丹江口水库汛期水文气象要素变化规律的初步分析

1、文章编号 :100620081 (2004) 01020022203丹江口水库秋汛期水文气象要素变化规律的初步分析金炎平赵文焕(长江水利委员会 长江中游水文水资源勘测局 ,湖北 武汉430012)摘要 :介绍了丹江口水库历年来的入库流量演变规律 ,反映了库区入流的季节变化特点 。该水库入库流量的年内演变划分为 2 个汛期 ,即夏汛和秋汛 。由于秋汛期是水库调度的关键时期 ,在确保防洪安全的 前提下 ,尽可能抓住时机蓄水 ,以保证枯水期供水 。作好秋汛长期水文预报对水库的科学调度有着十分重要的意义 。关键词 :秋汛 ;水文气象 ;变化规律 ;入库流量 ;丹江口水库中图分类号 : p332 . 4

2、文献标识码 :a丹江口水库位于汉江上游 ,库区流域跨鄂 、豫 、陕 3 省 ,在气候上它处于华西秋雨区 。选取 19302002 年丹江口水库入库流量资料 ,计算出历年各月 平均入库流量 。图 1 为丹江口水库历年各月月平均 入库流量过程线 ,图 1 基本反映出了库区入流的季节变化特点 。入库流量自 3 月起开始增加 , 7 和 9月出现两个峰值 。其中 ,月平均流量最大值出现在9 月 ,7 月次之 ,10 月以后则显著减少 。据此可以将 丹江口水库人库流量的年内演变划分为 2 个汛期 , 即 7 、8 月的夏汛和 9 、10 月的秋汛 。在夏 、秋两汛中 ,9 月平均入库径流量值高于 7 月

3、平均流量值 。 由于秋汛期是水库调度的关键时期 ,在确保防洪安全的前提下 ,还要尽可能地抓住时机蓄水 ,以保 证枯水时期供水 。因此 ,作好秋汛期长期水文预报 对水库的科学调度有着十分重要的意义 。图 1 丹江口水库历年各月平均流量规律 。本文选用丹江口水库以上流域 1951 2002 年面平均降雨量共计 52 a 资料进行分析 。统计表 明 : 丹 江 口 水 库 以 上 流 域 多 年 平 均 降 水 总 量 为900 . 4 mm 。降水 时 间 非 常 集 中 , 在 主 汛 期 5 10月 ,占年降水量的 80 . 5 % ,而 14 月和 11 12 月 仅占年降水量的 19 .

4、5 % 。7 、8 月份为全年降水最多的月份 ,平均降水量为 169 . 8和 140 . 5 mm ,占年降水量的 18 . 9 %和 15 . 6 % 。9 、10 月份仅次于 7 、8月份 ,平均降水量为131 . 6和77 . 2 mm (表 1) 。降水的时间变化规律1降水的时间变化能反映出一个地区的雨量变化表 1 丹江口水库流域多年月均降水量及占年降水量的百分比月份123456789101112月均降水量/ mm10 . 815 . 137 . 766 . 395 . 5110 . 3169 . 8140 . 5131 . 677 . 234 . 311 . 3占年降水量/ %1

5、. 21 . 74 . 27 . 410 . 612 . 318 . 915 . 614 . 68 . 63 . 81 . 3综上所述 ,由于丹江口水库流域的特殊环境影响 ,造成 510 月的汛期降水中存在夏 、秋两个主汛 期 ,且两个主汛期的降水量占全年降水量的57 . 7 % , 其中秋汛期降水量占年降水量的23 . 2 % 。了 3 次特大秋汛 ;1949 和 1975 年 2 次明显秋汛 。3次特大秋汛之间的间隔时间分别为 26 a 和 19 a 。如果加上 2 次明显秋汛 ,则间隔时间分别为 :11 、15 、11 、8 a 。分析这些数据 ,显然可以得出这样一个事实 :丹江口入库流

6、量大秋汛的演变存在着特大 、较大 再特大这样一种交替呈现的现象 ,特大秋汛出现的时间间隔相距 20 a 左右 ,在特大秋汛之间每隔 10 a左右还会出现一次明显秋汛 。 进一步分析丹江口水库入库流量 1930 2002年距平累积曲线 ,可以看到 ,自 30 年代后期开始到80 年代中期止 ,曲线总体上呈波浪状逐级上升 , 丹 江口入库流量总体上处于偏丰期 ,而在偏丰期的起 始段发生了 1938 年特大秋汛 ,偏丰期内总共发生了1938 、1949 、1964 、1975 和 1983 年 5 次特大或较大 秋汛 。80 年代后期至今 ,曲线位相发生改变 , 在这一时期内没有发生一次明显秋汛 。

7、秋汛期降雨的长期振荡分析2造成秋汛期入库流量多少的直接原因是秋汛期的降水 。因此 ,分析丹江口水库以上流域秋汛期降 水的长期振荡规律 ,探讨造成这种变化的原因 ,无疑对提高预报质量十分有益 。由于资料不够长 ,分析 过程中 ,显然难以充分反映 20 a 以上的长周期 , 但 可提供近 50 a 来降雨演变的概况 。丹江口水库以上流域 9 、10 月面平均降水量距 平累积曲线显示出秋季降水的长期振荡特征 ,20 世 纪 50 年代曲线呈下降趋势 ; 60 年代初至 80 年代中期曲线呈波浪上升 ,流域内总体上处于多雨期 ,持续 时间 20 多年 ; 自 80 年代中期开始至 2002 年止 ,曲

