衛河元村集水文站水文特性分析

李永革

（河南省濮陽水文水資源勘測局,河南 濮陽 457000）

1 基本情況

衛河源于太行山南麓,自安陽市內黃縣西善村北入濮陽市,流經清豐、南樂兩縣,于南樂縣西崇町村東出境,入河北省,再至山東臨清入運河,全長411 km,流域面積14834 km2。濮陽境內河長29.4 km,流域面積380 km2。境內主要支流有硝河、加五支等。衛河支流多出自太行山區,源短流急,暴雨集流迅速,支大干小,排水不暢,常泛決成災,歷史上多有記載。中華人民共和國成立以后,曾對干流進行局部疏浚、擴挖、截流、清淤,并對堤防多次修復,泄洪流量由650 m3/s~850 m3/s,提高到2000 m3/s~2500 m3/s。衛河年均徑流總量為27.47 億m3,平水年為23.91 億m3,偏旱年為14.29 億m3。

元村集水文站,原名楚旺水文站,1979 年1 月下遷至元村集,更名為元村集水文站。元村集水文站位于河南省南樂縣元村鎮,1979 年設立,為國家重要水文站,為海河流域南運河水系衛河主要控制站、國家級報汛站、衛河流域省界控制站,集水面積14286 Km2,至河口距離112 km。該站觀測項目有：降水量、水位、流量、單沙、輸沙率等。該站采集本測驗斷面以上長系列水文要素信息,為水資源管理、防汛減災、水生態保護服務[1]。下轄水文站1 處、水位站1 處、雨量站1 處（見圖1）。

圖1 元村集水文站位置圖

2 分析資料選用及水文特征值統計

選用元村集水文站實測降水、流量、泥沙等水文資料、北張集雨量站和西元村水位站降水資料。西元村站、元村集站、北張集雨站均具有長系列降水資料,經單站合理性檢查,實測資料合理可靠,準確度高,且具有很好的代表性[2]。各站點水文特征值統計見表1。

表1 元村集水文站屬站水文特征值

3 特性分析

3.1 降水量

元村集水文站地處衛河下游,屬平原暖溫帶大陸性季風氣候,四季分明,春、秋兩季干燥少雨,夏季炎熱多雨,冬季嚴寒少雨。降水屬于主要的水資源,是地表和地下水補給的主要來源[3]。

根據元村集水文站、北張集雨量站、西元村水位站長系列的歷史降水資料顯示,該流域降水量年內分配極不均勻,主要集中在汛期（6 月~9 月）,其降水量占全年的72%左右,最小年降水量一般會出現在12 月~次年2 月,其降水量低于全年總量的4%（見表2）[4]。

表2 元村集站、北張集站、西元村站月、年降水量統計表

水文統計中的變差系數Cv值是一個重要參數,其值大小可以用來說明水文要素的長期變化過程和穩定程度,變差系數和極值比可以用來判斷降水量年際變化幅度,Cv值越大,說明年際變化越大[5]。長系列的歷史降水資料計算結果表明（表1）,該流域降水量年際變化大,多年平均降水量為549.5 mm。元村集水文站最大年降水量（1963 年）為1078.9 mm,最小年降水量（1981 年）246.5 mm,年際比值為4.4；北張集雨量站最大年降水量（2003 年）為817.0 mm,最小降水量（1978 年）252.5 mm,年際比值為3.2；西元村水位站最大年降水量（1964年）為1228.6 mm,最小降水量（1987 年）232.0 mm,年際比值為5.3。由表1 可以看出,3 處站點降水量的Cv值均較大,說明該流域降水量年際變化較大。根據圖2 可知,各站點降水量呈現逐年減少的趨勢。

3.2 徑流量

元村集水文站徑流量主要由降水及地下水補給等方式組成,其中汛期的降水量是徑流量的主要來源,徑流年內分配情況見表3。從表3 可以看出,7 月~11 月的徑流量占全年徑流量的62.54%,可以看出,徑流量的年內分配極不均勻。1 月~4 月徑流量均偏小,4 月份的徑流量最小,僅占全年的4.30%,和春季干燥少雨的特點相符合。

表3 元村集水文站徑流量年內分配表

根據元村集水文站年徑流量變化過程線（圖3）可以看出,最大年徑流量出現在1963 年,為53.63 億m3,最小年徑流量出現在2019 年,為2.463 億m3,倍比為21.8,由此可見徑流量年際變化很大,另外可以看出徑流量呈現逐年減小的趨勢。

圖3 元村集水文站歷年徑流量

3.3 含沙量

流域水土流失的情況,可以從其泥沙含量的大小反應出來。衛河為少量含沙的河流,泥沙的主要來源是降水、流域下墊面變化[6]。由于降水量主要集中在汛期,故汛期輸沙量偏大,斷面最大含沙量主要集中在6 月~9 月。據元村集水文站1991 年~2020 年30 年泥沙資料分析,多年平均含沙量為0.178 kg/m3,含沙量年內分配情況見圖4,含沙量逐年變化情況見圖5[7]。

圖4可以看出,元村集站含沙量年內分配極不均勻,7月份含沙量最大,8月次之,汛期6月~9月含沙量占比為73.46%,和降水量年內分配趨勢一致。從圖5可以看出,最大年平均含沙量為0.88 kg/m3（1991年）,最小含沙量為0（1997年）,含沙量年際變化很大,同時看出年平均含沙量呈現明顯的逐年減小的趨勢[8]。

圖4 元村集站含沙量年內分配圖

圖5 元村集站多年平均含沙量變化過程線

3.4 輸沙率

根據元村集水文站1991 年~2020 年實測輸沙率資料統計,多年平均輸沙率為5.09 kg/s,多年平均輸沙量為16.06 萬t,輸沙率年內分配極不均勻（見圖6）,主要集中在7 月~10 月。與含沙量年內分配基本相應,8 月份輸沙率最大,7 月份次之[9]。1 月~4 月、12 月輸沙率很小,幾乎為0。

表4 元村集站輸沙量年內分配表 單位：104t

圖6 元村集站多年月平均輸沙量年內分布圖

4 結論

1）元村集水文站斷面以上流域降水量主要集中在汛期（6 月~9 月）,其降水量占全年的72%左右,降水量年內分配極不均勻；降水量極值倍比和變差系數Cv值均較大,說明降水量年際變化大,另外降水量整體呈現減少的趨勢。

2）元村集水文站徑流量年內分配也極不均勻,主要集中在7 月~11 月,占全年的62.54%；較大的極值倍比和變差系數表明徑流年際間變化較大,受降水量逐年減少和下墊面條件不斷改變以及人類活動的影響[10],徑流量呈現逐年減少的趨勢。

3）元村集水文站含沙量、輸沙率的年內分配很不均勻,同時年際變化大。由于河道治理及時有效,含沙量、輸沙率近年來減少的趨勢明顯[11]。