水文学原理与模型报告

'小清河流域济南段水文条件分析1自然地理小清河是山东省泄洪、排涝、通航、灌溉、排污等综合性大型人工河道。主干源于济南市西郊，流经惠民、淄博等地市，全长237公里，总流域面积10572平方公里，是省内唯一河海通航、水陆联运的河道。它是济南市主城区唯一排水出口，同时也是鲁中地区一条重要的排水河道，兼顾两岸农田灌溉。流域内地势南高北低，以胶济铁路为界，南部多为山丘区，北部多为平原洼地。干流以南流域面积较大，支流众多，呈典型的单侧梳齿状水系分布。图1小清河济南段位置图 小清河济南段（见图1）起于睦里庄，自西向东与黄河平行横贯济南，流经济南市（槐荫区、天桥区、市中区、历下区、历城区、章丘市），沿途经马鞍山、五柳闸、还乡店、大码头、鸭旺口、从辛丰庄出济南界。全长70.3km，流域面积2803km2。经度范围：东经117°00—118°12，纬度范围：北纬36°20—37°05，海拔高度51—1108.3米。2气候特征研究区的气候属暖温带大陆性季风气候。主要表现为冬季长达136～157天，一般在11月上旬至次年3月下旬，受来自北方冷空气侵袭，寒冷晴朗，雨雪稀少，多偏北风；夏季，约为105～120天，一般在5月下旬至9月上旬，天气炎热，最高极端温度可达40度左右，雨量充沛，光照充足，多偏南风；春季和秋季是冬季转夏季、夏季转冬季的过渡季节，时间较短，都不足两个月，风向多变。年降水量在600～700mm之间，且降水的季节分配极不均匀，其中冬季降水量在20～25毫米，仅占全年总降水量的3.0～3.7﹪；大约65%多的全年降水量集中于夏季，7月份降水日数平均在15天左右。降雨的强度也较大，降水强度多年平均为8.0～8.8mm/d，而7、8月间可达到11.6～13.2mm/d，占全年暴雨日数的70﹪。表1多年(1971-2007)平均气象要素值（济南）月月平均气温(摄氏度)月平均降水量(毫米)月平均蒸发量(毫米)1-0.45.7322.28.55.138.215.311.4416.127.418521.846.642626.378.382727.5201.3224.3826.3170.3191.292258.547.21016.136.532118.316.215121.88.27 050100150200250123456789101112-5051015202530平均降水量平均蒸发量平均气温图2气候要素月动态特征图3水文特征研究区主干河流小清河源于济南市区诸泉，并向西延伸至玉符河东岸大堤。该河干流流经槐荫、天桥、郊区和历城县于章丘县水寨乡小贾庄出市境，流向惠民地区的邹平县境，又经高青、桓台、博兴、广饶，由寿光县的羊角沟注入渤海。小清河上游睦里闸至王炉段无堤防，河道窄浅，河槽宽20～30米，河槽深2～4米，一般水深不足1米，河底比降约两千分之一；王炉至章历边界，两岸堤防残缺不全，堤距一般60～80米，河槽宽30～50米，河槽深3～4米，水深1～1.5米，河底比降约三千分之一；小清河干流黄台板桥水文站施测断面控制流域面积351平方公里，据该站1958～1985年资料统计，多年平均径流总量2.418亿立方米，最大年径流总量(1973年)3.610亿立方米，最小年径流总量(1968年)0.999亿立方米，极值比3.61；年平均流量7.66立方米/秒，实测最大流量(1971年7月30日)89立方米/秒，计算洪峰流量(1962年7月13日)201立方米/秒，由于多处堤防决溢，断面实测流量仅70.5立方米/秒，最高洪水位达26.35米，最小流量(1960年6月29日)0.8立方米/秒；多年平均年输沙量为28.9万吨，以悬移质为主，多年平均年悬移质每立方米为0.71公斤，最大达15公斤。