赵王河流域天然径流量估算与水环境变化

王会乐，张道长 ，聂庆林

（1.聊城水文水资源勘测局，山东 聊城 252000；2.烟台水文水资源勘测局，山东 烟台 264000）

受全球气候变化的影响，黄河的来水呈现出递减趋势。有研究指出，与1956—1979年水文系列相比，1980—2000年黄河天然径流量减少了18%，预计到2020年及2030年黄河径流量将继续减少15～20亿m3。东昌湖作为聊城市城区以黄河为补水水源的人工湖泊，年生态补水需求量约1 000万m3，未来将可能出现“有指标、无水量”，生态用水得不到保障的局面。有关专家建议开发赵王河作为未来向东昌湖生态补水的第二水源，为此对赵王河流域径流量与水变化趋势进行分析，以探讨该方案的可能性。

1 流域概况

赵王河发源于山东省阳谷县赵升白村，流经阳谷县东部，于孟屯东穿过位山三干渠，在朱老庄乡四甲李村东入东昌府区境内，与小运河在赵楼村北汇合，至四河头入徒骇河。河流呈南北向，控制阳谷县东部和东昌府区南部地区，全长50.9 km，流域面积692.5 km2，是徒骇河主要支流之一。

南水北调东线工程黄河以北输水干线贯穿该流域，渠道扩挖利用小运河、赵王河24.2 km，与位山三干渠、徒骇河倒虹吸立交，一期工程设计输水流量50 m3/s。

赵王河属于雨源性河流，主要排泄流域内雨洪涝水，多年平均年降水量568.6 mm。降水特点：年际间丰、枯悬殊，最大年（1953年）降水量999 mm，最小年（2002年）降水量仅296.6 mm；年内分布不均，6—9月降水量405.9 mm，占年降水的71.4%，且一般由几次大暴雨形成。历史上丰枯水年不仅交替出现，而且曾发生连续丰水或枯水年，呈现春季易旱、夏季易涝、晚秋又旱的自然特点。

赵王河主要排泄本流域雨洪径流，汛后或春灌期间通过赵升白闸、张秋闸接纳部分金堤河尾水，本水资源量分析仅限于流域内雨洪径流。

2 赵王河径流量分析

赵王河来水量多少主要取决于流域内降水量丰枯状况。因流域内没有设置水文站，径流量分析利用区域降雨-径流量关系，采用区域年径流系数和年径流深等值线两种方法推算。

2.1 利用区域年径流系数推求径流量

赵王河流域地处位山灌区，河网密度高，地下水埋深1～3 m，流域来水量分析首先根据流域内实测降水量资料，分析不同保证率下年降水量，再依据分析区所在徒骇河流域的年降水量与径流量实测资料，分析流域年径流系数，并将成果应用于设计流域推求不同水平年水资源量。

1）赵王河流域降水量分析。为分析流域不同保证率年降水量，选取流域内具有代表性的阳谷、寿张、安乐镇、聊城等雨量站，资料采用1953—2010年共58年系列。根据流域内所选定的雨量站，用算术平均法计算面平均年雨量，组成1953—2010年降水量样本系列，进行频率计算。用矩法初估统计参数、Cv，取Cs=2Cv，采用皮尔逊Ⅲ型曲线进行适线，适线时既照顾到整个点群的分布，又侧重中下部平、枯水年份雨量点据，求得流域不同水平年的设计面平均雨量。不同保证率设计年雨量成果见表1。

表1 年降水量设计成果表

2）赵王河流域径流量分析。根据赵王河所在徒骇河流域气候特点和下垫面条件，结合不同水平年设计年降水量，选取不同的年径流系数，推求不同降水保证率年份区域径流量。年径流系数的选取，采用2005年聊城市水资源调查评价区域径流量还原计算成果，由相应降水量级实际年降水量与对应年份径流量分析确定，不同保证率年径流系数采用与设计降水量接近的多个年份径流系数均值，20%丰水年径流系数0.076，50%平水年径流系数0.057，75%枯水年径流系数0.030，95%的特枯水年径流系数0.005 2，计算不同水平年流域年径流量见表2。

表2 年径流量设计成果表

2.2 采用年径流量等值线分析

综合山东省水文图集、聊城市水资源可持续利用规划分析的年径流量等值线图，查图得到赵王河流域多年平均径流量（深）x=45 mm，变差系数Cv=1.20，取 Cs=2Cv，则保证率 20%丰水年,Kp=1.65；50%平水年,Kp=0.58；75%枯水年,Kp=0.18，流域面积692.5 km2，由式

