大王庙水文测站实测水文数据特性分析

陈欣欣

(河南省开封水文水资源勘测局，河南 开封 475000)

1 大王庙水文站概况

1.1 测站概况

1958年河南省水利厅设立唐寨水文站，由杞县水利局领导；1962年由开封专署水利局领导；1963年由水利厅领导；1964年4月17日由水利部河南省水文总站领导。该站下迁4 km后改为大王庙水文站，位置设在河南省开封市杞县裴村店乡周岗村，惠济河的右岸，地理坐标为：东经114°51′，北纬34°33′，是惠济河上的源头站，控制流域面积1 265 km2，河长59.00 km，河流平均比降1/4 800，距河口距离122 km。此站是河南省重点水文站(Ⅱ级河道水文站)，是豫东平原代表站。

1.2 测站功能

大王庙水文站担负着向省、市报汛任务，承担惠济河上游水文水资源基本信息采集、水资源评价、区域防洪等重要任务，为淮河流域水资源开发利用与保护、防汛抗旱、水利工程建设与管理、工农业用水、城市供水等方面提供基础水文资料信息，对开封市及淮河下游防汛起着重要作用。

1.3 测验基本情况

1.3.1 测验河段情况

大王庙水文站测验河段顺直。断面为复式断面，夏秋两岸滩地有庄稼，河道内种有树木，影响行洪，河床为壤土，冲淤变化不大。上游1.20 km有李岗拦河闸一座，测验受闸启闭影响；下游12 km有板桥拦河闸一座，时有顶托现象发生。

1.3.2 测验断面布设情况

大王庙水文站基本水尺断面兼流速仪测流断位于测验河段中部。

1.3.3 测验项目

大王庙水文站主要观测项目有：降水、水位、流量、单沙、输沙率、蒸发、水文调查、水质、水温、冰情、墒情等，并开展水情报汛、资料整编和水文分析。

2 水文气候及地形地貌

2.1 水文气候

年平均气温14℃。历年极端最高温度42.90℃(1966年7月19日)，历年极端最低温度-16℃(1971年12月27日)，平均湿度为70%～80%，多年平均降水量由东南向西北递减，年降水量分布不均，且多集中在几场暴雨，易形成洪涝灾害。与年降水量地域分布相反，年平均蒸发量则是由东南向西北递增。春季多风，平均风速3.50～4.50 m/s，历年最大风速为28 m/s。日照时间随季节而变化，从2月最短逐渐变长，到6月达到最大值，然后又逐渐变短。多年平均日照2 298.70个时数，多年月平均2月最短日照为142.80 h，6月最长日照时间为249.00 h。气温随季节变化，春秋昼夜温差较大，多年平均温度14.90℃，历史最高气温43℃出现在1972年；历史最低气温-16℃出现在1971年。多年平均无霜期221 d。初霜一般发生在11月3日左右，终霜一般发生在3月27日左右。

2.2 地形地貌

区内平均海拔为58 m，介于53.40～64.40 m，相对高差为11 m，平均坡降为1/5 000。除县境东部黄河故道上有少数3～5 m高的沙丘外，其余均为平地，按其成因可分为冲积风积沙丘砂地和黄泛冲积平原两种地貌类型。

3 测站特性

3.1 降水特性

降水量年内分布不均，7-9月降水量占全年降水量的70%以上。统计了1964—2019年56年实测资料，大王庙站多年平均降水量650.00 mm，最大年降水量为1 180.00 mm，最小年降水量为179.20 mm，最大日降水量为254.40 mm。年平均蒸发量1 600～2 000 mm，其中5月和6月两个月蒸发量最大，占全年蒸发量的25%～30%；12月和1月两个月的蒸发量共占全年蒸发量的5%～10%。

3.2 水沙特性

该站断面洪水主要是流域降水形成，洪水缓涨缓落，洪峰历时较长，沙峰一般与洪峰配套，且略滞后于洪峰。非汛期河道主要为开封市退水，近年来枯水期为保证河道生态水量，加大引黄水量，河道水体含沙量较大。河道遇大洪水或大量引黄时略有淤积。统计大王庙水文站1964—2019年资料，实测多年平均悬移质含沙量3.07 kg/m3，多年平均悬移质输沙率39.20 kg/s，多年平均悬移质年输沙量123万t。2019年单断沙关系比例系数为0.96，曲线标准差3.80%，断沙采用单断沙关系线法推求。

3.3 断面冲淤情况

大王庙水文站于2015年断面下迁1.00 km至基本断面测流，故本报告仅统计了2015年以来汛前实测大断面资料，大王庙站汛前实测大断面情况详见图1。

图1 大王庙站2015—2019年实测大断面套绘图

3.3 水位～流量关系

该站水位～流量关系表现为多线关系。低水时水位～流量关系紊乱；中高水时水位～流量关系较好，一般为单一线；高水时水位～流量关系一般为逆时针绳套，断面多为涨冲落淤。

3.4 水文特征值

大王庙水文站实测最高水位60.06 m，出现日期1971年6月30日，相应流量272 m3/s，施测方法：人工水尺观测；实测最大流量309 m3/s，出现日期1977年7月11日，相应水位59.60 m，施测方法：流速仪；建站以来最大流量313 m3/s，出现日期1977年7月11日，相应水位59.71m，施测方法：曲线推求；实测最大流速2.10 m/s，出现日期1977年7月10日，相应水位(流量)59.17 m(273 m3/s)，施测方法：流速仪；实测最大水深5.18 m，出现日期1971年6月30日，相应水位(流量)60.06 m(272 m3/s)，施测方法：铅鱼；实测最大含沙量29.20 kg/m3，出现日期1977年8月13日，相应水位(流量)57.33 m(103 m3/s)，施测方法：瓶式采样器。

