张家山旱警流量确定技术报告

张晓玲

中图分类号： TV112+.1文献标识码： A

1河流及站网概况

泾河为渭河一级支流，发源于宁夏回族自治区六盘山东麓的泾源县老龙潭，由西北向东南流经甘肃省平凉、泾川及陕西省长武、彬县、礼泉、泾阳，于高陵县陈家滩注入渭河。泾河流域地处北纬30°25′—37°30′，东经106°15′—109°05′之间，流域面积45421km2，全河长455.1km。其中陕西境内流域面积9236km2，河长275.3km。泾河流域地处长城以南鄂尔多斯地台西南前沿板块，从第四季以来覆盖了很厚的风城黄土，形成黄土高原。台地以上升为主的新构造运动加剧了水流的侵蚀切割，致使沟壑纵横，残塬与丘陵沟壑相互交积，支离破碎。

泾河流域属暖温带半湿润区和暖温带半干旱半湿润区两个奇虎去的交会处。冬季气候寒冷而干燥；春季气温回升快，但不稳定，降水较少，春末夏初局部地区时有冰雹；夏季气候炎热，降水年际变化较大，多集中在6—9月。年最高气温40℃，年最低气温-10℃。

张家山水文站设立于1932年，位于陕西省泾阳县王桥镇岳家坡村赵家沟，北纬36°36′40＂，东经108°34′32＂，是泾河干流把口站，国家重要水文站。集水面积43216 km2，距河口里程58km。测验项目为水位、流量、泥沙等。承担着为国家防总、黄委会、省、市、县防办、泾惠渠等十多个单位的水情报汛与服务，设站目的主要是收集泾河流域主要水文特征，掌握河道水量、泥沙变化规律，为开发利用泾河水资源、河道管理、水情服务、防汛减灾、水库运行等提供科学依据与服务。自设站以来为国家经济建设发挥了重要作用。张家山水文站水系站网见图1。

水文特征值：实测最高水位437.00m（1933.8.8），实测最大流量7670m3/s（1966.7.27），实测最小流量0.78 m3/s（2010），建站以来最大流量9200 m3/s（1933.8.8），实测最大流速5.47m/s（1966.7.27），实测最大水深4.56 m（1973.8.25），实测最大含沙量1430kg/m3（1958.7.11），多年平均流量37.66 m3/s，多年平均径流量11.886亿 m3。变差系数为0.58，年际变化较大。

泾河张家山站年径流量主要集中在汛期7～10月，多年平均径流量达到11.886亿m3，汛期7～10月份径流量总量为8.352亿m3，占多年平均径流量的70.27%；非汛期径流量3.534亿m3，占年径流总量的29.73%，反映了径流年内分配不匀的特点，其年内分配见表1。

表1张家山水文站多年平均径流量及年内分配统计表单位：亿m3

年平均 非汛期 汛期 各月径流量及其年内分配

（7～10）

11.886 3.534 8.352 1月 2月 3月 4月 5月 6月

0.107 0.219 0.437 0.424 0.790 0.615

0.90% 1.84% 3.68% 3.57% 6.64% 5.17%

100.00% 29.73% 70.27% 7月 8月 9月 10月 11月 12月

2.093 2.711 2.130 1.418 0.759 0.183

17.61% 22.81% 17.92% 11.93% 6.38% 1.54%

图1 张家山水系站网图

2旱警流量确定的依据和原则

2.1旱警流量确定依据

（1）《国家防办旱限水位(流量)确定办法》国家防汛抗旱指挥部办公室，办旱【2011】32号；

（2）《陕西省抗御干旱灾害应急预案》陕西省防汛抗旱总指挥部，2005年；

（3）陕西省主要江河（水库）旱限流量（水位）确定任务及技术要求；

（4）《黄河水量调度条例》中华人民共和国国务院令第472号，2006年8月1日；

（5）《陕西省渭河水量调度办法》陕西省人民政府令第130号，2008年3月1日。

2.2旱警流量确定原则

以提升抗旱保障能力和预警监测水平为目的，重点突出干流，兼顾部分支流的原则开展旱警流量确定。

张家山水文站水文断面旱警流量确定原则：

（1）依据用水类型及方式，选择城乡供水、企业生产、农业灌溉及环境生态等用水需求作为主要分析因子，结合河道特点，确定流量作为主要旱警指标。

（2）旱警流量采用城乡供水、企业生产、农业灌溉、环境生态等分析因子的用水总量进行换算确定。

3河道实测来水量和现状用水量调查

按照陕西省防汛抗旱总指挥部的总体部署，旱警流量确定工作由省防办统一安排协调，水文部门具体负责实施，市县防办和有关工程管理单位参与并协助工作调查。

3.1水文站实测径流过程

张家山水文站1964至2012年实测年最大径流量38.89亿m3，出现在1964年；实测年最小径流量3.218亿m3，出现在1972年；多年平均径流量11.886亿m3。