8、线转为逐年下降 ,降水量几乎逐年减少 。多雨期中 , 平均年降水量为 1 244 mm ,比常年均值多 200 mm 。 在少雨阶段 ,平均年降水量仅为 877 mm ,较常年均值少 167 mm 。目前 ,少雨期已持续近 20 a ,该时段 是否行将结束还需继续观察 。由上可知 ,丹江口以上地区秋季降水的变化存 在着一种相对较长的演变过程 ,即多雨阶段的持续 时间和少雨阶段的持续时间均较长 , 20 世纪 80 年 代中期为其位相的转折期 。周期分析4对丹江口水库以上流域秋汛期降雨及入库流量 ,利用能谱分析方法作周期分析 。计算结果见图3 和图 4 。丹江口水库入库流量的演变分析3前面讨论了

9、丹江口水库以上流域秋季降雨的长期振荡情况 ,下面分析与之相对应的丹江口水库人 库流量的演变规律 。图 2 为 19302002 年丹江口水库 9 、10 月平均入库流量过程线 , 从图中可以看到 , 在 1930 2002年总共 73 a 中 ,分别在 1938 、1964 和 1983 年出现图 3汉江 9 月和 10 月流量谱分析图 4汉江 9 月和 10 月雨量谱分析对比图 3 和图 4 可以发现 ,尽管所取资料长度不同 ,所求得的雨量及入库流量的周期长度也不尽出了明显的振动周期 。从图 3 (入库流量谱分析图)中可以看到 ,超过 95 %置信水平的高值谱一共出现 有 3 个 ,即其主周

10、期为 5 a ,次周期为 10 和 12 a 。同 样 ,图 4 (雨量谱分析图) 的分析结果表明雨量的演 变存在 10 a 为主 ,5 a 及 13 a 左右为次的周期振动情况 。对照分析雨量和入库流量的周期分析结果 ,显 然可以发现在两者之间都出现了 5 a 及 10 a 左右的 周期 ,这一分析结果和前面有关降雨及入库流量的 演变分析结果在某种程度上不谋而合 ,尤其反映在长时间周期变化上更是如此 。因此 ,对丹江口水库 秋汛期水文气象要素分析工作而言 ,应重视 10 a 左 右这一较长时间的振荡周期 ,它能给我们指示出较 长时期气候演变的变化趋势 ,可作为未来预测的参 考依据 。流量历史

11、过程演变的分析 ,可以得出以下结论 :(1) 丹江口水库以上流域的降雨及入库流量丰 枯的演变周期较长 ,一般在 20 a 以上 ;(2) 入库流量的变化存在特大 、较大 、再特大这 样一种交替出现的规律 ;(3) 在丰水年才会出现较大秋汛 ,枯水时期则 没有 ;(4) 丰水期的到来往往是以一次大的秋汛为开 始 。由于本文仅使用了不到百年的资料 ,而仅从气候的演变而论其振荡显然要比百年大得多 ,因此分 析的结果及求得的周期只能是其中的部分 。如在对 入库流量历史过程的分析中 ,可以明显看到存在一 种 20 a 左右振荡规律 ,但在对其进行谱分析时 , 这 一规律却没有显现出来 。所有这些都需要在

12、以后的工作中做进一步的研究 。5结语通过对丹江口水库以上流域秋汛期降雨及入库(上接第 19 页)实践证明 :这套加载系统能较好地满足仿真模 型试验精度要求且便于实施 。变同相邻钢筋的应变 ,不仅符号相同 ,且大小也几乎相等 。混凝土表面测试数据与三维有限元分析成果 也较吻合 。这说明 ,本试验的测试成果是可靠的 。4量测方法刁河板梁式渡槽和漳河涵洞式渡槽模型均为超5结语大型模型 ,渡槽纵横向承载构件之间受力情况复杂 ,如何在结构内 、外部合理布置测点 ,且保证各测点能 实现测试 ,是试验成功的关键因素之一 。本试验做了大量的前期准备工作 ,对内部埋片技术作了多方案的长期试验 ,实践表明 ,试验所采用的内部埋片技 术是成功的 。本试验的测点布置既考虑了结构的受力特点 ,也考虑了设计部门的要求 ,且参考了有限元的计算 结果 。应变测试仪器为国产 3815 静态应变全自动 数据采集系统 。位移采用千分表测试 。布置的测点 较多 ,仅刁河渡槽模型的位移测点就有 128 个 ,布置 的应变片多达 1 100 片 ,其中 ,混凝土表面 700 片 ,钢筋表面 400 片 。由于内部埋片技术过关 ,应变片 能长期有效地工作 。从测试结果来看 ,混凝土的应刁河板梁式渡槽及漳河涵洞式渡槽 ,两者的比尺均为 1 6 ,应属超大型的仿真模型 。试验技术难