涇河流域代表站降水、徑流、輸沙量變化特征分析

楊　芳，陳學(xué)林，景　宏

(1.甘肅省蘭州水文水資源勘測(cè)局，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

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涇河流域代表站降水、徑流、輸沙量變化特征分析

楊芳1，陳學(xué)林2，景宏2

(1.甘肅省蘭州水文水資源勘測(cè)局，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

[摘要]應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)涇河流域內(nèi)降水、徑流、泥沙代表站實(shí)測(cè)系列資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出涇河流域甘肅范圍的平?jīng)觥罴移核恼竞蜎艽h氣象站降水量年內(nèi)和年際變化特征；慶陽(yáng)、楊家坪、平?jīng)鏊恼緩搅髂陜?nèi)和年際變化特征；楊家坪水文站輸沙率年內(nèi)和年際變化特征，為實(shí)施白龍江引水工程和區(qū)域水資源管理以及防汛抗旱工作提供技術(shù)支撐。

[關(guān)鍵詞]降水；徑流；輸沙量；變化特征；涇河流域

1涇河流域概況

涇河流域位于甘肅省隴東地區(qū)和陜西省關(guān)中平原西北部，涵蓋寧夏回族自治區(qū)涇源縣、彭陽(yáng)縣、甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)、華亭縣、崇信縣、靈臺(tái)縣、涇川縣和慶陽(yáng)市全部縣區(qū)，以及陜西省長(zhǎng)武縣、旬邑縣、彬縣、涇陽(yáng)縣、高陵縣。四周分別與清水河流域、北洛河流域以及渭河流域接壤，流域面積45 421 km2。涇河及其上游的主要支流頡河、洪河等，均發(fā)源于六盤(pán)山東麓，呈樹(shù)枝狀自西向東匯集，源頭甚多，流程相差無(wú)幾，通常以六盤(pán)山南端馬尾巴梁東側(cè)幾條山溪匯流至老龍?zhí)兜捻扆埡幼鳛闆芎痈闪鞯脑搭^。涇河自寧夏回族自治區(qū)涇源縣涇河源鎮(zhèn)流出，經(jīng)甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)、涇川縣和陜西省長(zhǎng)武、彬縣、淳化、涇陽(yáng)等縣，于高陵縣西南陳家灘匯入渭河，全長(zhǎng)455 km，其中在寧夏回族自治區(qū)長(zhǎng)39 km，占8.6%；在甘肅省長(zhǎng)161 km，占35.4%；陜西省境內(nèi)長(zhǎng)255 km，占56%。流域面積45 421 km2，其中在甘肅省境內(nèi)34 710 km2，占76.4%。

根據(jù)自然地貌與河道特征，涇河干流可分為三段：(1)上游。涇河主源頭自六盤(pán)山南端馬尾巴梁東側(cè)流出，向東北方向匯集至山口-“老龍?zhí)丁薄芎幼岳淆執(zhí)读鞒隽P(pán)山繼續(xù)向東北流，，經(jīng)過(guò)涇河源鎮(zhèn)(原名北面河)至沙南,左納幾條支流后進(jìn)入崆峒峽，進(jìn)入甘肅省地界，此段河道河長(zhǎng)45 km，落差1 078 m，平均比降11.8‰ ，流域面積597 km2。涇河流出崆峒峽后，即進(jìn)入涇河上游的平?jīng)觥艽ㄅ璧?。在甘家墳納崆峒后峽的胭脂河(古稱(chēng)焉支川)，折北于平?jīng)龀俏鼾埵咨角鞍死飿蚣{頡河；折西北流向東南，繞平?jīng)龀潜?，?jīng)柳湖、四十里鋪、白水、花所四鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穿涇川縣王村鄉(xiāng)至涇川縣城西王母宮山前與汭河匯流；折西南轉(zhuǎn)向東北，至羅漢洞鄉(xiāng)的曹頭景家納紅河，又折東北流向東南，經(jīng)涇明鄉(xiāng)至山底下納蒲河；下至長(zhǎng)慶橋出平?jīng)鍪芯?。此段河長(zhǎng)100多 km，河床平均寬度3 km。涇河經(jīng)過(guò)長(zhǎng)慶橋東流40 km至寧縣政平，是甘肅省和陜西省的界河。在政平左納北來(lái)的最大支流馬蓮河，而折向南流完全在陜西省境內(nèi)流淌。南流至亭口鎮(zhèn)右納黑河后流向東南，經(jīng)彬縣早飯頭而進(jìn)入中游河段。(2)中下游。涇河中游到下游一直是東南流向，經(jīng)涇陽(yáng)縣張家山進(jìn)入下游，張家山是涇惠渠渠首所在地。下游流至高陵縣陳家灘匯入渭河。涇河主要支流有甘肅省境內(nèi)的頡河、汭河、洪河、黑河、達(dá)溪河、馬蓮河(環(huán)江)等和陜西省境內(nèi)的馬欄河、泔河。