20世纪60年代以来，由于城市工业迅速发展和人口增加，大量工业废水和城市生活污水倾泻小清河，造成小清河水的严重污染。表2主干河流的径流量及多年变化数据多年平均径流总量（亿立方米）最大年径流总量（亿立方米）最小年径流总量（亿立方米）极值比年平均流量（立方米/秒）2.4183.6100.9993.617.66研究区内主要支流有：1、永济河： 源于历城县兴隆山(玉函山)、大峪山等山谷，在兴隆峪汇流十六里河(又名兴隆河)，再北流经陈庄至西十里河，为天然山洪河道；再经谷家庄、段店、尧屯、杨庄，至天桥区黄岗村西入小清河，为平原河道，全长22公里，流域面积139平方公里。2、大辛石河：又名大辛河，源于龙洞庄以南诸山谷，向北经孟家庄、石河岭、十里河庄，至大辛庄西向北入小清河，长22公里。3、东泺河：河源为黑虎泉诸泉水，南起坦桥，向北经何家庄，至黄台板桥庄西侧入小清河，长3.2公里。4水文地质特征4.1含水层条件研究区从山东区域构造单元上说，属于鲁西断垄区泰山断块山地的北部边缘。构造形式上，其基底是由太古界泰山群地层构成的一系列紧密的复背斜构造，褶皱轴向为北西向；盖层则主要是以古生界地层为主体的单斜构造。盖层构造较为简单，以向北（北北西或北北东）的缓倾单斜为主，褶皱构造不甚发育，但有几条较大的断层穿过研究区中，如北北西向的千佛山断裂、刘志远断裂、以及北北东向的港沟断裂，还有一些较小的断裂（见图2），这些断裂构造对研究区水系的展布有明显的控制作用。区内广泛出露寒武、奥陶系地层。因成向北的单斜构造，产状平缓，约10 度左右，则地层呈东西带状分布，寒武系地层主要分布在研究区南部，向北过渡为奥陶系。寒武系地层主要是中、上寒武统的页岩、薄层砂岩及石灰岩厚层；奥陶系则为下、中奥陶统的白云质灰岩及厚层石灰岩。这种岩层受自然风化和水流溶蚀的影响强烈，喀斯特现象十分发育，成为济南泉群集中分布的地质基础。研究区北部处于山前地带，第四纪松散沉积层分布广布。图3研究区地貌类型分布图研究区的地貌类型（图3）主要是中低山丘陵、山间谷地、和山前冲洪积平原。分布上，低山丘陵在研究范围内占比例较大，研究区东南部分水岭地带是低山区，其海拔高度多在500—600m左右，该地区（图4）侵蚀切割强烈，且随高度的增加地面愈加崎岖。研究区西部兴济河流域、腊山河流域地形逐渐变缓，山体多是高度200-300m的低丘陵。千佛山以西地区，山顶多成浑圆状、沟谷较宽阔、沟谷坡降不大；千佛山以东地区，地势起伏较大，部分山顶处形成陡崖。地势上，该研究区南部高，东北部低，南部山地坡度较大，山势陡峻。如大辛河流域燕棚窝西南的黑龙寨海拔达到625.9m，而切割最深的要数龙洞庄西南的龙洞沟和佛峪沟，其切割深度在200-500m ，北部山地边缘起伏较和缓。山前平原上,东西差异明显，千佛山断裂以东地区地形微倾北东，冲沟发育。千佛山断裂至玉符河流域地区，地形北西倾斜，北部冲沟不发育，南部邵而庄一代冲沟发育。图4山地河谷及阶地剖面图图5山前平原河谷黄土剖面图图6平原区黄土阶地剖面图洪积平原一般宽阔平坦，向北微倾斜，平原上覆盖厚层的洪积层和黄土层。黄土侵蚀沟谷是山前洪积平原上突出的次级地貌形态。它是在长时期的流水侵蚀下形成的黄土侵蚀沟谷，该类型沟谷之间一般互相串连，沟底较宽平，两侧阶地高度在十余米左右，组成物是厚层的黄土层（图5、6）。 4.2地下水分布特征图7山东省地下水位埋深及等值线图图8小清河流域地下水等水位线图 5.水文过程与水资源分析5.1总水均衡分析流域总水均衡公式可表示为(1)其中P为多年平均降水量(mm/a)，ETa为多年平均实际蒸散量(mm/a)，A为流域面积(km2)，R为流域的径流量(m3/a)。对实际蒸散量可以估算如下在本研究区，多年平均降水量P为624mm，流域的径流量为2.418亿立方米，流域面积为2803km2，所以经计算可得区域实际蒸散量ETa=537mm.