对近期黄河来水量特点的分析与认识

2015-12-15史辅成

水利规划与设计 2015年8期

关键词：来水量花园口枯水

史辅成，张冉

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450003；2.河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098）

对近期黄河来水量特点的分析与认识

史辅成1，张冉2

（1.黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450003；2.河海大学水文水资源学院，江苏南京 210098）

自上世纪九十年代以来，黄河来水量总体呈偏枯态势。1990至2011年的 22年间，未发生丰水及偏丰水年，多为偏枯与枯水年份，间有平水年。经统计，最长的枯水与偏枯连续年份为 9年。与历史上 1922～1932年连续枯水段相比较，从枯的程度与年数上，1922～1932年更为严重。在近期 22年偏枯系列中，上游与中下游多数年份枯与偏枯性质同步。但也有几年上游为偏丰年，这有利于上游大型水库蓄水，进行多年调节，以丰补欠，满足全河工农业及生态需水。但也要作好全河遭遇 1922～1932年连续枯水段的预案准备。

连续枯水段；一致性处理；龙羊峡水库；天然径流量

20世纪90年代以来，黄河流域来水总体呈偏枯态势，由于黄河来水量偏枯，使 20世纪 90年代黄河频繁断流。从 1999年开始，实施全河水量统一调度以来，取得了较好的效果，在总体偏枯的系列年里，黄河未发生断流现象，而且最大限度满足了流域内经济社会发展的需水量。

本文拟就本次偏枯系列中最长连续枯水段的起止年份及年数、本次连续枯水段与历史上 1922～1932年连续枯水段对比分析以及花园口偏枯系列与上游唐乃亥站历年天然径流量的丰、枯水年对应情况等三方面进行分析讨论，便于在今后全河水量统一调度中参考借鉴。

1 20世纪 90年代以来最长的连续枯水段起止年份及年数

根据全国水资源评价的统一要求，黄河流域水资源调查评价的时段为 1956～2000年，经资料一致性处理后，花园口水文站多年平均河川天然径流量为 532.8亿m3。由于 2000年以后直至2011年仍然没有出现丰水或偏丰年份，为了了解枯水及偏枯的连续年数，将花园口水文站资料延长到 2012年，2001～2012年采用《黄河水资源公报》中的数据。

前面提到的“一致性处理”，是在推求断面天然径流量时，首先要还原断面以上工农业用水量。但是，由于人类活动改变了下垫面条件，使河川径流量有所变化，如水土保持措施使地表径流有所减少，修建水库增大了水面蒸发，地下水过量开采影响了地表径流量等。为使黄河天然径流量反映现状下垫面条件，需要将过去下垫面没有改变时天然径流量扣除以上各项径流的减少量，即称为天然径流量的“一致性处理”。

按照以往确定年径流量丰、枯性质的原则，将丰、枯等级按历年天然径流量与多年平均径流量的比值即模比系数分为五等，模比系数 K＞1.3为丰水，1.3＞K＞1.1为偏丰，1.1＞K＞0.9为平水，0.9＞K＞0.75为偏枯，K＜0.75为枯水。按此标准，花园口水文站 1989～2012年的丰、枯等级见表1。

表 1中 1989～2000年的天然径流量采用《黄河流域水资源调查评价》中的成果；2001～2012年采用《黄河水资源公报》中的成果。

从表1中可知，1989年花园口天然径流量为660亿 m3，属丰水年；2012年为 603.2亿 m3，属偏丰年。自1990～2011年的 22年间，黄河来水量都在平水年以下，平均天然径流量为 444.0亿 m3，仅占 1956～2000年多年平均径流量 532.7亿 m3的83.3%，虽然系列中有 7个平水年，从整体上来看还是偏枯系列。再将其中连续不间断的偏枯年与枯水年定为连续枯水段，则最长的连续枯水段为1994～2002年共 9年，其平均天然径流量为392.6亿 m3，只占 1956～2000年花园口水文站天然径流量的 73.7%。至于 2003～2011年的 9年间，黄河来水量虽也呈偏枯态势，但中间夹有 3个平水年，2003年和 2005年分别达到 562亿 m3和 555亿 m3，均超出1956～2000年均值 532.7亿m3，故不能算在连续枯水段中。

表1 花园口站 1989～2012年历年天然径流量及丰、枯等级表

2 1994～2002年连续枯水段与 1922～1932年连续枯水段的分析比较

黄河陕县（三门峡）自 1919年开始设站观测水文数据，其中 1922～1932年是连续 11年枯水段。现对 1994～2002年与 1922～1932年两个连续枯水段进行对比分析。

由于花园口水文站没有 1922～1932年实测资料，故用陕县（三门峡站）1922～1932年天然河川径流量与三门峡水文站 1994～2002年天然河川径流量进行对比分析。

表2中的 1994～2000年的经一致性处理后的天然径流量采用《黄河流域水资源调查评价》中的成果；2001～2012年采用《黄河水资源公报》中的成果；1922～1932年历年天然水量采用陕县水文站实测水量加上 20世纪 60年代调查推算的断面以上灌溉用水量。

