2020年度泰安市境内大汶河流域水文水资源分析

(泰安市水文中心，山东 泰安 271000)

泰安市位于山东省中部的泰山南麓，北依济南，东连瓷都淄博，西濒黄河，辖泰山、岱岳两个市辖区，宁阳、东平两个县，代管新泰、肥城2个县级市，面积7762km2。境内的泰山是国家重点风景名胜区，最高峰海拔1545m。

泰安市总体上属于资源性缺水地区。因此开展水文水资源分析评价，确定泰安地区水资源的数量及时空分布规律，研究降水和径流之间的平衡规律，分析水资源的演变情势对泰安市水资源进行整体性的评价是非常有必要的，可为达到泰安市水资源可持续利用的目标提供充分的科学依据。

1 大汶河流域及水文站网概况

1.1 大汶河流域概况

大汶河水系发源于山东省莱芜市钢城区黄庄镇台子村，迂回西流，途经山东莱芜钢城区、莱芜莱城区、泰安泰山区、泰安岱岳区及肥城市宁阳县、汶上县、东平县，在东平县马口村注入东平湖，经陈山口和清河门出湖闸出东平湖，经小清河进入黄河。大汶河全长231km，总流域面积8944km2；贯穿泰安市境内139km。大汶河流域水系复杂，支流众多，流域面积大于50km2以上的支流有43条，大汶河汶口坝以上为大汶河上游，是大汶河的主要集水区，分南北两大支流。北支称牟汶河，支流主要有瀛汶河、石汶河和泮汶河；南支为柴汶河，流域沿途有平阳河、光明河、羊流河、禹村河等河流汇入。汶口坝至戴村坝为大汶河中游，戴村坝以下至东平湖为大汶河下游，中下游主要有漕浊河和汇河汇入。

泰安市河流均为雨源型山溪性河流，分属黄河、淮河两大流域，北部以黄河流域大汶河水系为主，南部为淮河流域泗河、梁济运河水系。

东平湖是全省第二大淡水湖，位于大汶河下游东平县境内，上承汶河来水，南与运河相连，北有小清河与黄河相通，是黄河下游最大的滞洪区，既是东平北部山丘区河流的汇集区，又担负着大清河滞洪蓄水任务。

1.2 水文站网概况

泰安市大汶河流域共设有8处国家水文站，肩负着大汶河流域泰安市境内水文水资源监测、预报、防汛抗旱等任务。干流依次设有北望(三)站、大汶口站、戴村坝(三)站。二级支流石汶河设有黄前水库水文站；大汶河南支设有东周水库水文站、光明水库水文站、楼德水文站；康王河设有白楼水文站。大汶河流域基本站信息见表1。

表1 大汶河流域基本站信息

2 水文测验情况

2.1 雨水情情况

2020年1—12月泰安市全市平均降水量为896.5mm，较2019年同期偏多71.7%，较历年同期偏多28.9%。进入8月以来，受副高边缘暖湿气流影响，全市平均降水量424.9 mm， 8月份降水占年降水量的47.4%，比2019年同期偏多近1倍，比历年同期偏多1.72倍。

2020年各区域年降水量：泰山区1064.4 mm，比历年偏多1倍；新泰市1028.0mm、宁阳县848.4mm，比历年偏多2.1倍左右；东平县776.6mm、岱岳区891.0mm、肥城市829.2mm，比历年偏多1.4～1.9倍。2020年1—12月全市最大点雨量为新泰市盘车沟雨量站的1226.9 mm。

2.2 洪水测报情况

2020年泰安市发生4次连续较大洪水，均出现在8月。

2.2.1 水库站测验情况

光明水库8月来水量4961万m3。2020年8月13日，光明水库72h入库水量2040万m3，在1964—2020年57年间的年最大72h洪量资料系列中排第三位，约为35年一遇。最大入库流量为558m3/s。

东周水库全年蓄水量为6290万m3，其中8月5701万m3。2020年8月13日，东周水库72h入库水量2040万m3，在1964—2020年57年间的年最大72h洪量资料系列中排第三位，约为10年一遇。最大入库流量为440m3/s。

黄前水库全年蓄水量为4393万m3，其中8月3489万m3，最大入库流量为173m3/s。

各水库均出现溢洪放水的情况。

2.2.2 河道站测验情况

大汶河流域8月强暴雨造成连续洪水，给水文测验工作带来挑战。由表2中洪水测验数据可知，北望(三)站年径流量6.071亿m3,8月入库水量4.205亿m3，占全年径流量的69.3%；楼德站年径流量4.180亿m3,8月入库水量3.027亿m3，占全年径流量的72.4%；大汶口站年径流量11.14亿m3,8月入库水量8.919亿m3，占全年径流量的80%；戴村坝(三)站年径流量11.32亿m3,8月入库水量8.504亿m3，占全年径流量的75.1%。各站流量过程线见图1。

表2 2020年各河道站洪水总量、洪峰流量对照情况

3 降水量评价分析

3.1 采用P-Ⅲ型频率曲线进行分析

在n项连序暴雨系列中，按大小排序的第m项暴雨的经验频率Pm采用数学期望公式计算：

(1)

