蚌埠闸上河段水文情势及水位变化特征分析

王敬磊 赵 瑾 吴 漩

蚌埠闸上河段水文情势及水位变化特征分析

王敬磊1赵 瑾2吴 漩1

一、引言

受全球气候变化影响，淮河流域干旱灾害频次增加、范围扩大、损失加重，给受旱区城镇居民生活、工农业生产及生态环境带来严重影响。淮河干流是流域内地表水集中开发区，其中蚌埠闸上河段有淮南、蚌埠两个重要城市，区间工业（煤矿和火力发电基地）及灌区用水较为集中，枯水期水资源矛盾突出，曾多次发生断流。本文以降雨、蒸发、径流和水位等实测水文资料为基础，开展蚌埠闸上河段水文情势及水位变化特征分析，以期为该河段特枯水期的抗旱应急与调度管理提供技术支撑。

二、水文情势演变分析

1.降水

研究河段水汽主要是来自西南印度洋孟加拉湾和西太平洋，随西南和东南季风输入，同时也有部分来自黄海、东海方向。蚌埠闸以上区域也是雨量丰沛的南方和干旱少雨的北方的过渡地带，降水量地区分布不均匀，多年平均（1960～2014年，下同）降水量917.3mm，淮河以南（1114mm）大于淮河以北（862mm）。

（1）年内分布不均。区域降水量年内分配具有汛期集中、季节分配不均和最大最小月相差悬殊等特点。多年平均以7月份降水最多，在140～270mm之间，占全年的15%～30%；最小月降水多出现在1月份，一般为5～40mm，占年降水的1%～3%；同站最大月降水是最小月的5～35倍，其倍数自南向北递增。

（2）年际变化较大。区域降水的年际变化剧烈，年降水量变差系数CV值在0.2～0.25之间，自南向北增加。研究范围内不同站点实测最大年降水量与最小年降水量的比值一般在3.18～6.06之间，20%、50%、75%、97%年份降水量分别为1084.1mm、905.8mm、776.4mm、573.3mm。区域降水量的年际变化显著，最大与最小年降水量的比值为2.73。研究区域最大年降水量为1464.5mm（2003年），最小年降水量为474.4mm（1978年）。研究范围内多年平均降水、蒸发量年内分配及历年降水量见图1。

图1 研究范围内多年平均降水、蒸发量年内分配及历年降水量图

2.蒸发

区域多年平均水面蒸发量（E-601）为941.2mm，其地区分布趋势是由西北向东南递增。年内分布很不均匀，连续最大4个月的蒸发量一般发生在5～8月，占年均蒸发量的50%；最大月蒸发量发生在7、8月，多年平均值为246mm，占年均蒸发量的26.4%；最小蒸发量发生在1、2月，占多年平均蒸发量的7.2%。

3.径流

根据1956～2014年鲁台子、蒙城闸天然径流量系列分析，研究范围内多年平均实测年径流量213.09亿m3。汛期多年平均径流量为131.45亿m3，占多年平均径流量的61.8%。研究范围内地表径流具有以下特点：

（1）年内分配不均。由于流域的降水时空分布不均匀，导致分析范围地表径流的年内分配不同，季节变化十分明显，汛期来水量大，河道水位上涨，在特大洪水年，泛滥成灾；枯季水量较少，枯水年又极易形成旱灾；一年中，径流分配以汛期（6～9月）最多，占全年的60%以上，冬季最少，不足10%；研究区多年平均径流量年内分配及历年径流量变化趋势见图2。

（2）年际变化剧烈。径流的年际变化比降水量的年际变化更大，年径流量最小值为38.02亿m3（1966年），最大值为499.49亿m3（2003年），年际丰枯极值比达13.1。年径流量变差系数CV值在0.60左右。

三、水位变化特征

蚌埠闸在蚌埠（吴家渡）水文站上游9km处，两岸有堤防，沙壤土河床，稍有冲淤，无水草生长，两岸滩地种有农作物，左岸堤顶高程25.93m，右岸堤顶高程25.63m。本文选择蚌埠闸上站1960～2014年历年实测水位数据进行研究范围内水位特征分析。蚌埠闸上站位于蚌埠市西郊许庄淮河干流上，设立于1960年1月；该站实测最高水位22.50m（2003年7月6日），实测最低水位12.70m（1960年6月20日）；采用冻结基面，减0.132m为黄海基面。

图2 研究区多年平均径流量年内分配及历年径流量变化趋势图

1.年际和年内变化特征

取蚌埠闸上站历年水位平均值、最高值、最低值、汛期和非汛期平均值，采用累积距平法进行线性趋势拟合处理。1960～2014年蚌埠闸上站历年水位距平及各月水位变化趋势如图3所示，结果表明蚌埠闸上站水位整体呈上升趋势，其中年平均、年最低、非汛期平均水位上升倾向率分别为0.33m/10a，0.34m/10a和0.38m/10a，水位上升趋势非常明显（相关系数R2分别为0.765、0.467、0.774，线性方程均通过0.001水平的显著性检验）；年最高和汛期水位受蚌埠闸调度运行影响较大，水位上升趋势并不明显（相关系数R2分别为0.0029、0.3186，线性方程未通过0.01水平的显著性检验）。