3.2分类用水现状调查

（1）水文站以下区间河段取水工程：张家山水文站至桃园水文站区间有高庄抽水站，据了解抽水站用水少，资料无法获取，故不考虑其用水。

（2）区间河段取水量：城镇生活生产和企业生产用水不从河道直接取水，取水量按零处理。农业灌溉用水为高庄抽水站取水，由于取用水量少，取水量按零处理。

4旱警流量确定

旱警流量指标是指在维持河流生态系统运转基本流量的基础上，综合考虑断面下游区间生产、生活用水要求而确定的断面下泄流量。该指标作为正常年份的断面流量控制要求，遇特枯年份，按照水量调度指标管理，并及时启动应急预案。

在确定旱警流量控制断面时，根据断面所在流域面积情况，断面所在流域地市经济社会发展状况及断面所在流域水资源开发利用情况，既考虑断面上游的用水情况，又考虑断面下游的用水需求；同时既考虑断面现状的用水需求，又考虑断面未来的用水需求。

4.1径流量资料“三性”分析

（1）一致性、可靠性分析

本次研究工作采用泾河张家山水文站1964～2012年共计49年的河道逐月平均流量资料进行径流分析。泾河张家山水文站至桃园水文站之间流域内无大、中型水利工程或其它水保措施，径流资料亦可直接采用，无需作还原计算。泾河张家山水文站1964～2012年共计49年的径流系列资料齐全，不存在插补延长的问题。

张家山水文站1964～2012年共计49年的河道水文资料系实测资料整编成果，基本资料可靠。该站49年样本对总体而言，为容量有限的样本，在做径流分析计算时需对径流系列的稳定性和代表性进行分析，以下从长短系列统计参数的稳定性及径流的丰枯变化两方面来对径流系列进行分析。

（2）径流系列代表性分析

a径流系列稳定性分析

年径流量的多年平均值、变差系数Cv等统计参数是随着径流系列年数的加长而逐渐趋于稳定的，逐年累计计算年径流量系列的均值、变差系数Cv，并建立它们的年际变化过程可以很好地反映这种特性。

正逆序分别逐年累计计算泾河张家山水文站年径流系列的均值、变差系数Cv，并点绘其随年际变化的过程线图,如图2、图3所示。从图2、图3中可以看出，随着径流系列的增加，系列均值和变差系数Cv均是趋于稳定的。在图2中，从2000年以后，即当径流系列长度超过37年时，年径流累积均值逐渐趋于平稳，并不断地向系列均值靠近，说明1964～2012年系列的均值基本能够代表总体的均值，系列长度可以满足要求。在图3中，与年径流累积均值变化趋势相近，从2008年以后，变差系数Cv稳定在0.58。

图2张家山站年径流逐年累积均值年际变化图

图3张家山站年径流逐年累积变差系数年际变化图

b径流的丰枯变化分析

采用年径流过程线差积曲线，对泾河张家山水文站1964～2012年共计49年径流系列的丰枯变化进行分析。差积曲线是分析一个流域内径流丰枯变化的常用方法，它是历年径流量与多年均值之差占均值百分数的累积随时间变化的过程。

泾河张家山水文站年径流过程线和正逆时序差积曲线分别见图4和图5。由图4可以看出，1966～1970年、1975～1978年为两个连续的丰水段；1971～1974年、1979～1996年为丰枯交替出现的年份；1997～2002年、2004～2012年为枯水年。在49年径流系列中包括丰、平、枯三部分，系列具有较好的代表性。

图4张家山站年径流量过程线图

图5 张家山站年径流量差积曲线过程图

此外由图5也可以看出，径流差积曲线从1964～2012年大致可以分为5个阶段，即1966～1970年、1975～1978，差积曲线为上升期，表示该时期年径流量偏离均值的趋势为上升期，也就是丰水段；1971～1974年、1979～1996年，差积曲线为上下交错期，表示该时期年径流量在均值附近上下波动，也就是丰、平、枯交替出现；1997～2002年5年间，2004～2012年9年间，差积曲线为下降期，表示该时期年径流量偏离均值的趋势为下降期，也就是枯水段。

通过上述分析可以说明在1964～2012年共计49年的径流系列中包含有丰水期、平水期和枯水期，丰、平、枯水年相间出现，丰枯水年份大致相等，作为径流总体的随机样本能反映出泾河径流的总体分布规律，说明该系列具有较好的代表性。

4.2设计年径流分析计算

（1）径流系列的确定：采用设计代表年法进行设计年径流计算。

（2）设计年径流的计算：根据张家山水文站的1964～2012年逐年年径流量资料，利用P—Ⅲ型曲线试线法计算得各个参数为：均值Ex=12.119亿m3,Cv=0.63，Cv/Cs=2.614,计算的75%设计频率年径流量为6.545亿m3和95%设计频率的径流量3.721亿m3。频率曲线图见图6。

