濟南市小清河流域汛期分期方法探析

李　娜，蔣文清,付海軍

（1.濟南市邢家渡引黃灌溉管理處，山東 濟南 250100；2.濟南市水利建筑勘測設計研究院，山東 濟南 250014；3.國核電力規劃設計研究院，北京 100095）

濟南市小清河流域汛期分期方法探析

李娜1，蔣文清2,付海軍3

（1.濟南市邢家渡引黃灌溉管理處，山東 濟南 250100；2.濟南市水利建筑勘測設計研究院，山東 濟南 250014；3.國核電力規劃設計研究院，北京 100095）

綜合運用成因分析法、數理統計分析法及模糊集合分析法對小清河流域汛期分期進行劃分，旨在為制定科學合理的洪水調度運用方案提供參考，從而有效的利用汛期洪水資源，以補充非汛期河道水域生態景觀需水。

小清河；成因分析法；數理統計法；模糊集合分析法；汛期分期

濟南市小清河流域，南依泰沂山脈，北界黃河，位于濟南市東部，境內全長70.5km，控制流域面積2792km2。近年來，隨著小清河綜合治理工作的全面完成，治理后的小清河水域生態景觀功能需逐步提升。因濟南屬資源型缺水城市，小清河生態景觀用水問題亟待解決，因此，研究如何通過非工程措施滿足小清河生態景觀需水量，具有現實意義。

小清河是濟南市唯一的排洪河道，該流域防汛規定的汛期為每年的6月1日～9月30日，為確保安全度汛，流域內水庫汛期常年 “限蓄廢泄”，汛后卻無水可蓄，如果將小清河流域汛期進行合理劃分，進而以合理的汛期分期，科學的調度汛期洪水資源，增加流域內水庫汛末蓄水，以分期增蓄水量來補充非汛期河道生態景觀需水將成為可能。

1　汛期分期的劃分方法

目前，對于汛期分期的劃分方法已有大量研究，較為常用的主要有成因分析法、數理統計法、模糊分析法，本文對這3種方法加以介紹，并應用這3種方法對小清河流域汛期進行劃分。

1.1成因分析法

成因分析法是分析影響流域內水文、氣象等眾多因素，在根據防洪安全和興利蓄水要求、河道及水庫工程狀況等，明確流域“汛期”或“主汛期”具體涵義的基礎上，通過探索各因素的季節性變化規律，選取流域某一量級暴雨量、入庫洪峰、入庫徑流量、河道水位等指標，分析其在1年內的變化規律，尋求其與天氣系統、大氣環流之間的相關密切程度。最終根據上述分析結果，以突變點作為汛期分期的劃分點，從而對汛期進行劃分。

1.2數理統計法

數量統計法是利用實測歷史降雨量（或徑流量）資料，選擇統計指標，分析指標在年內（或汛期）的變化規律，最后通過數量統計理論得出汛期的變化規律。該方法的基本步驟為：

1）按月（或旬）統計描述汛期指標降雨量（或徑流量）的頻率，或點繪指標的散布圖取外包線。

2）選定一定的頻率標準，分析選定標準的合理性，以確定汛期分期的劃分點。

3）依據汛期分期劃分點，對汛期進行劃分。1.3模糊集合分析法

模糊集合分析法是依據汛期劃分的模糊性，運用模糊集合理論推求不同時刻的汛期隸屬度，從而確定汛期起訖時間，進而對汛期進行劃分。其計算步驟如下：

1）將n年實測降雨（或流量）過程作為試驗集，定義一個進入汛期（或主汛期）的降雨量（或流量）標準Yr。

2）對任一年i，根據大于或等于Yr的起始時間t1r和終止時間t2r確定該年的汛期（或主汛期）區間，稱為模糊集合A的一次試驗結果，n年可得n個試驗結果，可以TI=[t1r，t2r]，I=1，2，…，n表示。一次試驗結果稱為一次顯影，n次可得到n個顯影樣本。

3）在論域T上，某一時間t被汛期顯影樣本區TI覆蓋的次數為mi，則時間t屬于汛期（或主汛期）模糊集A的隸屬頻率PA（t）=mi/n，當n充分大時（n→∞），即可得隸屬度：