表2 三门峡（陕县）1994～2002年与 1992～1932年连续枯水段对比表

为了使基础资料具有可比性，1922～1932年天然径流量亦应反映近期下垫面对径流量的影响。但是，《黄河流域水资源调查评价》中只有 1956～2000年天然径流量一致性处理值，现采用 1956～1965年三门峡断面 10年一致性处理的平均值 38.7亿m3，作为 1922～1932年的历年天然径流量的减少量，两个枯水段的天然年径流量如表 2。

从表2可以看出，1994～2002年 9年连续枯水段的天然径流量均值为 353.4亿 m3，其中有5个偏枯年和 4个枯水年。枯水段中天然径流量最大的为 1999年 424.8亿 m3；最小的为2002年267.2亿m3。1922～1932年 11年连续枯水段的天然径流量均值为329亿 m3，其中有4个偏枯年和7个枯水年。枯水段中天然径流量最大的为1925年 408亿 m3，最小的为1928年的218亿m3。值得注意的是，1994～2002年连续枯水段中最长的枯水年为 2000～2002年连续 3年，而1922～1932年最长的枯水年为 1928～1932年连续 5年。所以，从连续枯水段年数、枯水段天然径流量均值等方面均是 1922～1932年较1994～2002年更为严重，所以要作好遭遇更长连续枯水段调度运用的预案和准备，以使大灾之年各方面损失降到最小程度。

3 花园口水文站与上游唐乃亥水文站连续枯水年系列天然年径流量丰、枯对比分析

唐乃亥水文站位于黄河上游干流上，控制流域面积 121972km2，仅占全河流域面积的 16.2%，但其多年平均天然流量为 205.1亿 m3，占全河天然径流量的 38.5%，是黄河最主要的径流量来源地区。唐乃亥水文站又是黄河上最大的多年调节水库龙羊峡水库的入库站。因此，分析其在枯水段中与花园口水文站的丰、枯对应关系对全河水量统一调度来说有其特殊意义。

表3 唐乃亥站 1989～2010年历年天然径流量及丰、枯等级表

表 3中的天然径流量1989～2000年采用《黄河流域水资源调查评价》中的数据；2001～2012年采用《黄河水资源公报》上数据。

表 1与表 3对照可以看出，表 1中花园口水文站 1989年为丰永年，1990～2011年天然径流量均值为 444亿 m3，只占 1956～2000年多年均值532.7亿m3的83.3%。在这22年时段里，没有出现丰水年和偏丰年，共出现 7个平水年、6个偏枯年、9个枯水年。而唐乃亥水文站 1989年为丰水年，1990～2011年天然径流量均值为178.4亿m3，占唐乃亥水文站 1956～2000年多年均值 205.1亿 m3的 86%，较花园口水文站相应成果多出 2.7个百分点。从表 1和表 3中还可以看出，两水文站平水、偏枯、枯水完全对应的占 12年，相差一个等级的有 7年，这7年中一站是枯，一站是偏枯，都属于枯水性质的占 4年。也就是说，上、下水文站偏枯及枯水同步性质的占多数，这是由于唐乃亥水文站径流量占花园口水文站径流量的比例较大，因此上、下游有一定的同步性。

但是，从表 3中也可以看到，唐乃亥水文站1999年为 243.5亿 m3、2009年为 247亿 m3，属于偏丰年，但花园口该二年是偏枯年。这是由于黄河上游与黄河中游的天气系统与暴雨成因不同所致，这种情况将有利于全河水量调度。在花园口站都属于枯水系列时，唐乃亥站每隔几年出现一次丰水或偏丰年份，有利于龙羊峡水库蓄水，供给全河枯水系列的需水。龙羊峡水库总库容247亿 m3，装机容量 128万 kW，是黄河最上游的“龙头水库”。通过水量调节，除满足上游多座电站发电外，尚可提供全河枯水系列中的生产、生活、生态需水量。例如：2005年，花园口天然径流量为555亿 m3，属于平水年，而唐乃亥站天然径流量为 255亿 m3，属于偏丰年。由于入库水量较丰，2005年11月份水库蓄水位达2597.62m，距正常蓄水位2600m仅差2.38m，最大蓄水量达 238亿m3，这也是自 1986年龙羊峡蓄水运用以来蓄水量最大的一年。随后的 2006、2007、2008年花园口天然水量分别为 403、490、398亿 m3，只占多年平均来水量的 75%、92%、75%。为满足发电及国民经济用水，除去年内汛期蓄水、非汛期补水外，自 2005年 11月至 2008年 6月，龙羊峡水库发挥了多年调节补水作用，蓄水量由 238亿 m3泄至 144亿 m3，3年间共补水94亿 m3，最大限度地满足了连续枯水年发电、工农业及河口地区生态用水。2009年唐乃亥水文站全年径流量达 247亿 m3，属偏丰年，11月份蓄水量又达 224亿m3；2012年唐乃亥来水量284m3，属丰水年，龙羊峡蓄水量又达220亿 m3，可供今后遇枯水年份向全流域补水之用。但也应看到，1968年水电部曾组织有关单位对 1922～1932年黄河上中游进行全面调查，结果为黄河全流域均出现此 11年连续枯水段，如遇到这种情况，黄河水资源供需将面临严峻形势。