南运河四女寺闸上游径流计算探讨

张兆强，傅 静，刘志飞

（山东省德州市水文局，山东 德州 253033）

1 流域概况

南运河位于子牙河以南，包括漳河卫河两条支流，经过山西、河南、河北之后汇入海河流域，南运河全长348.5 km，左堤长269.4 km，堤顶起点高程25.8 m，止点高程7.4 m，右堤长270.2 km，堤顶起点高程25.9 m，止点高程0.86 m。河堤纵坡上陡下缓，河槽采用单式U 型断面，上口宽100 m～30 m，河槽深8 m～10 m，沿岸居民区较多。南运河是开凿最早、最长的人工运河—京杭大运河在华北的主要河段，也是引黄济津工程在天津的输水通道。

2 径流特征

南运河是降水、地下水补给为主的河流。南运河径流组成占64%，地下水占22.6%，雨、雪混合补给占13.4%。南运河上游出太行山口以上为径流形成区，山口以下平原灌区为径流耗散区。出山口断面四女寺闸站实测年平均流量210 m3/s，多年平均径流量66.20 亿m3。四女寺闸站下游庆云闸站年平均流量108 m3/s，多年平均年径流量34 亿m3，至庆云闸站下游郑店闸站，年平均流量减小为44 m3/s，多年平均径流量只有14 亿m3。区间径流除河间蒸发、渗漏和生态消耗外，主要为农业灌溉所利用。

2.1 径流年内分布

南运河径流年内分布极不均匀，径流主要集中于汛期，枯水持续时间较长。根据四女寺闸站实测径流统计分析：

南运河5 月～10 月径流量占年径流量的86.98%。连续最大四个月（6 月～9 月）径流量占年径流量的79.74%左右，其中主汛期7 月、8 月份径流量就占全年径流的58.30%，多年平均8 月份水量最大，月平均流量762 m3/s，8 月份径流占年径流量的30.81%。11 月至次年4 月为枯水期，期间径流量只占全年径流的13.02%。连续最小四个月（1 月～4 月）径流量占全年径流的7.66%，多年平均2 月份水量最小，月平均流量50.2 m3/s，2月份径流占年径流量的1.85%。

越往下游，受区间灌溉引水影响，河道径流年内过程发生很大变化。庆云闸站连续最大四个月（6 月～9 月）径流占年径流的91.53%，主汛期7 月、8 月份径流占全年径流的75.5%。郑店闸站则只有7 月～9 月份常年有水，6 月、10 月多数年份断流，其它月份常年断流。见表1。

表1 南运河各断面实测径流年内分配表

2.2 径流年际变化

根据四女寺闸站实测径流频率分析，四女寺闸站径流年际变化参数CV值为0.18，在山东临清与漳卫南运河相汇诸河流中属径流年际变化较小的河流。由于受人类活动和区间河道水量天然消耗影响，下游断面径流变差系数CV值趋于增大。庆云闸站径流年际变化参数值为0.35，郑店闸站CV值则增大为0.60。

3 径流计算

上游径流观测断面位于南运河中下游，距离上游四女寺闸站171 km，庆云闸站104 km，距离下游郑店闸站66 km。选用四女寺闸、庆云闸、郑店闸为参证站，首先计算各参证站不同频率设计径流，然后按河段距离内插分析计算安陵枢纽设计径流[1]。

3.1 参证站径流计算

依据《水利水电工程水文计算规范》（SL 278-2002）规定，在采用矩法对系列统计参数估算的基础上，再用适线法选配P-Ⅲ型频率曲线[2]，对参证站四女寺闸站1954 年～2010 年57 a实测年径流系列进行统计分析计算。

3.1.1 洪水频率曲线统计参数的确定

南运河四女寺闸上游洪水系列统计参数采用矩法估计，公式如下：

适线法在一定适线准则下，可以求解与经验点据拟合最优的频率曲线的统计参数，根据洪水系列误差规律，选定适线准则。本流域系列中各项流量误差方差均匀，所以采用离差平方和准则，即频率曲线统计参数的最小二乘估计使经验点据和同频率的频率曲线纵坐标（离差）平方和达到极小：

式中：Φ 为离均系数，其他符号同上。

3.1.2 设计年径流成果

根据变差系数、偏态系数等公式，适线参数及不同保证率设计年径流成果[3]统计见表2。

表2 参证站设计径流成果表

3.2 径流计算

安陵枢纽断面只有2002 年～2010 年短期水管资料，资料系列较短，无法直接采用频率分析计算其设计径流。其位于参证站庆云闸口与郑店闸站之间，因此可按河段距离内插计算引水枢纽断面设计径流。安陵枢纽距离上游庆云闸站104 km，距离下游郑店闸站66 km，由表2 设计成果按河段距离内插计算安陵枢纽不同频率设计径流见表3。

3.3 径流年内分配

南运河各参证站只有四女寺闸站实测径流基本为天然径流系列，因此各站径流不同频率典型年四女寺闸站设计径流按径流量相近的原则在实测系列中选取。根据典型年选取结果，2003 年为南运河50%保证率典型年，2004 年是南运河75%保证率典型年。

四女寺闸站、庆云闸站和郑店闸站不同保证率设计径流年内分配按各站相应典型年实测径流过程同比放大计算；安陵枢纽径流年内分配按其2003 年、2004 年各月实测水管资料同比放大计算。各参证站及工程断面安陵枢纽不同频率率径流年内分配见表4。

表4 南运河上游不同保证频率天然径流设计年内分配表

4 结论

综上所述，计算一年内通过南运河某断面的水量对于流域水利资源开发利用及用水量管理十分重要，本文所进行的南运河流域四女寺闸上游频率分析径流计算为流域水资源管理和合理利用提供基础性资料。