2降水量變化特征

選取流域內(nèi)降水量觀測(cè)資料系列較長(zhǎng)的代表性水文、氣象站為分析對(duì)象，對(duì)平?jīng)鏊恼?974-2013年(1983-1996年缺測(cè))降水量觀測(cè)資料、楊家坪水文站1952-2013年降水量觀測(cè)資料和涇川縣氣象站1960-2013年降水量觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1年內(nèi)分配

涇河流域降水量變化主要受季風(fēng)變化影響，年內(nèi)分配不均，其特點(diǎn)是：汛期降水量大而集中，春季雨水少而不穩(wěn)定，冬季雨雪少而干燥。降水量主要集中在6～9月，從流域內(nèi)水文、雨量站點(diǎn)資料分析，此期間降水量占全年降水量的62.1%～73.0%，而11月至次年2月降水量非常小，個(gè)別年份無(wú)降水，降水量年內(nèi)分配不均勻。從流域內(nèi)雨量代表站平?jīng)鏊恼?、楊家坪水文站、涇川氣象站多年降水量月分配?lái)看，年降水量主要集中在6～9月，分別占到全年的72.9%、62.1%、65.9%，并且多集中在7～8月，分別占全年降水量的43.3%、35.3%、37%；最大月降水量多發(fā)生在7月或8月，分別占到全年降水量的23.1%、18.2%、18.9%。因此，7～8月份容易引起洪澇災(zāi)害。按季節(jié)統(tǒng)計(jì)，春季(3～5月)降水量分別為86.2 mm、108.4 mm、95.8 mm，分別占全年降水量的17.2%、20.2%、19.1%；夏季(6～8月)降水量分別為278.7 mm、263.7 mm、269.5 mm，分別占全年降水量的55.6%、49.2%、53.7%；秋季(9～11月)降水量分別為127.4 mm、148.4 mm、153.9 mm，分別占全年降水量的25.4%、27.5%、30.8%；冬季(12～2月)降水量分別為17.6 mm、15.2 mm、12.5 mm，分別僅占全年降水量的3.5%、2.8%、2.5%，均以12月份降水量為最少。根據(jù)以上分析可知，涇河流域雨季較短、雨量集中，枯季較長(zhǎng)、雨量較少，春季最易出現(xiàn)干旱缺水。涇河流域雨量代表站多年平均月年降水量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1 。

