趙王河流域天然徑流量估算與水環境變化

王會樂，張道長 ，聶慶林

（1.聊城水文水資源勘測局，山東 聊城 252000；2.煙臺水文水資源勘測局，山東 煙臺 264000）

受全球氣候變化的影響，黃河的來水呈現出遞減趨勢。有研究指出，與1956—1979年水文系列相比，1980—2000年黃河天然徑流量減少了18%，預計到2020年及2030年黃河徑流量將繼續減少15～20億m3。東昌湖作為聊城市城區以黃河為補水水源的人工湖泊，年生態補水需求量約1 000萬m3，未來將可能出現“有指標、無水量”，生態用水得不到保障的局面。有關專家建議開發趙王河作為未來向東昌湖生態補水的第二水源，為此對趙王河流域徑流量與水變化趨勢進行分析，以探討該方案的可能性。

1 流域概況

趙王河發源于山東省陽谷縣趙升白村，流經陽谷縣東部，于孟屯東穿過位山三干渠，在朱老莊鄉四甲李村東入東昌府區境內，與小運河在趙樓村北匯合，至四河頭入徒駭河。河流呈南北向，控制陽谷縣東部和東昌府區南部地區，全長50.9 km，流域面積692.5 km2，是徒駭河主要支流之一。

南水北調東線工程黃河以北輸水干線貫穿該流域，渠道擴挖利用小運河、趙王河24.2 km，與位山三干渠、徒駭河倒虹吸立交，一期工程設計輸水流量50 m3/s。

趙王河屬于雨源性河流，主要排泄流域內雨洪澇水，多年平均年降水量568.6 mm。降水特點：年際間豐、枯懸殊，最大年（1953年）降水量999 mm，最小年（2002年）降水量僅296.6 mm；年內分布不均，6—9月降水量405.9 mm，占年降水的71.4%，且一般由幾次大暴雨形成。歷史上豐枯水年不僅交替出現，而且曾發生連續豐水或枯水年，呈現春季易旱、夏季易澇、晚秋又旱的自然特點。

趙王河主要排泄本流域雨洪徑流，汛后或春灌期間通過趙升白閘、張秋閘接納部分金堤河尾水，本水資源量分析僅限于流域內雨洪徑流。

2 趙王河徑流量分析

趙王河來水量多少主要取決于流域內降水量豐枯狀況。因流域內沒有設置水文站，徑流量分析利用區域降雨-徑流量關系，采用區域年徑流系數和年徑流深等值線兩種方法推算。

2.1 利用區域年徑流系數推求徑流量

趙王河流域地處位山灌區，河網密度高，地下水埋深1～3 m，流域來水量分析首先根據流域內實測降水量資料，分析不同保證率下年降水量，再依據分析區所在徒駭河流域的年降水量與徑流量實測資料，分析流域年徑流系數，并將成果應用于設計流域推求不同水平年水資源量。

1）趙王河流域降水量分析。為分析流域不同保證率年降水量，選取流域內具有代表性的陽谷、壽張、安樂鎮、聊城等雨量站，資料采用1953—2010年共58年系列。根據流域內所選定的雨量站，用算術平均法計算面平均年雨量，組成1953—2010年降水量樣本系列，進行頻率計算。用矩法初估統計參數、Cv，取Cs=2Cv，采用皮爾遜Ⅲ型曲線進行適線，適線時既照顧到整個點群的分布，又側重中下部平、枯水年份雨量點據，求得流域不同水平年的設計面平均雨量。不同保證率設計年雨量成果見表1。

表1 年降水量設計成果表

2）趙王河流域徑流量分析。根據趙王河所在徒駭河流域氣候特點和下墊面條件，結合不同水平年設計年降水量，選取不同的年徑流系數，推求不同降水保證率年份區域徑流量。年徑流系數的選取，采用2005年聊城市水資源調查評價區域徑流量還原計算成果，由相應降水量級實際年降水量與對應年份徑流量分析確定，不同保證率年徑流系數采用與設計降水量接近的多個年份徑流系數均值，20%豐水年徑流系數0.076，50%平水年徑流系數0.057，75%枯水年徑流系數0.030，95%的特枯水年徑流系數0.005 2，計算不同水平年流域年徑流量見表2。

表2 年徑流量設計成果表

2.2 采用年徑流量等值線分析

綜合山東省水文圖集、聊城市水資源可持續利用規劃分析的年徑流量等值線圖，查圖得到趙王河流域多年平均徑流量（深）x=45 mm，變差系數Cv=1.20，取 Cs=2Cv，則保證率 20%豐水年,Kp=1.65；50%平水年,Kp=0.58；75%枯水年,Kp=0.18，流域面積692.5 km2，由式

