烏衣巷水文站小流域降水量與水位關系分析

馬振宇，于詢鵬

（青島市水文局，山東 青島 266071）

白沙河，發源于嶗山巨峰海拔千米的天乙泉，是青島地區海拔最高的河流，號稱“青島天河”。白沙河河流全長32 km，河床寬度上游約50～100 m，中游200 m左右，下游300 m左右，流域面積209 km2。烏衣巷水文站位于白沙河上游，其控制流域面積43.9 km2，河長13.7 km，干流坡降37.7‰，監測項目主要有降水量、水位、流量、泥沙等，作為嶗山水庫的入庫控制站，其水情測報信息的快速準確對于白沙河防洪減災、嶗山水庫調度指揮起著至關重要的作用。

1 基本情況

烏衣巷水文站為嶗山水庫徑流控制站，屬于國家基本水文站，典型的小流域水文代表站。該站多年平均洪峰流量220 m3/s，歷史最大流量為1 100 m3/s，最高水位70.01 m，發生在2001年8月1日。流域上游建有四水、三水2座小（2）型水庫，總庫容分別為39.0萬m3、39.3萬m3。流域內自上而下設有蔚竹庵、北九水、燕石、后汪澗、烏衣巷5處雨量站，其中北九水雨量站為常年雨量站，燕石、后汪澗為汛期站（每年6~9月進行降水量觀測），蔚竹庵為中小河流雨量站點，各雨量站分布詳見圖1。

2 數據搜集計算

圖1 烏衣巷水文站流域圖

青島地處北溫帶季風區域，屬溫帶季風氣候，降水多集中在夏汛期（6~9月），本文分析選取各站經過整編后的2018年6~9月的各雨量站降水量數據和烏衣巷水文站的實測水位數據進行分析處理。計算烏衣巷水文站平均降水量，統計與降水量對應的洪水水位，選取流域平均降水量超過10 mm的數據參入本次分析。

2.1 流域平均降水量

流域內共設有蔚竹庵、北九水、燕石、后汪澗、烏衣巷5處雨量站，站點分布均勻，采用算術平均法計算流域日平均降水量，具有較高的計算精度，滿足分析需要。2018年汛期，根據降雨資料，統計各站日降水量，計算流域平均雨量，共選取了18次流域平均日降雨量大于10 mm的降雨過程。

2.2 日最高水位統計

根據水位觀測資料，對應統計的流域平均日降水量，分別統計相應日期的烏衣巷水文站監測斷面最高水位，并計算水位漲幅，詳見表1。

表1 烏衣巷流域平均降水量與最高水位統計表

3 數據分析

烏衣巷水文站位于白沙河上游河段，流域面積43.9 km2，河長13.7 km，干流坡降37.7‰，屬于山溪性河流，洪水源短流急，陡漲陡落，具有歷時短、峰高量小的特點。因其流域面積小，干流坡降大的原因，降雨徑流系數比普通流域大得多，洪水場次也同比偏多，特別是進入主汛期后，小型水利工程大部分蓄滿，土壤基本飽和后，降雨損失減少，徑流系數增大，有雨即產流的特點非常明顯，烏衣巷水文站測流斷面水位變化表現出“大雨大漲、小雨小漲”特點，與降雨量相關性非常突出。

本次分析，以日期為橫坐標，水位和降雨量為縱坐標，繪制了歷次降雨水位和降雨量過程線，詳見圖2。從圖2中可以看出，降雨量與水位有正相關關系，即降雨量越大水位越高，隨降雨增大水位增高更加明顯，符合流域產匯流規律。為分析其相關程度，應用線性相關分析，分析流域平均日降水量和水位、漲幅之間的相關關系。通過計算，其相關系數分別為0.79和0.85，降水量與水位漲幅相關系數大于降水量與水位的相關系數，主要原因是水位漲幅某種程度上消除了前期降雨影響，詳見圖3。

圖2 烏衣巷流域平均降水量與最高水位關系圖

圖3 烏衣巷流域平均降水量與水位漲幅關系圖

4 結語

1）2018年數據統計分析顯示，當流域平均降水量小于20 mm時，對河道水位上漲影響較小，降水量與水位相關性較差；當流域平均降水量大于30 mm時，降水量與水位相關性較為明顯，相關系數明顯增大。

2）流域平均降水量與水位漲幅相關性明顯好于降水量與水位的相關性。充分說明前期降雨和前期洪水對水位影響不可忽視。

3）流域平均降水量與水位的相關關系與流域特征、產匯流特性密切相關。研究流域的集水面積小、干流坡降大，其流域平均日降水量與日水位具有一定的相關關系，適用的前提條件是短歷時暴雨、單峰洪水。通過更長的系列資料和更多的數據分析，可進一步研究其產匯流規律，為防汛測報、防汛搶險提供決策依據。