中图分类号: P333 文献标识码: A 文章编号:1001-4179（2008）17-0103-03
南水北调中线工程总干渠线路长，跨越几个气候区，水源区与受水区受气候和流域水文特性及人类活动等影响，降水、径流特征表现为丰枯交替变化，降水、径流年际变化均较大。丰枯遭遇是指区域之间在同一时期内可能发生的丰、枯水变化的组合事件，是水资源量时间变化和空间分布不均的结果。水源区水资源量的丰枯变化影响工程可调水量，受水区水资源量丰枯变化影响需调水量及供水保证率，水源区与受水区水资源量丰枯遭遇影响中线工程调水的经济效益。
丰枯遭遇分析通常根据历年天然径流量进行分析。由于受水区受大规模人类活动影响，海河流域下垫面及产汇流条件发生了显著的变化，改变了天然径流的特征，相同的年降水，产流量明显减少，而进行径流还原计算非常困难，误差亦较大，难以满足水文系列样本的可靠性、一致性和代表性的要求。因此丰枯遭遇拟用水源区和受水区降水资料进行分析。
1 资料和方法
南水北调中线工程水源区为汉江流域丹江口以上地区（以下简称为汉江区），集水面积9.52万km 2 ;受水区范围约15万km 2 ，分为唐白河区、淮河区，海河南区（南运河、子牙河水系）、海河北区（大清河、永定河水系）。根据实测资料条件，选用同步系列较长，测站分布较为均匀，有一定代表性雨量站的降水量进行分析计算，汉江区选用9站，唐白河区选用5站，淮河区选用6站，海河南、北区各选用10站进行统计分析，系列为1954～1998年共45a年降水量。
为分析1954～1998年资料系列的代表性，选用水源区和受水区资料系列较长的武候镇、北京站同期1940～1998年近60a资料进行对比分析，两站短系列分别比长系列稍偏大2.9%、2.4%，说明1954～1998年系列具有一定的代表性。
为比较各区计算的面雨量的精度，又根据1956～1979年多年平均降水量等值线图量算了各分区的多年面平均降水量，计算的各区算术平均降水量较量算面平均降水小2.1%～4.6%，所选站具有较好的地区代表性。
各分区历年年降水量组成连序样本系列，依据《水利水电工程设计洪水计算规范》和《水利水电工程水文计算规范》的规定，频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型分布，由适线法确定统计参数和各频率设计值。
各分区年降水丰、平、枯水标准采用文献［1］中的规定，分为丰p<12.5%、偏丰12.5%≤p<37.5%、平37.5%≤p<62.5%、偏枯62.5%≤p<87.5%、枯p>87.5%5个等级。
2 水源区与受水区降水气候特点
利用水源区与受水各区选用站的年、月降水资料计算了各分区年、季、月面平均雨深，分析了水源区与受水区的降水量特点。
2.1 水源区降水量大于受水区
多年平均年降水量水源区比受水区大（见表1），水源区年降水量多年均值为872.9mm，是海河北区的1.5倍、海河南区的1.6倍，是淮河和唐白河的1.2和1.1倍。水源区汛期降水量是受水区的1.1～1.4倍。水源区枯季降水量比唐白河区、淮河区稍小，比海河南、北区大。春、秋季降水也是水源区比受水区大，受水区降水从南向北逐渐减小，海河北区降水最少，水源区是其3.1和2.9倍。夏季降水水源区与受水区差别不大。冬季降水水源区比唐白河及淮河小，但比海河南、北区大。
2.2 水源区降水年际变化小于受水区
各时段降水的离差系数Cv自南向北递增，以春季和枯季变化最大，说明水源区各时段降水的年际变化比受水各区都要小，如汉江区年降水极值比（最大/最小）为2.2，海河南区为3.4。汉江区各时段降水Cv相差相对较小，海河北区各时段Cv变化最大，如海河北区春季Cv值达0.62，而汛期为0.34。各区各时段降水均以冬季Cv最大，年Cv最小。这种降水时空分布有利于充分发挥中线工程调水效益。
表1 水源区与受水区各时段降水量统计特征值
2.3 水源区比受水区降水年内分配均匀
水源区、受水区降水量年内分配见表2。各区年降水主要集中在6～9月，水源区6～9月降水占年降水量的61%。受水区年降水更为集中，6～9月降水占年降水量的80%;受水区年降水主要集中于7、8月，占年降水量的38%～60%，由南向北递增;汉江区7～8月降水仅占年降水量的33.8%，汉江9月降水比8月多，秋雨显著。
