汾河水库入库洪水统计特性及变化规律分析

赵爱莉

（山西汾河流域管理有限公司，山西 太原 030002）

汾河是黄河的第二大支流，是山西境内最大的河流，以汾河干流上的汾河水库为研究对象，根据娄烦、上静游、河岔三个水文站的实测径流资料，结合生产实际进行研究，分析汾河水库入库洪水特性及其变化规律，可为汾河水库降水的蓄泄与调度提供合理的依据，提高洪水资源的利用，实现洪水资源化，有效地减轻水资源短缺的压力，并为水库合理调度方案的实施提供理论依据。

1 研究区概况

汾河流经山西省内6个市的29个县（区），干流全长为694 km，流域面积为39 471 km2，最终在万荣县荣河镇庙前村附近汇入黄河。汾河流域位于北纬35.3°—39.0°，东经110.5°—113.5°，是东西长118 km，南北长412.5 km的带状流域，占全省总面积的25.3%[1]。

汾河水库是山西省内最大的水库，汾河水库控制流域面积达5 268 km2，地处于汾河干流上游娄烦县境内。水库东西宽5 km，南北长15 km，总面积为32 km2，是一项综合性的水利枢纽工程，具有灌溉、供水、防洪等多项功能。

2 汾河水库入库洪水统计特性及变化规律

2.1 水库历年洪水场次统计

汾河水库流域位于汾河上游，主要控制范围是汾河水库坝址以上的流域，流域面积约为5 268 km2，流域分属静乐县、岚县、娄烦县和宁武县4县，水库控制的流域面积约占4个县总面积的78.6%。汾河水库上游支流涧河的娄烦水文站、支流岚河的上静游水文站和河岔水文站，三个水文站控制流域面积共4 952 km2，占汾河水库控制流域面积的94%[2]，各站控制面积见表1。

表1 汾河水库周边水文站控制流域概况

因此，研究采用三站1995—2016年22年洪水资料叠加，所得洪水过程作为汾河水库入库洪水资料，以此分析汾河水库入库洪水特性及变化规律。

根据汾河水库运行规程，以径流量峰值大于等于50 m3/s的流量作为洪峰流量，并计为一场洪水，且将多峰、连峰洪水合计为一场洪水，共整理出58场洪水，汾河水库逐年洪水次数统计见图1。

图1 汾河水库逐年洪水次数统计

2.2 水库年径流量趋势分析

研究中，根据汾河水库1995—2016年有实测径流资料的22年内的年径流资料绘制图2。

从图2及汾河水库长系列径流资料可以得知：

图2 汾河水库年径流变化曲线

一是年径流丰枯变化很大。近22年来汾河水库的年径流丰枯变化很大，实测最大年径流量出现在1995水文年，为10.913 9亿m3，实测最小年径流量出现在2001水文年，为1.333 3亿m3，最大年径流量约为最小年径流量的8倍。

二是年内来水量分配很不均匀。年内丰水期6—9月，来水量占全年的50%以上。

三是径流量的变化较大，枯中有丰、丰中有枯。汛期一般为6—9月，但每年起止时间有所差别。另外，虽然在一般情况下6—9月为丰水期，但是其中各月均会出现来水量小的时候。

四是年径流量在总体上呈现出上升的趋势。

2.3 洪水洪峰年际变化及周期分析

研究中统计了汾河水库洪水各次洪峰出现的情况，如表2所示。

从表2的统计资料及图3中可知，在22年的58场洪水中，发生洪峰流量大于120 m3/s的洪水有33次，占总数的56.90%；一年中发生3次120 m3/s以上的洪水有5年，发生4次120 m3/s以上的洪水有3年，而1995、1996年年均发生了6次120 m3/s以上的洪水，但2001年、2004年没发生大于120 m3/s流量的洪水，2009—2011年、2014—2016年连续三年均没有发生大于120 m3/s流量的洪水；相反，1995—1998年连续四年中发生19次大于120 m3/s流量的洪水，2005—2008年连续四年中发生6次大于120 m3/s流量的洪水。1995—2016年洪峰流量变化情况见图3。

图3 1995—2016年洪峰流量变化曲线

表2 汾河水库洪峰流量统计表

实测资料的峰差之比为17倍，说明汾河水库洪水分布非常不均衡，高值对防洪造成很大的威胁，低值对水电站发电效益有很大的影响，洪水呈现频发的一面，又出现突发的一面，峰谷交错发生[3-4]。

同时，结合表2的统计结果，可以绘制平均间隔周期与洪峰流量关系，见图4。

图4 平均间隔周期与洪峰流量关系

可知在22年的58场洪水中，发生洪峰流量大于200 m3/s以上的洪水有19次，发生洪峰流量大于250 m3/s以上的洪水有11次，发生洪峰流量大于300 m3/s以上的洪水有11次，发生洪峰流量大于350 m3/s以上的洪水有10次，发生洪峰流量大于400 m3/s以上的洪水有7次，发生洪峰流量大于450 m3/s以上的洪水有4次；而在22年中只有1995年、1996年、2003年发生过洪峰流量大于450 m3/s的洪水，自2003年以后洪峰流量明显减小。历史上汾河水库有几个较明显的多洪时期和少洪时期，如多洪期1995—1999年，少洪期2004—2016年。其中洪水大于350 m3/s流量的有10次，几乎每隔两年发生1次，最多一年发生4次，如1996年；1995—1999年连续五年发生9次350 m3/s以上的洪峰流量，几乎一年就发生2次，而2004—2016年却连续十三年未发生大于350 m3/s的洪峰流量。因此，汾河水库应以蓄水为主，并应预防突发性洪水。

2.4 水库汛期洪水分布

进入汛期后，水库的主要目标为防洪，本研究中以旬为时段，统计了汾河水库7、8月份不同量级洪水的分布情况，如表3所示。

表3 汾河水库主汛期各量级洪水的旬分布情况

从表3可以看出，汾河水库入库洪水在主汛期的各旬分布是很不均匀的，各量级的洪水基本上都以7月中旬发生次数最多，而8月上旬发生各量级洪水的次数次之，洪峰流量大于512.908 m3/s的洪水发生在7月下旬和8月上旬。而洪峰流量大于316.77 m3/s的洪水次数以8月上旬为最多，洪峰流量大于195.892 m3/s的洪水有35.7%和28.6%发生在7月中旬和8月上旬。

3 结语

在本研究汾河水库22年实测洪水资料的基础上，较为详细地分析了汾河水库入库洪水的规律，可以得到以下几点结论：

一是汾河水库的年径流丰枯变化很大，枯中有丰、丰中有枯，且年内来水量分配很不均匀，但是年径流量在总体上呈现出上升的趋势。从汾河水库径流变化来看，汾河水库在运行中应注意为春耕阶段蓄存一定的水量，以满足频发的冬春季干旱，应对水资源量不足的现状。

二是汾河水库的入库洪水在主汛期7、8月各旬分布是很不均匀的，各量级的洪水基本上都以7月中旬发生次数最多，而8月上旬发生各量级洪水的次数次之，洪峰流量大于512.908 m3/s的洪水主要发生在7月下旬和8月上旬。因此，汾河水库秋季开始蓄水的时间可从8月下旬开始。

三是通过分析汾河水库洪峰流量，可以看出汾河水库洪水分布是非常不均衡的，峰谷交错发生。因此，汾河水库应做好水资源优化配置，实施合理的调度方案，协调水库防洪与蓄水的矛盾。