式中：W为径流量，万m3；x为多年平均径流深，mm；F 为流域面积，km2。

计算不同保证率年径流量见表3。

表3 年径流量分析成果表

2.3 流域径流量推算成果分析

赵王河流域年径流量具有年际变化大、连丰或连枯及丰枯交替等特点，年内分配严重不均，径流量的90%以上集中在汛期4～5个月内，给径流量的拦蓄利用带来较大困难。由于年径流量的大小除受降水量、蒸发量等气象因素影响外，还受地表植被情况、土壤类别、地下水埋深等诸多下垫面因素的影响，准确分析流域年径流量难度较大。特别是缺乏实测流量资料条件下的径流量分析，因降水量及其时空分布的随机性和下垫面情况的复杂性，分析所得成果与实际可能出现偏差。本次采用流域年径流系数法与等值线法推算成果进行对比，见表4。

表4 年径流量分析成果比较对照表

对比两种径流量分析方法，径流量等值线法是无资料地区年径流量分析通常采用的基本方法，理论上比较成熟，但年径流量（深）等值线、变差系数Cv等值线图绘制建立在较大尺度流域降雨径流关系基础之上，应用于小流域精度不高。其次，山东省年径流量（深）、变差系数Cv等值线图系采用1980年以前的资料分析得到，资料系列较短，且30年后现状下垫面条件已发生较大变化，等值线图应用于现状推求径流量，影响分析成果可靠性。本次该方法推算结果仅用于对比分析。

相比较而言，年径流系数法建立在设计流域实测降水量资料基础之上，年径流系数直接由设计流域所在区域实测流量资料、降水量资料分析确定，不同频率年径流系数采用与设计降水量接近的多个年份径流系数均值，消除了降水时空分布差异对产流的影响，比较符合流域降雨径流关系实际情况，分析方法具有合理性。

两种方法设计径流量分析结果显示，20%丰水年、95%的特枯水年径流量分析成果差别较大，50%平水年与75%的枯水年径流量分析成果较为接近，综合考虑两种分析方法的合理性，认为采用年径流系数法径流量分析成果，更具可靠性。

3 赵王河水质现状及变化趋势

赵王河流域来水以流域内雨洪径流为主，除少量农村生活污水、农药化肥残留外，没有工业污废水排入，因此丰水期河流水质以Ⅳ类或优于Ⅳ类地表水水质为主；枯水期当地径流量很少，来水以接纳的金堤河尾水为主，水质的优劣取决于金堤河尾水的水质状况。

根据聊城市水环境监测中心2003—2011年赵王河代表断面水质监测资料分析，7—10月丰平水年份河流水质一般为Ⅳ类或Ⅲ类水质，枯水年份为Ⅴ类或轻度劣Ⅴ类水质；11月—次年6月河流水质受金堤河水质影响波动较大。

赵王河2003—2011年丰、枯水期河流水质状况，见表 5、表 6。

表5 代表河段枯水期主要污染物超标情况 mg/L

表6 代表河段丰水期主要污染物超标情况 mg/L

从表5、表6可以看出，主要污染物超标倍数2007年以前起伏变化较大，以后超标倍数呈现逐年递减趋势，至2011年各类污染物含量趋于达标，水质达到Ⅳ类或Ⅲ类地表水水质标准。河流主要污染物变化趋势见图1、图2。

赵王河水环境质量明显改善，与南水北调东线配套工程实施关系密切。为保障调水工程沿线水质不受污染，流域内与工程配套建设的截污导流工程已经建成运行，原导致河流污染的金堤河尾水自2011年起不再排入赵王河，客观上保障了赵王河水质达到Ⅳ类或Ⅲ类水质标准。

4 结论

从赵王河水天然径流量分析成果来看，20%丰水年和50%平水年河道径流量分别为3 597万m3、2 180万m3，具有向东昌湖年生态补水1 000万m3的基础条件；75%枯水年和95%的特枯水年径流量分别为956万m3、125万m3，可部分解决东昌湖生态补水问题。南水北调配套工程的实施，改善了赵王河水环境质量，2011年河流水体各类污染物含量趋于达标，水体达到Ⅲ类水质标准，满足向东昌湖生态补水水质要求。鉴于赵王河径流量主要集中在汛期7—9月份，可利用量受诸多因素影响，建议结合建设配套蓄水工程，对不同保证率年份可补水量进行更加细致的研究。