卫河流域合河水文站暴雨径流关系分析

赵文举，郭卫宁，赵珑迪

（1.河南省新乡水文水资源勘测局，河南新乡453002；2.黄河水利委员会水文局，河南郑州450004）

卫河流域合河水文站暴雨径流关系分析

赵文举1，郭卫宁2，赵珑迪1

（1.河南省新乡水文水资源勘测局，河南新乡453002；2.黄河水利委员会水文局，河南郑州450004）

对卫河流域合河水文站1955年至今的21次洪水资料进行统计，计算了该流域的面雨量、前期影响雨量和径流深，分析了影响该流域径流关系的主要因素，探讨了该区径流系数变化的规律。

卫河流域；合河水文站；暴雨；径流系数；产流能力；前期影响雨量；人类活动

1 流域概况

1.1 水系概况

卫河是中国海河水系南运河水系的主要支流，发源于山西省陵川县夺火镇，流经河南省的焦作市、新乡市、安阳市、鹤壁市，河北省邯郸市的大名县，山东省聊城的冠县，复入河北省馆陶县秤钩湾，与漳河相会后，汇入南运河。卫河在新乡市新乡县合河乡至鹤壁市浚县王庄乡河段分为两支，一支为共产主义渠，另一支为卫河河道［1］。

1.2 水文站概况

合河（卫）水位站地处合河闸下游约300m处，河南省新乡县合河乡后贾村，位于东经113°46′、北纬35°21′处。该站始建于1933年11月，后因战乱停测。中华人民共和国成立后，恢复观测。现在由河南省新乡水文水资源勘测局管理［2］。合河闸建闸前，监测的水量为全流域水量；合河闸建成后，监测的水量为合河闸分配的水量。需要说明的是，共产主义渠开挖之前，合河镇至新乡市区有一片低洼地，大水时分流滞蓄一部分洪水。合河（共）水文站位于合河闸下游约1200m的共产主义渠上，设立于1955年6月。共产主义渠开挖前，监测洼地分流的洪水；共产主义渠开挖后，监测共产主义渠水量。由于合河闸以下卫河和共产主义渠的水量受合河闸控制，合河（卫）水文站和合河（共）水文站监测的水量相加是卫河全河水量。本文将合河（卫）水文站与合河（共）水文站合称合河水文站。

1.3 地形概况

合河水文站以上流域面积为4 061 km2（山区面积和平原面积约各占一半），包括太行山南麓，丹河流域以东的山西省陵川县及焦作市区、修武县、辉县市、获嘉县等市县。北部山区主要支流有新河、山门河、纸坊沟、峪河、石门河、黄水河、刘店干河和百泉河等河流，南部平原主要支流有蒋沟、大狮涝河和共产主义渠。

1.4 水利工程概况

自1958年以来，在合河水文站以上山区支流上先后建成了4座中型水库、5座小（1）型水库以及18座小（2）型水库［3］。1971年，在卫河上建成群英水库，控制流域面积为165 km2，总库容为1 660万m3，防洪库容为700万m3；1982年，在子房河上建成马鞍石水库，控制流域面积为90 km2，总库容为1 057万m3，防洪库容为334万m3；1988年，在石门河上建成石门水库，控制流域面积为132km2，总库容为2773万m3，防洪库容为203万m3；1994年，在峪河上建成宝泉水库，控制流域面积为538.4 km2，总库容为6 750万m3，防洪库容为379.73万m3。另外，长岭、拍石头等23座小型水库总库容合计2 066万m3。

1.5 水文气候概况

河南省卫河流域属暖温带半湿润半干旱季风气候，全年四季分明。冬季寒冷少雨雪，春季干旱多风沙，夏季炎热多雨，秋季风和气爽。区内多年平均降水量在500～800mm之间，由南向北、由东向西递减。受东南季风影响，该区年内降水量极不平均，降水主要集中在7～9月。

2 暴雨、径流计算

本次研究采用1955年至今合河水文站21次洪水资料进行计算、分析。

2.1 面雨量和前期影响雨量的计算

2.1.1 区域平均降水量的分析计算

流域面平均降水量P可以通过对玄坛庙、焦作、宝泉、合河等共15个雨量站的数据进行加权平均而得，其计算式如公式（1）所示［4］。

各雨量站权重取值如表1所示。

2.1.2 前期影响雨量的计算

前期影响雨量Pa采用公式（2）对前30 d的雨量进行逐日计算。

式中：Pa为前期影响雨量，当Pa＞最大前期影响雨量时，取Pa＝Im；k为折减系数；t为距计算日的天数；Pt为前第t日的面平均日降水量。

6～9月份的k值分别为0.85、0.86、0.87、0.88。最大前期影响雨量采用1992年汇编方案的数据，合河水文站Im＝100mm。

表1 各雨量站权重表Tab.1 Rainfall station weight

2.2 径流深R的推求及成果分析

按每天递减约12m3／s将地下径流过程概化为直线。将实测洪水流量过程线减去地下径流过程线，得到地表径流过程线。据此推算径流深R［5］。合河水文站21次洪水径流计算成果如表2所示。合河水文站不同年代的R／（P＋Pa）、R／P均值对比情况如表3所示。