采用矩法公式计算均值、均方差、变差系数，计算公式为

(2)

(3)

(4)

式中：Xi为实测第i项暴雨变量(i=1,2,…,n)。

采用式(1)～式(4)进行频率计算，初估统计参数，采用P-Ⅲ型频率曲线，取偏态系数进行适线，以理论频率曲线与应验点据拟合好为原则，确定统计参数计算成果。

山东省第三次水资源调查评价(以下简称三调)采用的降水量资料系列为1956—2016年及1980—2016年资料系列。本次评价将系列延长至2020年，采用P-Ⅲ型曲线进行排频计算，P10%=908.0mm,P50%=684.2mm,P75%=582.9mm,P95%=455.5mm。2020年大汶河流域降水896.5mm,接近10年一遇；大汶河多年平均降雨量696.4mm，变差系数Cv=0.23。1956—2016年计算的多年平均降水量为695.3mm,与三调数据结果基本吻合。三调系列延长至2020年后不同频率年降水量见表3。

图1 2020年8月河道站上下游流量过程线

表3 不同频率年降水量计算结果

3.2 采用均方差法对降水进行分析统计

丰、枯水年份降水量划分的标准如下：

采用1956—2020年降水资料系列，并采用以上公式计算各年度的Xi，统计丰水年份24个，平水年份18个，枯水年份23个。2020年属于丰水年份。

4 水资源量计算

4.1 单站径流还原计算

本次还原计算根据水文站网布设情况，还原区间包括：黄前水库站以上区间；东周水库站以上区间；光明水库站以上区间；黄前、陈北、崅峪—北望站区间；东周、光明—楼德区间；北望、楼德—大汶口区间；大汶口—戴村坝区间。

此次还原计算采用全面收集水文监测资料、典型调查、直报系统用水数据分析相结合的方法，按照评价要求逐月进行，分河系自上而下按测站控制断面分段进行，然后逐级累计成全流域的还原水量。

本次还原计算方法采用分项调查分析法，其计算公式为

W天=W实测+W农业+W工业+W生活±W蓄±

W引±W分洪决口

(5)

式中：W天为天然径流量；W实测为实测径流量；W农业为农业灌溉耗水量；W工业为工业耗水量；W生活为居民生活耗水量；W蓄为水库蓄水变量；W引为跨流域引水量；W分洪决口为河道分洪、决口水量。

根据还原后的径流深乘以分区集水面积，得到分区年径流量即地表水资源量。泰山区径流深357.4mm，地表水资源量12044万m3;岱岳区径流深286.3mm，地表水资源量50102万m3;宁阳县径流深147.1mm，地表水资源量16544万m3;东平县径流深156.6mm，地表水资源量20978万m3;新泰市径流深330.0mm，地表水资源量63782万m3;肥城市径流深175.4mm，地表水资源量22400万m3。

泰安市地表水资源量185850万m3(径流深239.4mm)，较2019年度增加174%，较多年平均增加71%。将三调数据延长至2020年，不同频率年地表水资源量见表4。不同保证率地表水资源量频率曲线见图2。

表4 不同频率年地表水资源量 单位：万m3

图2 不同保证率地表水资源量频率曲线(1956—2020年)

1956—2016多年平均水资源量108429万m3, 1956—2020年多年平均水资源量108642万m3。与三调计算结果吻合。

4.2 年径流量分级评价分析

根据水文年径流量分级表，偏丰年的代表频率为20%，平水年的代表频率为50%，偏枯年的代表频率为75%，枯水年的代表频率为95%。1956—2020年资料系列长，代表性好，从而确定大汶河流域泰安市境内多年平均径流量为108642万m3。年径流量大于163023万m3为偏丰年，年径流量91286～163023万m3为平水年，年径流量51947～91286万m3为偏枯年，年径流量18547～51947万m3为枯水年。2020年径流量185850万m3，为偏丰年。

5 结 语

本次水文水资源分析采用大汶河流域国家水文站测量数据进行评价，所选站网具有较强的代表性，监测频次及质量符合测验整编规范要求。各站洪水历时、洪峰出现时间符合流域洪水传播规律，径流量满足上下游水量平衡要求。

三调降水量资料系列为1956—2016年及1980—2016年资料系列。本次评价将降水量系列资料延长至2020年，采用P-Ⅲ型曲线进行排频计算，2020年大汶河流域降水896.5mm,接近10年一遇。大汶河多年平均降水量696.4mm。1956—2016年多年平均降水量695.3mm,与三调数据结果基本吻合。

2020年度泰安市地表水资源量18580万m3，较2019年度增加174%，较多年平均增加71%。通过P-Ⅲ型曲线计算属于丰水年份，保证率约为15年一遇。将三调数据延长， 1956—2016年多年平均水资源量108429万m3,1956—2020年多年平均水资源量108642万m3，与三调计算结果吻合。

开展水文水资源分析评价工作，分析当地的水资源承载能力，必须树立水资源“以需定供、以水定产”的观念，为建立和完善适水性产业结构提供支持，同时，水文水资源分析评价可为水利、路桥等各项工程防洪安全设计提供技术依据。