黑河金盆水庫入庫徑流水文特征分析

摘要以黑河金盆水庫為研究對象，以1954～2007年的入庫徑流數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用游程理論、模比系數(shù)變差差積對金盆水庫的徑流年際特征以及徑流年內(nèi)分布特征進行了研究。結(jié)果表明，黑河金盆水庫年際徑流豐枯變化劇烈，最大年徑流量與最小年徑流量相差6倍以上；1991年以后，入庫徑流呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，17年間枯水年占82%以上，未出現(xiàn)連豐年，可以得出金盆水庫目前正處于枯水期，易發(fā)生少水事件，易發(fā)生連枯現(xiàn)象；在年內(nèi)徑流分布方面，徑流分布表現(xiàn)出明顯的季節(jié)特點，65%以上的徑流集中于夏季，冬季僅有8%的徑流。

關(guān)鍵詞黑河金盆水庫；年徑流量；水文特征；游程理論；模比系數(shù)差積曲線

中圖分類號S271文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）05-190-02

基金項目水利部公益性行業(yè)科學(xué)專項（201301084）。

作者簡介喬亮（1983- ），男，甘肅臨夏人，博士研究生，研究方向：水資源配置。*通訊作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事水文水資源研究。

收稿日期2014-12-23

西安市位于中國大陸腹地黃河流域中部的關(guān)中盆地，截止2011年底，西安市人口為846.78萬人，全市國民生產(chǎn)總值為3758.77億元，占陜西省國民生產(chǎn)總值的30.04%，是陜西省的經(jīng)濟核心[1]。在國務(wù)院發(fā)布《關(guān)中-天水經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》中，計劃將西安打造成人口超1 000萬的國際化大都市[2]，西安的地位在西北乃至全國達到了一個更高的層次。隨著西安地位的提升，西安的飲水安全再次成為人們關(guān)注的熱點。在20世紀90年代，西安經(jīng)歷了一段嚴重的水荒，西安曾是我國最為缺水的城市之一。2001年黑河飲水工程建成，西安的城市用水問題得以解決。黑河也因此被稱作八百萬西安人的生命河。

黑河水源地位于陜西省周至縣境內(nèi)，是渭河以南最大的水庫，其流域總面積為1 481 km2，年平均徑流量為6.67億m3。黑河金盆水利樞紐是整個引水系統(tǒng)中最主要的水源地，它是一項以城市供水為主，兼有防洪調(diào)蓄、發(fā)電、農(nóng)灌等綜合效益的大型水利工程，總庫容為2億m3，年調(diào)節(jié)水量為4.28億m3，其中給城市供水3.05億m3，日平均供水80萬m3。金盆水庫的重要性在于它是西安市的最主要水源，占全市供水總量的80%以上。研究黑河金盆水庫徑流變化特征和趨勢，對于促進西安合理用水、保障西安用水安全具有重要的現(xiàn)實意義。

游程理論和模比系數(shù)差積曲線方法在徑流分析方面有廣泛的應(yīng)用[3-6]。如葛彩蓮采用游程理論對無定河的徑流進行游程概率分析，對無定河干旱產(chǎn)生的趨勢進行了預(yù)測[4]；張繼勇等采用模比系數(shù)差積曲線對大通河的年徑流量變化趨勢進行了研究[5]。通過研究游程理論和模比系數(shù)差積曲線在徑流周期性分析和變化趨勢預(yù)測中均有較好的效果。

筆者以黑河金盆水庫為研究對象，以1954～2007年的入庫徑流數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，采用游程理論、模比系數(shù)變差差積對金盆水庫的徑流年際特征以及徑流年內(nèi)分布特征進行了研究。

1資料與方法

選取1954～2007年的黑河金盆水庫入庫徑流量數(shù)據(jù)，重點運用游程理論和模比系數(shù)差積曲線方法對黑河金盆水庫徑流的年際演變特征進行了分析，對豐枯趨勢作了初步預(yù)測；然后采用統(tǒng)計方法分析黑河金盆水庫徑流逐月變化情況。

游程理論可以用于年徑流量的連豐及連枯特征分析，它是指在連續(xù)出現(xiàn)的同類事件中，在它的前后是另外一類事件。在水文豐枯變化分析中，將多年平均來水量作為標準量，凡年際來水量大于標準量的，具有正變差，屬于豐水年；年際來水量小于標準量的，具有負變差，屬于枯水年。當連續(xù)出現(xiàn)正變差或負變差時，則屬于

連豐年或連枯年，連豐年稱為正游程，連枯年則稱為負游程[4]。

為了更加直觀地反映豐枯變化趨勢，在此采用徑流量模比系數(shù)差積曲線法進行分析。根據(jù)模比系數(shù)差值有正有負的特點，當模比系數(shù)差值持續(xù)增大時，表明該時段內(nèi)徑流量持續(xù)增加；當模比系數(shù)差值持續(xù)減少時，表明該時段內(nèi)徑流量距平持續(xù)減少。根據(jù)這一理論，通過模比系數(shù)差積曲線可以較為直觀而準確地確定徑流量年際變化趨勢[7]。徑流量模比系數(shù)差積曲線的繪制依據(jù)以下步驟進行：①計算年徑流量模比系數(shù)。徑流量模比系數(shù)（Ki）可以表示為公式Ki=Qi/Q0，即第i年徑流量（Qi）與多年平均徑流量（Q0）之比表示；②按照公式ΔKi=Ki-1計算第i年的徑流量模比系數(shù)差值（△Ki）；③依照公式Ht=ti=1（Ki-1）=ti=1ΔKi（t=1，2，3，…，n）計算模比系數(shù)差積（Ht），繪制模比系數(shù)差積曲線[5]。