（3）径流年内月分配：以设计代表年最不利组合的月分配，做为设计年月分配，选取75%设计频率代表年为2012年，95%设计频率代表年为2009年，各月来水量成果见表2、表3。

表2张家山站P=75%设计枯水年年内分配计算表

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年径流

代表年 0.174 0.070 0.659 0.314 0.822 0.262 1.085 0.991 1.493 0.528 0.116 0.053 6.566

设计年 0.174 0.069 0.657 0.313 0.820 0.261 1.081 0.988 1.488 0.526 0.116 0.053 6.545

表3张家山站P=95%设计枯水年年内分配计算表

月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 年径流

代表年 0.032 0.038 0.093 0.050 0.260 0.073 0.501 1.722 0.290 0.120 0.151 0.105 3.436

设计年 0.035 0.041 0.101 0.054 0.282 0.079 0.542 1.865 0.314 0.130 0.163 0.114 3.721

图6张家山站年径流量频率曲线图

4.3需水量分析

（1）下游区间河段调查用水量分析：张家山站至桃园站区间有高庄抽水站，由于取水量少，取水量按零处理。

（2）需水量预测：城镇生活用水不直接从河道取水，故不予考虑；农业用水由张家山水文站断面以上泾惠渠供水，下游由高庄抽水站供水，取水量少，故农业用水量不考虑。

（3）河道生态流量：采用实测系列水文资料大体上反映了断面上游现状开发利用情况下的用水水平，所以基本上依此预留河道生态流量。河道生态流量由两种方法确定。

1．选取断面多年平均流量的10%～20%作为生态需水量。

2．取逐年最小月平均流量的90%保证率流量。

方法1：选取断面多年平均流量10%～20%作为生态需水量。

泾河张家山站断面多年平均流量（1964—2012年）为37.66m3/s，按10%—20%计算，生态流量在3.77—7.53m3/s之间。北方河流一般取小值10%，所以此种方法计算得生态流量为3.77m3/s。

方法2：取逐年最小月平均流量的90%保证率流量。

采用张家山站1964—2012年的月年实测资料系列，在逐年的月年流量资料系列中，挑选最小的月平均流量，得到实测最小月平均流量系列，组成频率分析计算样本，采用频率计算程序，进行频率分析计算，适线时既要考虑点群趋势，同时还要考虑照顾到曲线中下部点群的分布趋势。在相同的倍比条件下，频率适线后的变差系数Cv值一般要比计算的Cv值大。计算成果见表4，频率曲线见图7。

表4 张家山站最小月平均流量频率计算成果表

多年平均流量

（m3/s） Cv Cv/Cs 不同频率P（％）月最小流量（m3/s）

P=50 P=75 P=90 P=95

30.66 0.76 4.81 1.71 1.5 1.481 1.479

方法2计算出的90%的张家山生态流量为1.48m3/s。

图7张家山站最小月平均流量频率曲线

4.4旱警流量确定

依据不同保证率计算的径流过程，进行供需平衡分析。按照预测分析，张家山水文站居民生活需水，灌溉需水不予以计算，因此，张家山站的旱警流量即为河道的生态流量值。生态流量两种方法算出来的值差异较大，方法三计算结果与《陕西省渭河水量调度实施细则》公布张家山旱警流量（1.5m3/s）接近，最终确定张家山水文站旱警流量为1.55m3/s。

5合理性分析

统计1964至2012年49年各年月平均流量中最小月平均流量出现的月份的频次，统计结果见表5，由表可知，最小流量主要出现在1月和12月，出现频率分别为49%和44.9%。

表5 张家山站最小月平均流量出现月份频次分析表

月份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月

出现次数 24 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 22

频率% 49.0 0 0 4.1 0 0 0 0 0 0 2.0 44.9

分析1964—2012年49年各月流量，其中小于旱警流量的月份及流量值见表6。

表6 张家山站小于旱警流量月年次数统计表

年份 2011 2010 2009 2008 2002 2000 1999 1998 1997 1996 1974 1970 1966

月均流量 0.786 0.827 1.21 1.26 1.44 1.54 1.46 1.43 1.55 1.37 1.51 1.54 1.54

月份 1 12 1 12 1 1 12 12 1 1 1 1 1

经泾河张家山站历史实测资料分析，从1993年后较旱，除1996年、2003年，其余年份径流量均低于多年平均年径流量，连续干旱，与旱警流量分析一致。根据建国陕西后旱灾情况统计，1966年为冬春夏轻度旱，1970、1974年关中冬春夏中度干旱， 1997年为典型干旱年，1995—1999为连续干旱年，2002为干旱年，与旱警流量分析一致。因此确定该成果合理。