表2 卫河合河站降水径流成果表Tab.2 Hehe hydrological station rainfall runoff results of W eihe river

表3 合河水文站不同年代的R／（P＋Pa）、R／P均值对比表Tab.3 The average value com parison of R／（P＋Pa），R／P of different yearsof Hehehydrologicalstation

从表3可以看出，随着时代的发展，合河水文站的R／（P＋Pa）、R／P均值有明显的下降趋势。这说明，水利工程和人类活动的影响使该区下垫面发生很大变化，致使本流域相同降水量形成的径流量呈逐年下降的趋势。

3 影响径流的因素分析

3.1 前期影响雨量对径流的影响

把表2中前期影响雨量Pa大于50mm和小于50 mm的降水场次分开进行对比发现，前期影响雨量Pa大于50mm的降水场次的径流深均值为51.5mm，径流系数R／P的均值为0.45；前期影响雨量Pa小于50 mm的降水场次的径流深均值为26.1mm，径流系数R／P的均值为0.18。这说明，前期影响雨量越大，越易形成径流，即产流能力越强。如，1962年6月18日、1971年7月30日、1976年7月17日等几场洪水，虽然发生很强的降水，但是径流深和径流系数都很小。其中一个主要原因就是，这些降水场次的前期雨量很少，降水多补给到地下，很难形成地表径流。反观1956年8月2日、1963年8月7日等几场降雨，虽然降水量不是非常大，却能形成较大的径流。再比如1963年8月7日与1976年7月17日的两场降水，后者降水量是前者的两倍还多，而径流深却基本相当。造成这种结果的主要原因之一就是，后者前期影响雨量Pa较前者过小。综上所述，前期影响雨量对径流的影响非常显著，是分析降水径流关系的一个重要因素。

3.2 人类活动对径流的影响

人类活动影响主要包括水利工程影响和下垫面变化影响。水利工程影响主要是通过拦蓄调节作用，改变原有的径流方式；下垫面变化影响是由于土地利用方式的改变，打破了原来的产汇流条件。卫河流域降水量相对偏小，水资源缺乏，上游为了解决水资源短缺与社会经济发展需水量增加的矛盾，大修水库及橡胶坝等水利工程，从而导致下游产汇流条件更加恶劣。如1982年7月31日洪水，降水量为211mm，前期雨量为43.6mm，但形成的地表径流仅31mm，就是受1982年建成的马鞍石水库拦蓄调节的直接影响；1988年8月1日洪水，降水量为139mm，前期雨量为22mm，仅形成地表径流5mm，产流系数仅为0.04，是受1988年建成的石门水库拦蓄调节的直接影响。随着各种水利工程的兴建以及人类活动造成下垫面变化的加剧，原有的产汇流条件正在不断地发生改变。

3.3 径流系数变化趋势分析

根据合河水文站21场洪水计算成果，可以点绘出降水与径流的相关图（如图1所示）和降水＋前期影响雨量与径流相关图（如图2所示）。

从图1和图2可以看出，在降水量及前期影响雨量相同的情况下，越靠前的年份，越容易形成地表径流，反之，越靠近近年，则越难形成地表径流。也就是说，随着时间的推移，该流域径流系数及产流能力正在逐年减小。

图1 合河水文站R～P关系图Fig.1 Hehe hydrological station R～P relation s

图2 合河水文站R~P+Pa关系图Fig.2 Hehe hydrological station R～P＋Parelation s

4 结语

综上所述，流域径流的主要影响因素有前期影响雨量和人类活动。随着时代的发展，人类活动对降水径流的影响越发突出。随着越来越多的水利工程的兴建以及人类活动造成的下垫面变化的加剧，卫河流域的产汇流条件不断变化，致使相同降水量形成的径流量正在呈逐年下降的趋势。也就是说，人类活动正在促使本流域的产流能力逐年下降。

这必将对流域的水资源综合利用产生深远的影响。

［1］百度百科.卫河［EB／OL］.［2015－11－05］.http：／／baike.baidu.com／link？url＝rcXWRnin IRiJ4KZm EqX 1LcIpKU nCfhqT56xuuTbiDW＿dQrnGlvzxrtvJI－JhM JG3XP9U－u6＿RsEOGfYLQgp7ka.

［2］岳利军，赵彦增，韩潮，等.河南省水文站基本资料汇编［M］.郑州：黄河水利出版社，2014：302－350.

［3］闫寿松，何长海，许凯，等.新乡水文水资源统计与分析［M］.郑州：黄河水利出版社，2015：121－160.

［4］张文华，郭生练.流域降雨径流理论与方法［M］.武汉：湖北科学技术出版社，2008：178.

［5］林三益.水文预报［M］.北京：中国水利水电出版社，2003：206.

[责任编辑 杨明庆]

TV12

B

10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.004

2015-12-18

赵文举（1982－），男，河南新乡人，工程师，主要从事水文水资源分析工作。