式中：W為徑流量，萬m3；x為多年平均徑流深，mm；F 為流域面積，km2。

計算不同保證率年徑流量見表3。

表3 年徑流量分析成果表

2.3 流域徑流量推算成果分析

趙王河流域年徑流量具有年際變化大、連豐或連枯及豐枯交替等特點，年內分配嚴重不均，徑流量的90%以上集中在汛期4～5個月內，給徑流量的攔蓄利用帶來較大困難。由于年徑流量的大小除受降水量、蒸發量等氣象因素影響外，還受地表植被情況、土壤類別、地下水埋深等諸多下墊面因素的影響，準確分析流域年徑流量難度較大。特別是缺乏實測流量資料條件下的徑流量分析，因降水量及其時空分布的隨機性和下墊面情況的復雜性，分析所得成果與實際可能出現偏差。本次采用流域年徑流系數法與等值線法推算成果進行對比，見表4。

表4 年徑流量分析成果比較對照表

對比兩種徑流量分析方法，徑流量等值線法是無資料地區年徑流量分析通常采用的基本方法，理論上比較成熟，但年徑流量（深）等值線、變差系數Cv等值線圖繪制建立在較大尺度流域降雨徑流關系基礎之上，應用于小流域精度不高。其次，山東省年徑流量（深）、變差系數Cv等值線圖系采用1980年以前的資料分析得到，資料系列較短，且30年后現狀下墊面條件已發生較大變化，等值線圖應用于現狀推求徑流量，影響分析成果可靠性。本次該方法推算結果僅用于對比分析。

相比較而言，年徑流系數法建立在設計流域實測降水量資料基礎之上，年徑流系數直接由設計流域所在區域實測流量資料、降水量資料分析確定，不同頻率年徑流系數采用與設計降水量接近的多個年份徑流系數均值，消除了降水時空分布差異對產流的影響，比較符合流域降雨徑流關系實際情況，分析方法具有合理性。

兩種方法設計徑流量分析結果顯示，20%豐水年、95%的特枯水年徑流量分析成果差別較大，50%平水年與75%的枯水年徑流量分析成果較為接近，綜合考慮兩種分析方法的合理性，認為采用年徑流系數法徑流量分析成果，更具可靠性。

3 趙王河水質現狀及變化趨勢

趙王河流域來水以流域內雨洪徑流為主，除少量農村生活污水、農藥化肥殘留外，沒有工業污廢水排入，因此豐水期河流水質以Ⅳ類或優于Ⅳ類地表水水質為主；枯水期當地徑流量很少，來水以接納的金堤河尾水為主，水質的優劣取決于金堤河尾水的水質狀況。

根據聊城市水環境監測中心2003—2011年趙王河代表斷面水質監測資料分析，7—10月豐平水年份河流水質一般為Ⅳ類或Ⅲ類水質，枯水年份為Ⅴ類或輕度劣Ⅴ類水質；11月—次年6月河流水質受金堤河水質影響波動較大。

趙王河2003—2011年豐、枯水期河流水質狀況，見表 5、表 6。

表5 代表河段枯水期主要污染物超標情況 mg/L

表6 代表河段豐水期主要污染物超標情況 mg/L

從表5、表6可以看出，主要污染物超標倍數2007年以前起伏變化較大，以后超標倍數呈現逐年遞減趨勢，至2011年各類污染物含量趨于達標，水質達到Ⅳ類或Ⅲ類地表水水質標準。河流主要污染物變化趨勢見圖1、圖2。

趙王河水環境質量明顯改善，與南水北調東線配套工程實施關系密切。為保障調水工程沿線水質不受污染，流域內與工程配套建設的截污導流工程已經建成運行，原導致河流污染的金堤河尾水自2011年起不再排入趙王河，客觀上保障了趙王河水質達到Ⅳ類或Ⅲ類水質標準。

4 結論

從趙王河水天然徑流量分析成果來看，20%豐水年和50%平水年河道徑流量分別為3 597萬m3、2 180萬m3，具有向東昌湖年生態補水1 000萬m3的基礎條件；75%枯水年和95%的特枯水年徑流量分別為956萬m3、125萬m3，可部分解決東昌湖生態補水問題。南水北調配套工程的實施，改善了趙王河水環境質量，2011年河流水體各類污染物含量趨于達標，水體達到Ⅲ類水質標準，滿足向東昌湖生態補水水質要求。鑒于趙王河徑流量主要集中在汛期7—9月份，可利用量受諸多因素影響，建議結合建設配套蓄水工程，對不同保證率年份可補水量進行更加細致的研究。