2黑河金盆水庫入庫徑流量年際演變規(guī)律

2.1徑流量變化幅度分析

根據(jù)收集到的1954～2007年的來水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，繪制黑河金盆水庫來水頻率曲線（圖1），發(fā)現(xiàn)黑河金盆水庫年徑流量的豐枯變化劇烈，離差系數(shù)達0.425，偏差系數(shù)達0.858；年徑流量均值為59 409.08萬m3，來水量大于平均值年份占總年份的44.29%，最小年徑流量為2002年的20 236萬m3，最大年徑流量為1981年的124 972萬m3。

2.2徑流量連續(xù)豐枯變化分析

統(tǒng)計金盆水庫的豐枯變化發(fā)現(xiàn)，在全部樣本的54年中，豐水年為25年，豐水比率為46.3%，其中1954～1980、1981～2007、1991～2007年豐水年比例分別為51.85%、40.74%、17.65%；枯水年為29年，枯水比率為53.7%，枯水比率稍大于豐水比率，其中1954～1980、1981～2007、1991～2007年枯水年比例分別為48.15%、59.26%、82.35%。在豐水年和枯水年的年數(shù)對比上，1954～1980年豐、枯水年是基本相等的，豐水年的比例還稍高于枯水年比例；1981～2007年枯水年已明顯大于豐水年的年數(shù)。而這種差距在1991～2007年變得非常大，枯水年年數(shù)接近于5倍豐水年數(shù)，枯水年的比例達82.35%。從不同時期枯水年所占的比例可以看出，近年來黑河金盆水庫絕大多數(shù)年份年度來水量低于歷史平均水平。從連豐和連枯的年份數(shù)量來看，54年中出現(xiàn)2年以上連豐的情況僅有5次；大于5年的連豐年有3次，2次均出現(xiàn)在1954～1964年；而1991年以來未出現(xiàn)連豐年。研究期內(nèi)出現(xiàn)連枯年大于2年的次數(shù)共有6次，其中連枯4年的出現(xiàn)了2次，連枯6年和7年的各出現(xiàn)了1次；連枯最長的7年出現(xiàn)在1991～1997年。

2.3入庫徑流演變的趨勢分析

從黑河金盆水庫1954～2007年序列徑流量模比系數(shù)差積曲線（圖2）可以看出，1954～1964年的11年中，金盆水庫入庫徑流基本保持了上升的趨勢，趨于豐水；1964～1979年徑流量模比系數(shù)差積處于下降狀態(tài)，趨于枯水；1980～1984年則顯示出急速增長的趨勢，這5年是金盆水庫少有的徑流量快速增多的年份；1985～1990年則基本呈現(xiàn)了穩(wěn)中有升的狀態(tài)，模比系數(shù)差積在1990年達到最高值；自1991年以后，模比系數(shù)差積呈現(xiàn)出快速下降的勢態(tài)，甚至在2002年出現(xiàn)負值，說明1991年后徑流量明顯減少，顯現(xiàn)出枯水年增多的趨勢。

3黑河金盆水庫入庫徑流年內(nèi)演變規(guī)律分析

由于地處大陸半干旱氣候帶，金盆水庫的入庫徑流具有明顯的季節(jié)性變化，從其逐月徑流量變化（表1）可以看出，黑河金盆水庫的年內(nèi)豐水期主要在7、8、9和10月4個月份，4個月的入庫徑流合計達到全年徑流量的65.29%；其中7月徑流量最大，占全年徑流量的19.157%；而年內(nèi)枯水期主要是12、1、2和3月4個月份，其入庫徑流合計僅為全年入庫徑流的8.06%。從逐月的最大月徑流量與最小月徑流量的比值可以看出，5、6、8和12月的比值較大，說明這4個月的徑流變化激烈，易出現(xiàn)汛情和旱情。

4小結(jié)

（1）在近半個多世紀，黑河金盆水庫入庫徑流量豐枯變化劇烈，離差系數(shù)達0.425，偏差系數(shù)為0.858，最大年徑流量與最小年徑流量相差6倍。

（2）通過游程理論分析，雖然總體看來黑河金盆水庫的豐水年和枯水年的數(shù)量以及連豐年和連枯年出現(xiàn)的次數(shù)基本持平，但在近20年來枯水年出現(xiàn)的次數(shù)遠遠高于豐水年

的次數(shù)，1991～2007年的17年間枯水年占82%以上，未出現(xiàn)連豐年?？梢娊鹋杷畮炷壳罢幱诳菟?，易發(fā)生少水事件，易發(fā)生連枯現(xiàn)象。

（3）年徑流量在研究期內(nèi)的大體變化趨勢處于波動狀態(tài)，1954～1964年入庫徑流基本保持了上升的趨勢；1964～1979年徑流量模比系數(shù)差積處于下降狀態(tài)；1980～1984年則顯示出急速增長的趨勢；1985～1990年基本呈現(xiàn)了穩(wěn)中有升的狀態(tài)； 自1991年以后，模比系數(shù)差積呈現(xiàn)出快速下降的勢態(tài)，甚至在2002年出現(xiàn)負值，說明1991年后徑流量明顯減少，顯現(xiàn)出枯水年增多的趨勢。

（4）從月徑流量分析可以看出，黑河金盆水庫徑流主要集中于夏季的6～9月份，屬于豐水季；12月～次年3月徑流偏少，屬于枯水季；5、6、8和12月的徑流變化激烈，易出現(xiàn)汛情和旱情，需要重點監(jiān)控。

參考文獻

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責任編輯黃小燕責任校對李巖