對于不同時間t依次計算隸屬度，求得隸屬函數，并繪制隸屬曲線，結合流域汛期調度運用實際，選取節點隸屬度，作為汛期分期劃分點的依據。

2　小清河流域汛期劃分方法

就濟南市小清河流域而言，暴雨洪水的季節性變化影響因素十分復雜，應從多種途徑來研究，綜合各種方法所得結果，最終確定汛期分期的合理劃分。

2.1成因分析

小清河流域屬暖溫帶半濕潤大陸性季風型氣候，年內四季分明、季風明顯。冬季寒冷干燥，降水量稀少；夏季高溫炎熱，冷暖空氣活動較頻繁，為暴雨洪水主要發生期。流域內暴雨的形成不僅受副熱帶高壓的影響，還受到西風帶系統及熱帶氣旋等環流活動的影響，而且常常受這三類天氣系統共同作用。流域內多年平均降雨量為641.5mm，年際之間降雨量變化較大，最大年降雨量為1216.4mm（1964年），最小年降雨量為363.3mm（1989年）。降雨量年內分配不均，全年60%的降水集中在夏季，多年平均在400mm以上，7月份降水日數多年平均在15d左右，日降水量≥50mm的暴雨日數集中在7、8兩月，占全年暴雨日數的70%。由此，根據上述氣候特征與天氣系統成因分析，可初步將7、8兩月劃為主汛期。

2.2數理統計分析

結合小清河流域降雨徑流特征，選取汛期多年平均月降雨量、徑流量為指標，進行統計分析，同時對流域內特征年干流洪峰情況進行統計。

1）降雨統計分析。根據小清河流域內及周邊12個雨量站多年降雨資料，統計汛期各月降雨量占全年降雨量百分比。汛期各月降雨量占全年降雨量百分比統計表見表1

表1小清河流域內各雨量站汛期降雨量占全年降雨量百分比統計表%

由表1可知，各站7月份降雨量占全年降雨量比重最大，其次是8月份，6、9兩月占比相對較小。

2）徑流統計分析。根據流域內黃臺橋水文站實測多年徑流資料，統計汛期各月徑流量占全年徑流百分比。汛期各月徑流量占全年徑流量百分比見表2。

表2小清河流域黃臺橋站汛期月徑流量占全年徑流量百分比統計表

由表2可知，6～9月份各月多年平均徑流量呈由少至多，然后再由多至少的變化規律。7、8兩月多年平均徑流量占比最大。

3）洪峰流量分析。根據黃臺橋水文站實測洪峰流量資料，對6個特征年份干流洪峰流量出現時間進行統計，統計結果見表3。

表3小清河流域黃臺橋水文站特征年干流洪峰情況統計表

由表3可知，黃臺橋站6個特征年干流洪峰均出現在7、8月份。

通過對流域內汛期各月降雨、徑流及特征年干流洪峰出現時間統計分析，可進一步對小清河流域汛期進行劃分，即劃定6月為前汛期、7、8月為

2.3模糊集合分析對小清河流域汛期分期驚醒模糊統計分析分析。

將1951～2008年57年流域均降雨量資料作為模糊統計試驗集。結合取全流域平均日降雨量Yf=汛期起止的指標，經計算得曲線。小清河流域隸屬曲線見圖1。

圖1小清河流域隸屬曲線

如果將隸屬度大于0.6作為劃分主汛期的標準，由圖1可見，7、8兩月應劃定為主汛期。

綜合以上3種方法確定的汛期分期劃分，可明確將小清河流域汛期劃分為3段，分別為前汛期（6月），主汛期（7月、8月）、后汛期（9月）。

3　結語

1）流域汛期分期的劃分，首先要將防洪安全求。分期劃際，還應考慮

2）生態景觀需水是指維持河流基本功能（生態、水環境、景觀等）所需水量，對小清河水域開展非汛期生態補水研究，分析計算其生態景觀需水量應是必需環節。

3）本文分析結果也可為濟南市小清河流域水資源調配、水資源供需分析提供參考。

（責任編輯趙其芬）

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1009-6159（2015）-11-0014-02

李娜（1982—），女，工程師