂站徑流系列資料作為汾河水庫徑流年型劃分為豐、平、枯水年的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)靜樂站1956—2016年實測年徑流資料，平均年徑流量為2.241億m3，最大年徑流量發(fā)生在1967年，為8.191億m3，最枯年徑流量發(fā)生在2001年，為0.6300億m3；年徑流的豐枯比達13倍之多。靜樂站豐、平、枯水年劃分情況見表6。

表6 靜樂站豐、平、枯年型劃分

根據(jù)表6的靜樂站年型劃分標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計靜樂站1956—2016年61年的豐、平、枯年型，成果見表7。

表7 靜樂站1956—2016年逐年豐、平、枯年型統(tǒng)計結(jié)果

從表7可以看出，靜樂站在1956—2016年間，平水年和豐水年易發(fā)生，兩者的比例占到了75%。對于不同年代，豐、平、枯水年出現(xiàn)次數(shù)比較平均。以枯水年為例，除20世紀(jì)50年代沒有出現(xiàn)枯水年外，其他年代均有出現(xiàn)，平均出現(xiàn)1～3次，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)次數(shù)最多，為4次。豐水年出現(xiàn)次數(shù)最多，為24次，所占比例為39%。

為了與靜樂站的統(tǒng)計結(jié)果進行比較，根據(jù)河岔、上靜游和婁煩3站疊加的洪水結(jié)果統(tǒng)計了汾河水庫站1995—2016年豐、平、枯年型分布和相應(yīng)的年洪水次數(shù)，見表8。

表8 豐、平、枯年型與年洪水次數(shù)統(tǒng)計

從表8可以看出，汾河水庫近22年來，豐、平、枯年型出現(xiàn)頻次相差不大，其中平水年出現(xiàn)次數(shù)最多，為9次，占41%，枯水年出現(xiàn)了7次，豐水年出現(xiàn)6次，基本上豐、平、枯水年交替出現(xiàn)。22年中，豐水年共發(fā)生了26場洪水，年均洪水次數(shù)為4.33場；平水年洪水年均發(fā)生了1.33場；枯水年洪水年均發(fā)生了2.14場。

由上述統(tǒng)計結(jié)果可以看出：在豐水年，汾河水庫年均洪水場次相對平水年和枯水年要多；雖然枯水年來水量較少，但發(fā)生的洪水場次卻比平水年略多，說明汾河水庫在枯水年天然來水量分布極不均勻，洪水更容易集中發(fā)生；平水年洪水發(fā)生場次與枯水年相比相差不大，年內(nèi)水量分布極不均勻，洪水較豐水年更容易集中發(fā)生。

3 結(jié) 語

通過對汾河水庫入庫洪水從多年月平均徑流量年內(nèi)分配、年內(nèi)次數(shù)分析及其概率、月分布規(guī)律和徑流年型與洪水次數(shù)4個方面的初步分析，得出汾河水庫流域內(nèi)洪水特性變化規(guī)律，為今后汾河水庫流域的合理開發(fā)、洪水資源化利用、水庫防洪調(diào)度以及水資源短缺問題提供一定的科學(xué)依據(jù)。