表1　涇河流域雨量代表站多年平均月年降水量統(tǒng)計(jì)表

2.2年際變化

降水量的年際變化通過(guò)長(zhǎng)系列頻率計(jì)算，用變差系數(shù)和多年降水量差積曲線來(lái)反映。

據(jù)甘肅省水文水資源局《平?jīng)鍪兴Y源調(diào)查評(píng)價(jià)》成果顯示，從降水變差系數(shù)Cv的變化來(lái)看，涇河流域多年平均降水量Cv值為0.16，流域分區(qū)中：涇河干流花所-楊家坪Cv最大為0.25，汭河袁家庵-安口Cv最小為0.19；行政分區(qū)中，涇川縣Cv最大，為0.25華亭、崇信縣Cv最小，為0.21；各站最大與最小年降水量相差明顯，極值比介于2.1～3.1之間，以涇川縣最大為3.1；極值差一般介于445～553 mm之間，以華亭站最大為552.9 mm，說(shuō)明流域內(nèi)降水量年際變化較大。通過(guò)降水量差積曲線看，各代表站降水量年際變化較大，流域內(nèi)歷年降水量總趨勢(shì)呈遞減態(tài)勢(shì)，但變化趨勢(shì)不甚明顯。降水量總體趨勢(shì)為上世紀(jì)五十年代～七十年代渭河和涇河流域?yàn)樘刎S水年，七十年代～九十年末基本為平水年，2000～2005年基本處于豐水年，降水量呈上升趨勢(shì)，2006～2009年為枯水年，2010～2013年降水量呈增加趨勢(shì)。點(diǎn)繪流域內(nèi)平?jīng)觥罴移?、涇?個(gè)雨量代表站逐年降水量變化過(guò)程線，見(jiàn)圖1，圖中看出，流域內(nèi)雨量代表站降水量年際變化特征表現(xiàn)為逐年緩慢下降的趨勢(shì)，下降趨勢(shì)不甚明顯，與降水量差積曲線得出的多年降水量年際變化特征結(jié)論相似。

圖1　流域內(nèi)代表站逐年降水量變化過(guò)程線圖

3徑流量變化特征

3.1年內(nèi)分配

涇河流域徑流的主要來(lái)源為大氣降水，由于地形地貌和流域下墊面條件的不同及降水入滲與產(chǎn)流條件的差異，流域內(nèi)所屬河流徑流主要集中在7～10月，總體是徑流過(guò)程與降水過(guò)程基本對(duì)應(yīng)，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，汛期徑流量大，說(shuō)明年徑流量主要由洪水組成。涇河流域代表站多年各月平均流量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2 ，涇河流域代表站多年各月平均流量柱狀圖見(jiàn)圖2。從表2 和圖2中慶陽(yáng)、楊家坪、平?jīng)鏊恼径嗄旮髟缕骄髁拷y(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，徑流量主要集中在7～10月，分別占到全年的68.4%、63.7%、63.6%，并且多集中在7～9月，分別占全年徑流量的63.9%、52.8%、47.5%；3～6月徑流量分別占全年的22.2%、21.3%、18.1%，11～2月徑流量分別占年徑流量的9.6%、18.2%、22.2%。非汛期徑流很小，可利用量少，洪水期徑流量大，無(wú)法利用，是涇河流域徑流的顯著特點(diǎn)。

圖2　涇河流域代表站多年各月平均流量柱狀圖

3.2年際變化

徑流的補(bǔ)給來(lái)源是降水，降水是大氣環(huán)流的產(chǎn)物，降水、徑流的豐、平、枯總是循環(huán)往復(fù)交替發(fā)生的，徑流年際變化的總體特征常用變差系數(shù)或年極值比(最大、最小年流量的比值)來(lái)反映一個(gè)地區(qū)徑流過(guò)程的相對(duì)變化程度。變差系數(shù)或年極值比大，表示徑流的年際豐枯變化大，對(duì)水資源的利用不利。反之，變差系數(shù)或年極值比小，表示徑流的年際豐枯變化穩(wěn)定，對(duì)水資源的利用有利。變差系數(shù)基本反映出各河流的徑流變化特點(diǎn)。