各区年降水的季分配见图1，可见，水源区年降水量的季分配相对较为均匀，受水区年降水量的季分配自南至北更为集中，年内变化迅速增大。
表2 水源区与受水区逐月面雨量占年雨量的百分比 %
图1 水源区、受水区年降水量的季分配
2.4 水源区干旱指数比受水区小
汉江水源区年干旱指数（蒸发量/降水量）为0.9，受水区唐白河、淮河、海河年干旱指数依次为1.2、1.9、2.0，水源区年干旱指数比受水区小。根据国家气象局气候区划干燥度指标，汉江水源区属湿润气候区，唐白河属亚湿润气候区，淮河和海河属亚干旱气候区。
从以上分析的南水北调中线水源区和受水区降水气候特点上看，南水北调中线水源区不仅水源较充足，而且降水的季节分配和年际变化特点对南水北调也是较为有利的。
3 丰枯遭遇分析
按降水丰枯等级标准，对各区年降水系列划分丰枯年份，进行丰枯遭遇分析。
3.1 黄河以南受水区
（1）汉江与唐白河丰枯遭遇分析。汉江区与唐白河同丰为1964年，在45a系列中遭遇概率为2.2%，同枯为1966、1997年，遭遇概率为4.4%。若将丰水年、偏丰水年均视为丰水年，枯水年、偏枯水年均视为枯水年，则同丰的遭遇概率为20%，同枯的遭遇概率为26.7%，南丰北枯、南枯北丰的遭遇概率均为2.2%。调水最为有利的丰枯遭遇（汉江区为丰、偏丰、平水年，受水区为枯、偏枯、平水年，下同）概率为33.3%，调水不利的组合（两区同为偏枯、枯水年，下同）遭遇概率26.7%。
除去汉江调水较少的枯水年份，唐白河区需水很少的丰水年，汉江区为丰或偏丰而唐白河为偏丰调水效益有限的年份外，能正常或较好发挥调水效益的概率在67%以上。丰枯遭遇组合概率详见表3。
（2）汉江与淮河丰枯遭遇分析。汉江区与淮河受水区同丰为1964、1984年，遭遇概率为4.4%，同枯为1959、1966、1997年，遭遇概率为6.7%。若将丰水年、偏丰水年均视为丰水年，枯水年、偏枯水年均视为枯水年，则同丰的遭遇概率为20%，同枯的遭遇概率为17.8%，南丰北枯的概率为2.2%、南枯北丰的遭遇概率为4.4%。调水最有利的丰枯遭遇概率为33.3%，对调水不利的组合遭遇概率17.8%。
考虑到淮河区与汉江区分属不同的流域，两者存在一定的差异，除去汉江调水较少的枯水年份，淮河区需水很少的丰水年，汉江丰或偏丰、淮河偏丰而调水效益有限的年份外，能正常和较好发挥调水效益的概率在69%以上。
表3 汉江水源区与黄河以南受水区降水丰枯遭遇统计 %
3.2 黄河以北受水区
（1）汉江与海河南区。汉江区与海河南区同丰为1958、1964年，遭遇概率为4.4%，同枯为1997年，遭遇概率为2.2%。若将丰水年、偏丰水年均视为丰水年，枯水年、偏枯水年均视为枯水年，则同丰的遭遇概率为15.6%，同枯的遭遇概率为17.8%。水源区可供水量较多，受水区缺水量较大，对调水最有利的丰枯遭遇概率为37.7%，对调水不利的组合遭遇概率17.8%。
汉江区与海河区分属不同的气候区，两者水文气象特性差异明显，考虑到海河流域属资源性缺水，即使在偏丰年份，缺水量亦较大。除去汉江调水较少的枯水年份，海河南区需水较少的丰水年外，能正常和较好发挥调水效益的概率在80%以上。汉江区与海河南区各种丰枯遭遇组合概率详见表4。
（2）汉江区与海河北区。汉江区与海河北区同丰为1964年，遭遇概率为2.2%，同枯为1997年，遭遇概率为2.2%，概率大于95%的特枯水年遭遇概率为0。若将丰水年、偏丰水年均视为丰水年，枯水年、偏枯水年均视为枯水年，则同丰的遭遇概率为11.1%，同枯的遭遇概率亦为11.1%。调水最有利的丰枯遭遇概率为44.4%，调水不利的组合遭遇概率11.1%。除去汉江调水较少的枯水年份，海河北区需水较少的丰水年外，能正常和较好发挥调水效益的概率应在82%以上。
若将海河流域的南区、北区合并为海河区，分析汉江区与海河区的丰枯遭遇，45a系列中，汉江与海河区同丰、同枯的遭遇概率均为2.2%，调水最有利的丰枯遭遇概率为42.1%，调水不利的遭遇概率为13.3%，能正常和较好发挥调水效益的概率在82%以上。