图3 蚌埠闸上站历年水位距平及各月水位变化趋势图（1960～2014年）

根据蚌埠闸上站历年逐日平均水位资料及年特征水位资料统计，可知：

（1）年平均水位：集中于15.0～19.0m之间，多年平均水位17.35m；二十世纪六七十年代，大部分年平均水位均低于17m；进入八九十年代，平均水位抬高到17m以上，但总体低于18m；进入21世纪后，平均水位徘徊在18m上下。

（2）年最高与最低水位：历年最高水位22.40m（1991年7月14日），年最高平均水位为19.21m；蚌埠闸上有4次出现低于15.0m的水位，分别是1960年、1962年、1963年、1965年，年最低水位分别为 12.70m、14.84m、14.96m、14.68m。20世纪80年代以后年最低水位日趋平稳；多年最大年内变幅为6.78m，出现在1991年；多年最小年内变幅为1.01m，出现在1993年。

（3）汛期和非汛期平均水位：20世纪60年代以来，汛期水位在16～19m之间振幅较大。2003年，汛期水位高于19m，为19.29m。2004年至今，汛期水位趋于平稳，总体在18m上下振荡；非汛期平均水位总体变化趋势同年平均水位，并且有逐年抬高的趋势。进入20世纪90年代后，非汛期水位总体高于汛期水位，仅2008年至今，有连续6年非汛期水位较高。

（4）年内各月水位：多年6～8月平均水位略高于其他月份（主汛期蚌埠闸的库容逐渐被填满），年最高水位在3月开始被抬高，7月往后逐月降低，年最高水位多年平均为19.21m，主要集中在4～10月；年最低水位多年平均为16.09m，主要集中在11～12月。各月份的年际变化幅度也很大，其中以6月份变化幅度最大（7.87m），其次为7月（7.72m）和8月（7.20m）；最小变化幅度为12月（3.01m），其次为11月（4.52m），呈现水位越高变幅越大的特征。

四、典型年水位变化特征

根据研究范围内鲁台子、蚌埠和蒙城闸水文站1960～2014年长系列降雨资料，通过频率分析，得出蚌埠闸上河段不同频率的降水量。以蚌埠闸上站位代表，选取2%（2003年）和5%（2007年）频率降水年份为典型丰水年，95% （2001年）和97%（1966年）频率降水年份为典型干旱年，分析蚌埠闸上典型年内河段水位变化特征。蚌埠闸上站典型年降雨量和水位变化过程见图4。

图4 蚌埠闸上站典型年降雨量和水位变化过程图

1.典型丰水年水位变化特征

由图4可知，丰水年水位变化基本一致。受人工调控的影响，蚌埠闸上河段1～6月水位大部分保持在17～18m之间，7～8月为淮河主汛期，区间来水大量增加，库容被迅速填满，水位大幅度抬高。在人为干预条件下，使得汛后2003年水位仅在16.82m，而2007年水位则能保持在17.98m左右。随着对蚌埠闸上河段调控能力的加强，丰水年主汛期最高水位将会逐渐受到约束，而相应的非汛期蓄水位则将得到一定抬高，非汛期水位保证率也将有所提高。

2.典型干旱年水位变化特征

由图4可知，蚌埠闸上站枯水年水位变化趋势有一定差距，主要受降雨年内分布不均的影响。2001年汛前降水量稀少，5～6月由于农业灌溉引水，加之汛期降水量仍然较少，导致水位迅速降低，7月下旬出现年最低水位15.28m。而1966年虽为特大干旱年，但汛前降水较为丰沛，闸上蓄有一定库容，因此即使汛期来水较少，通过调控仍能保证较高水位。

五、结语

蚌埠闸上河段降水量呈现地区分布不均匀，淮河以南大于淮河以北，年内分配具有汛期集中，季节分配不均和最大最小月相差悬殊等特点；水面蒸发量在地区分布上呈现由西北向东南递增趋势，且年内分布很不均匀；径流呈现年内分布不均，年际变化剧烈的特征。

通过对蚌埠闸上站历年水位平均值、最高值、最低值、汛期和非汛期平均值分析可知水位变化特征呈现以下特征：年际水位变幅越来越小，最高水位控制在19m上下，最低水位呈逐年上升趋势；年平均水位总体呈稳中略升的格局；年内非汛期平均水位较汛期上升幅度较大。

随着蚌埠闸上河段水利工程进一步规划落实和人为调控能力的加强，同等来水量条件下，正常蓄水位、最高和最低水位均能得到一定控制。受蚌埠闸上河段地区的生活、工业、农业用水量逐年增加并趋于平稳的影响，蚌埠闸上河段的蓄水位在一段时期内将进一步抬高，最终在人工调控下趋于平稳

（作者单位：1.安徽淮河水资源科技有限公司 233001 2.淮河水利委员会水文局（信息中心） 233001）