3.5 径流量

分析1956—2019年大王庙水文站径流资料，看出径流呈逐年下降趋势。大王庙水文站多年年平均流量12.80 m3/s，径流的年内分配因受补给条件的影响而四季分明，冬季(12 月-次年2月)气温低，降水少，径流主要靠地下水补给，流量较小，这一时期为枯水期，来水量占全年总量的 0.78%；春季(3-5月)来水量占全年总量的14.50%；夏秋两季(6-11月)来水量占全年总量的77.70%，是流域降水较多时期，也是河流发生洪水的时期。

3.5.1 多年天然径流量

大王庙水文站多年平均天然径流量为8.00×107m3，最大天然径流量2.92×107m3，发生在1964年，与流域最大降水量1 056.30 mm相对应；最小天然径流量8.90×106m3，基本与流域最小降水量335.50 mm相对应。大王庙多年天然径流量见图2。

图2 大王庙多年天然径流量柱状图

3.5.2 径流量在年内分配

多年各月天然径流量年内时空布不均，从1-8月，逐月增大到8月达到最大值，然后从9月开始天然水量逐月减小至12月，为了直观，把月平均天然径流量、月平均降水量年内变化，绘制过程变化图(图中天然径流量以径流深表示)，见图3。从图中可以看出大王庙多年各月天然径流量变化过程，随降水量大小而变化，走势一致，相关性较强，其中天然径流量落后降水量，说明从降水到产流有一个过程。降水量、径流量集中发生在6-9月份。大王庙6-9月份降水量占全年66%，径流量占全年的62%。大王庙多年月天然径流量分布图见图4。

图3 大王庙径流深、降水量年内变化图

图4 大王庙多年月天然径流量分布图

3.5.3 径流量年季变化

大王庙天然径流量随着年降水量的丰枯而交替出现丰枯变化，但时间不同，连续干旱(枯水期)持续时间要长于连续洪涝年(丰水年)，波段的峰值和谷值越来越低，变幅越来越小，年季变化越来越不明显，丰水期的年径流量波动较大，枯水期的年径流量波动较小。近年来径流量逐渐变小处于枯水期，甚至还有发展趋势，见图5。

图5 大王庙径流量、降水量年季变化图

3.5.4 径流特征值

大王庙流域面积1 265 km2，多年平均降水量639.70 mm，多年平均天然径流量7.95×107m3，多年平均天然径流深62.80 mm，径流系数0.098，径流模数0.002 0。

3.5.5 不同频率径流量

将大王庙站历年天然水资源量按从大到小的次序进行排序，应用公式P=m/n+1计算实测系列的经验频率，利用皮尔逊Ⅲ型曲线，调整Cv值为0.32，Cs值为0.55，Cs/Cv值为1.72，得到与经验点据配合较好的理论频率曲线，查线得出丰水年P=5%对应的平均径流量为1.64×108m3；偏丰水年P=25%对应的平均径流量为1.02×108m3；平水年P=50%对应的平均径流量为7.03×107m3；偏枯水年P=75%对应的平均径流量为4.74×107m3；枯水年P=95%对应的平均径流量为2.68×107m3。

3.5.6 不同频率典型年的径流量

根据不同保证率的年径流量，从系列资料中挑选年径流量与之相符的年份作为相应保证率的典型年，进行典型年的月分配。大王庙站丰水年P=5%的典型年1957年；偏丰水年P=25%的典型年1998年；平水年P=50%的典型年1976年；偏枯水年P=75%的典型年1991年；枯水年P=95%的典型年1987年。

大王庙对应不同频率的典型年径流量计算成果见表1。

表1 大王庙地表水资源不同频率典型年分配表 单位：104 m3

从表中可以看出：①不同频率的典型年径流量从1月份最小逐月增大，一般到8月达到最大，然后逐渐变小基本与降水一致；②连续四个最大月不同频率的年径流量占全年径流量从53.50%～85.40%，最小年份也超过全年径流量的50%；③丰水年、偏丰水年连续四个最大月占全年百分比明显高于偏枯水年、枯水年百分比，说明丰水年降水多，且出现在汛期，产流量大；④非汛期径流量变化不大，丰水年汛期径流量明显偏大。

4 结论

该站降水量年内分布不均，7-9月降水量占全年降水量的70%以上；洪水一般发生在5-10月，多为暴雨形成，断面洪水主要是流域降水形成，洪水缓涨缓落，洪峰历时较长，沙峰一般与洪峰配套，且略滞后于洪峰；断面冲淤变化不大；水位～流量关系为多线关系；径流主要由流域降水补给形成，径流年内分配、年际变化与降水变化基本一致，径流呈逐年下降趋势，径流年内分配因受补给条件的影响而四季分明；多年各月天然径流量变化过程，随降水量大小而变化，走势一致，相关性较强；天然径流量年季变化越来越不明显，丰水期的年径流量波动较大，枯水期的年径流量波动较小；径流量丰水年降水多且出现在汛期，产流量大。