武安市口上水库流域水文特性分析

周世忠,梁凤欣

(河北省邯郸水文水资源勘测局,河北 邯郸 056001)

口上水库是武安市城镇居民生活和工业用水的重要水源地,为武安市的国民经济发展和人民群众用水安全起到了不可估量的作用。分析研究和充分认识口上水库以上流域的降水径流等水文特性,事关水库的安全调度,可为水库的防洪、兴利、旅游以及武安市的水资源有效利用、优化配置提供决策依据。

1 流域概况

口上水库位于河北省武安市西北部,距武安市城区30 km,兴建于1966～1969年,1970年开始蓄水运行。该水库主要控制门道川、常社川两条较大支流,汇水面积 138.7 km2,总库容3208万m3,兴利库容2800万m3,最大蓄水水面 1.67 km2,是集防洪、灌溉、发电、城市供水及旅游于一体的中型水库枢纽工程。

口上水库流域属海河流域、滏阳河水系、洺河支流,位于北洺河的上游区,西接山西省左权县,南与南洺河接壤,北临邢台沙河市。该流域地处太行山深山区的迎风坡,区内山势雄伟、险峰对峙、层峦叠嶂、川谷深幽、林草茂密,最高山脉海拔高度 1898.7 m,是邯郸市的最大暴雨中心,也是河北省太行山迎风区的最大暴雨中心之一。

2 降水量

2.1 降水量年内分配

降水量年内分配严重不均。根据流域内马店头雨量站1971～2008年降水量资料统计,区域多年平均降水量678.5 mm。其中,连续最大4个月的降水量多发生在汛期的6～9月份,平均降水量532.0 mm,占多年平均年降水量的 78.4%;枯季8个月的平均降水量仅有146.5 mm,仅占多年平均年降水量的 21.6%。

2.2 降水量年际变化

降水量的年际变化,总体呈波动减少趋势[1]。其中,20世纪70年代降水量最大,比多年平均降水量偏大7.7%,80年代偏小 2.2%,90年代偏小 3.5%,21世纪前 8年偏小 2.5%。系列内最大年降水量为1298.2 mm,比多年平均降水量偏大91.3%,最小年降水量为388.6 mm,比多年平均降水量偏小42.7%,最大最小年降水量极值比为3.34倍,变差系数Cv值在0.27左右。

2.3 汛期、非汛期降水量变化

汛期降水量年际变化与年降水量年际变化趋势一致[1],在分析期内总体呈减少趋势;非汛期降水量年际变化呈前、后两种态势,其中1971～1990年,非汛期降水量年际变化呈减少趋势,1990年以后,非汛期降水量年际变化呈增加趋势。

相对年降水量的年际变化,汛期和非汛期的降水量变化更大[1]。其中,20世纪70年代,汛期降水量较其相应多年平均降水量偏大10%,非汛期降水量偏小 0.8%;2001～2008年,汛期降水量较其相应多年平均降水量偏小5.0%,非汛期降水量则偏大6.6%。不同时段降水量的年际变化见图1。

3 径流量

3.1 径流量年内分配

与降水量相比,径流量受下垫面、人类活动等综合因素影响,年内分配更是不均[2]。据口上水库 1971～2008年入库径流量资料统计,多年平均入库水量2856万m3。其中,连续最大4个月的径流量发生在7～10月份,多年平均径流量2430万m3,占多年平均年径流量的85.1%;其余8个月的径流量为426万m3,仅占多年平均年径流量的 14.9%。多年平均降水量、径流量年内分配见图 2。

3.2 径流量年际变化

在年际变化上,径流量总体呈减少趋势,尤其20世纪90年代中后期以后减少更为剧烈[1]。其中,20世纪70年代径流量最大,偏大多年平均径流量32.8%,80年代偏小0.6%,90年代偏小3.7%,21世纪前8年急剧减少,减少幅度高达35.6%。历年最大年径流量为11058万m3,偏大多年平均287.2%,最小年径流量为493万m3,偏小多年平均 82.7%,最大最小年径流量极值比为22.4倍,变差系数CV值在0.79左右。

3.3 汛期、非汛期径流量变化

汛期径流量年际变化与年径流量年际变化趋势一致,在分析期内总体呈减少趋势。其中,20世纪70年代径流量较其相应多年平均径流量偏大 31.8%,80年代偏大 1.3%,90年代偏大1.4%;21世纪前 8年,汛期径流量急剧减少,减少幅度为43.1%。非汛期径流量年际变化为,20世纪 70年代较其相应多年平均径流量偏大36.8%,80年代偏小9.0%,90年代偏小 25.4%;21世纪前 8年,受非汛期降水量增加影响,非汛期径流量也有所增加,较其相应多年平均径流量偏小幅度回落到 3.5%。径流量年际变化距平见图3。