表4 汉江水源区与海河受水区降水丰枯遭遇统计
综上所述，海河受水区与黄河以南受水区比较，对调水有利的丰枯遭遇概率依次增加，从唐白河的33.3%增加到海河北区的44.4%。对调水不利的丰枯遭遇概率逐渐减少，从唐白河的26.7%减少到海河北区的11.1%。同丰同枯的概率亦相应减少，说明海河区与水源区的水文特性差异增大。从丰枯遭遇变化规律来看，总干渠能正常发挥调水效益的比例自南至北从67%增加到82%，说明海河受水区调水效益更为显著。
4 连续枯水年遭遇分析
丹江口为多年调节水库，一般年份丹江口水库可以以丰补枯，但当汉江区发生连续偏枯水或枯水时，使可调水量明显减少，此时如遇受水区出现连续偏枯或枯水，将面对更为严峻的缺水局面。
据统计，在45a系列中，汉江水源区连续2a偏枯或枯水的年份有1次，连续3a偏枯出现1次，为1976～1978年，其余均属丰、平、枯交替。唐白河区连续2a偏枯出现2次;淮河区连续3a偏枯或枯出现2次;海河南区连续2a偏枯或枯出现2次，连续4a偏枯或枯出现1次，为1978～1981年;海河北区连续2a枯或偏枯出现1次，连续2a偏枯出现3次。
可见，受水区发生连枯或偏枯水年的年总数及其恶劣程度一般大于水源区，以海河流域为甚，水源区与受水区在1954～1998年45a中还未出现过连续枯水年遭遇的情况。个别时段，如水源区1976～1978年与海河南区1978～1981年连续枯水年时段有1a重叠，但此前的海河南区连续5a中，1976～1977年为偏丰年，其余3a中1a丰水、2a平水，对总干渠调水影响有限，1976～1977年汉江区连枯时段，海河受水区均为平水年之上。说明当汉江发生连续枯水年时，海河受水区与其有较好的补偿作用，基本上不影响中线工程效益。
5 历史旱涝资料分析
根据《中国近500年旱涝分布图集》及旱涝分级资料，按照旱涝等级与丰枯标准的对应关系［2］，分析各区丰枯等级，近期各年直接由雨量分析确定，系列为1470～1998年。
汉江与唐白河区同丰的遭遇概率为0.8%，同枯的遭遇概率为1.9%，调水最有利的丰枯遭遇概率为52%，调水不利的遭遇概率为11.9%。汉江与淮河区同丰的遭遇概率为3.0%，同枯的遭遇概率为1.9%，调水最有利的丰枯遭遇概率为45.6%，调水不利的遭遇概率为13.2%。汉江与海河区同丰、同枯的遭遇概率均为2.3%，调水最有利的丰枯遭遇概率为47%，调水不利的遭遇概率为12.3%（见表5）。
表5 水源区与供水各区长短系列成果对比 %
注:500a旱涝指1470～1998年系列;降水指1954～1998年实测降水系列。
对比降水、500a旱涝资料分析的丰枯遭遇成果，汉江水源区与海河受水区同枯概率基本一致。与500a旱涝资料求得的丰枯遭遇概率相比，用降水分析的汉江区与唐白河、淮河区同枯概率偏大，调水有利的丰枯遭遇概率偏小5%～18%，调水不利的遭遇概率偏大1%～16%，能正常和较好发挥调水效益的概率偏小1%～12%。说明用降水分析的丰枯遭遇成果对中线工程调水较为不利，是偏于安全的。 6 结语
（1）南水北调中线水源区年降水量大于各受水区，水源区降水的年内分配比受水区均匀，降水年际变化比受水区小，这些特点对南水北调是极为有利的。
（2）水源区与各受水区同丰、同枯的遭遇概率较小，同为特枯水年遭遇的概率更小。
（3）从丰枯遭遇变化规律来看，总干渠自南至北能正常发挥调水效益的比例从67%增加到82%，而同丰、同枯遭遇的机率沿程减少，说明南北丰枯多数情况下是可以互补的，不利的丰枯遭遇对中线工程供水的影响很小。
（4）水源区与受水区发生连续枯水年时段不多，海河受水区发生连续枯水年可能性明显高于南方，水源区与受水区没有出现连枯水年相互遭遇的情况，当水源区出现连续枯水年份时，海河受水区相应时段多在平水年、丰水年，说明南北有较好的补偿作用，基本上不影响中线工程效益。
参考文献:
［1］水利部水文局.地表水资源调查和统计分析技术细则.1981，8月.
［2］陈天希.京津冀地区近五百年降水变化规律初探.水文，1993，（2）.
作者简介: 王政祥，女，长江水利委员会水文局水资源处，高级工程师。