小清河济南段多年平均水面蒸发量为997.5毫米，大于区域实际蒸散量。多年平均水面蒸发量与多年平均降水量的比值为1.6，与实际蒸散量的比值为1.86。5.2河流水文或地下水动态成因分析研究区地下水补给来源主要为大气降水，其次为地表水渗漏、灌溉回渗和侧向径流补给。南部山区太古界泰山群变质岩分布区，大气降水入渗补给后向北迁流补给裂隙岩溶水;南部寒武、奥陶系灰岩大气降水入渗后直接补给裂隙岩溶水。流域内地下水总体由南东向北西径流。南部受地形影响，水力坡度较大，一般为6%。一8%。，近山前地带水力坡度变缓，一般为2%0一3%0。人工开采、泉水排泄、岩溶水顶托补给第四系孔隙是流域内岩溶地下水主要排泄方式。图9研究区泉域补径排示意图5.3地下水对流域蒸散发的贡献分析设地下水的年入渗补给系数平均值为a，区内河流的基流量为Rg，则(7)其中ETg为地下水对流域蒸散发的平均贡献(mm/a)，包括开采地下水进行灌溉产生的耕地蒸散。5.4水资源分析 根据济南市水利局计算，小清河济南段地表水资源(表4)，多年平均径流深为93.5mm，多年平均地表水资源量为3.5279亿m3。当保证率在50%、75%和95%时，小清河济南段地表水资源量分别为3.2615亿m3、2.2664亿m3和0.6508亿m3。表4小清河济南段地表水资源量统计表小清河济南段地下水资源，多年平均地下水资源量为7.0579亿m3，当保证率在50%、75%和95%时，小清河济南段地下水资源量分别为6.7272亿m3、5.1527亿m3和3.6669亿m3，统计结果见表5：表5小清河济南段地下水资源量统计表近现代以来,济南地下水文环境的变化突出表现为地下水位大幅度下降、地下水补给量日益减少、泉水大面积枯竭、地下水文状况随四时气候干湿而呈现剧烈波动。近现代济南地下水文环境的恶化是现代人对地下水水文地质环境人为破坏和干预的恶果。小清河黄台水文站记录下历史上的最小流量即0.8立方米/秒,黄台水文站是济南市众泉水的唯一出口,在1960年济南市的地下水开采能力还十分有限,故只能说明济南泉水出水量陡然减少,也就是济南地下水补给量在是日陡然减少。在近代随着济南由封建城市向资本主义工商业城市转化,人口剧增,工厂林立,由于缺乏严格科学的城市规划,工厂多沿河、滨湖,环泉布设,大量的工业废水和生活污水流入河流湖泊,地表水体受到严重污染。解放以后,在城市建设和经济发展中也长期忽视生态问题,致使济南地表水体的污染日趋严重,以涌泉为主要源头的小清河及上游各支流一向以清澈闻名,如今已变成连鱼类也不能生存的污浊的河流。 参考文献：【1】马吉刚，郭红欣，梅泽本等.山东小清河水质污染原因及治理对策分析[J].中国农村水利水电，2003，8：53-54.【2】济南市环保局.2006年济南市环境状况公报[Z].2006.【3】奚德荫,李祥芝,邵卓,等.济南泉域供水水文地质勘探报告[R].1989.【4】孙瑞华,靳丰山.山东省济南市地下水动态与地质环境监测报告(1991-2000)[R].2001.【5】高殿琪,单季琦,刘永津,等.山东省济南市地下水动态与地质环境监测报告(1983-1990)[R].1991.【6】吴爱民,徐军祥,康凤新,等.济南泉水[M].济南:山东科学技术出版社,2001.【7】潘再东，韩美，等，小清河济南段水环境容量研究.2008.【8】陈继光，曹升乐，孙立堂等，济南小清河流域产汇流计算方法研究.2008.【9】陆敏，济南地区水文环境的烟花及其规律研究，济南大学地理系，人文地理14卷第三期，1999年9月.【10】冯海霞等.济南市土地利用动态监测分析[J].国土资源科技管理2004,72一74.'