图3 径流量年际变化距平图

4 洪水

口上水库流域地处太行山深山区,控制汇流面积较小,其洪水源短、流急,为暴雨型洪水[1]。洪水主要集中于汛期,且较大洪水多发生在 7月下旬和8月上旬的 20余日内。据口上水库1971～2008年的入库洪水资料统计,8月份发生洪水的概率为56.4%,7月份和9月份发生洪水的概率分别为23.1%和17.9%,其它月份发生洪水的概率仅为5.1%。根据多年入库洪水资料分析,口上水库洪水有以下主要水文特征。

(1)洪水水量集中。洪水主要集中在 7月中、下旬和8月上旬,在此期间发生的洪水占 80%左右,与此对应,洪水水量也多集中在此时间之内。据1971～2008年降水径流资料统计,降水量最大的1973年,年降水量1298.2 mm,共发生 7次较大洪水,最大洪水发生在8月26日。其中,最大 1日洪水量800万 m3,占年入库水量的 7.6%;连续最大 7日洪水量 2906万 m3,占年入库水量的 27.6%;连续最大 15日洪水量 3900万 m3,占年入库水量的 37.0%。而 1996年,年降水量 930.6 mm,8月4日发生特大洪水 1次。其中,最大1日洪水量3496万 m3,占年入库水量的 47.3%;连续最大7日洪水量 4999万 m3,占年入库水量的 67.6%;连续最大 15日洪水量5361万m3,占年入库水量的72.5%。

(2)洪水峰高量大,峰现时间短,尾部持续时间长。口上水库流域地处深山区,川谷深幽、溪沟众多,源短流急,但因其林草茂密、植被良好,故形成山区河流少有的洪水峰高量大,峰现时间短,且洪水尾部持续时间较长之特点。每遇暴雨,洪水瞬间急泻而下,峰前洪水时间较短,一般持续1～2 d;但峰后持续时间较长,一般持续5～7 d,多则 10～15 d,遇有特大连续暴雨时,洪水过程可达月余。根据历年入库洪水流量资料统计,日平均入库流量最大的1996年8月4日洪水,历时11 d,峰前时间仅为1 d,最大日平均流量达405 m3/s,次洪水总量 5184万 m3,占当年入库水量的 70.1%。而年降水量最大的 1973年8月26日洪水,历时 26 d,峰前时间也仅为1 d,最大日平均流量92.6 m3/s,次洪水总量4523万m3,占当年入库水量的 42.9%。

5 水库水质

5.1 水库水质现状

目前,口上水库流域尚未受到明显的工业及其他人为污染,水库天然水质良好,符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅱ类水标准,可以满足工业、农业、渔业和生活等各种用途的水质要求。

5.2 水库水质变化规律

受地理环境、气候、土壤、岩石类型、径流补给等综合因素影响,水库水质有以下变化规律。

(1)季节变化规律。水库水质在年内有较明显的变化规律,一般情况下非汛期水质较汛期水质为好,主要原因是汛期水库水量交换频繁,水库水质较差,尤其是植物营养物质表现较为明显。以总磷作为富营养化表征性指标,对年内变化分析可知,峰值往往出现在非汛期的10～11月份[3]。

(2)垂向变化规律。在同一条垂线上,部分水质监测指标随水深的变化有一定的变化规律。其中,溶解氧因与藻类的光合作用关系密切,其含量在表层最大,而随着水深的增加含量减小。

(3)纵向变化规律。口上水库水面水质有纵向变化规律,在不同位置的水面水质状况不同,有一定的差别。一般在主要支流入口处为Ⅱ～Ⅲ类水,坝中、出库口为Ⅱ类水。

6 结语

口上水库流域地处太行山迎风坡,是河北省最大暴雨中心之一[2],区内山势雄伟,沟壑众多,自然植被良好,受工业污染和其它人类活动影响较弱。降水量年内分配不均但比较丰沛,产水系数相对较高;径流量年内分配不均,主要集中在 7～10月份,连续最大4个月径流量,占多年平均年径流量的 85.1%左右;水库水体质量较好,可以满足工业、农业、渔业和生活等各种用途的水质要求。

[1]武安市水利局.河北省武安市水资源综合规划 [R].2007.

[2]李素霞.河北省太行山迎风区降雨径流特征 [J].水文,2009,29(3):93-94.

[3]邯郸市水利局.河北省邯郸市水资源评价 [M].北京:学苑出版社,2008.