據(jù)甘肅省水文水資源局《平?jīng)鍪兴Y源調(diào)查評(píng)價(jià)》成果[3]顯示，經(jīng)分析計(jì)算涇河干流站崆峒、平?jīng)?、涇川、楊家坪變差系?shù)CV在0.54～0.57之間；汭河安口、袁家庵變差系數(shù)在0.55～0.57之間；達(dá)溪河靈臺(tái)、張家溝變差系數(shù)在0.58～0.64之間；葫蘆河仁大、靜寧變差系數(shù)在0.70～0.71之間；莊浪河變差系數(shù)最大0.84；全流域年徑流Cv為0.50，說(shuō)明涇河流域徑流量年際變化大，豐枯相差較大。從不同年代段地表徑流變化來(lái)看，從上世紀(jì)50至60年代到了90年代一直表現(xiàn)為逐步減小趨勢(shì)，90年代地表徑流量為最小值，較多年平均值減少近4成。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，涇河流域地表徑流略有增加，2001～2013年時(shí)段平均地表徑流較多年平均值減少近2成左右?？傮w分析，上世紀(jì)50年代和60年代是豐水時(shí)期，70年代和80年代基本持平， 90年代以來(lái)進(jìn)入連續(xù)枯水期，河道來(lái)水量不斷減少。涇河流域代表站歷年徑流量變化過(guò)程線見(jiàn)圖3，圖中看出，涇河流域代表站平?jīng)?、慶陽(yáng)、楊家坪水文站歷年徑流量變化特征表現(xiàn)為逐年下降的趨勢(shì)，且下降趨勢(shì)非常明顯。

表2　涇河流域代表站多年各月平均流量統(tǒng)計(jì)表

表3　涇河流域代表站不同時(shí)段多年平均徑流量統(tǒng)計(jì)

表4　楊家坪水文站歷年各月平均輸沙率統(tǒng)計(jì)表

圖3　涇河流域代表站歷年徑流量變化過(guò)程線

對(duì)涇河流域代表站平?jīng)鏊恼?974～2013年(其中：1983～1996年停測(cè))、慶陽(yáng)水文站1956～2013年、楊家坪水文站1956～2013年實(shí)測(cè)年徑流量，以全國(guó)第二次水資源調(diào)查評(píng)價(jià)時(shí)間2000年為分界，不同時(shí)段多年平均徑流量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，建站～2000年平?jīng)?、慶陽(yáng)、楊家坪3個(gè)水文站分別比歷年(建站-2013年)均值偏大65.7%、4.4%、9.2%；2001～2013年平?jīng)?、慶陽(yáng)、楊家坪3個(gè)水文站分別比歷年均值偏離11.6%、-17.8%、-34.4%?？梢钥闯觯陱搅髁糠謺r(shí)段變化規(guī)律是建站～2000年時(shí)段平均徑流量均大于多年(建站～2013年)平均徑流量，2001～2013年主要支流馬蓮河控制站和涇河干流控制站時(shí)段平均徑流量均小于多年(建站～2013年)平均徑流量。

4輸沙量變化特征

4.1年內(nèi)變化

利用涇河干流中下游控制站楊家坪水文站長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)懸移質(zhì)泥沙資料作為代表站進(jìn)行分析。楊家坪水文站歷年各月多年平均輸沙率及各月占年總數(shù)百分比統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。從表4可以看出，涇河干流楊家坪水文站輸沙率年內(nèi)分配極不均勻，多年平均情況下，7月份輸沙率占全年百分比最大，占全年總數(shù)的56.7%；7～8月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的78.4%，主汛期6～9月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的94.4%。

4.2年際變化

點(diǎn)繪流域內(nèi)泥沙觀測(cè)代表站涇川、楊家坪水文站歷年輸沙量變化過(guò)程線，見(jiàn)圖4。歷年輸沙量變化過(guò)程表現(xiàn)為逐年緩慢減小的趨勢(shì)，但減小幅度不大。分時(shí)段看，涇河干流楊家坪水文站1956～2013年間多年平均輸沙量為6 490萬(wàn) t，1977年以后年輸沙量明顯減少，1957～1977年間多年平均輸沙量為9 750萬(wàn) t，1978～2013年間多年平均輸沙量為4 448萬(wàn) t，2005～2013年間多年平均輸沙量為1 228萬(wàn) t。

圖4　涇河流域代表站歷年輸沙量變化過(guò)程線圖

5結(jié)語(yǔ)

(1)降水量變化特征。涇河流域降水量變化主要受季風(fēng)變化影響，年內(nèi)分配不均，其特點(diǎn)是：汛期降水量大而集中，春季雨水少而不穩(wěn)定，冬季雨雪少而干燥。降水量主要集中在6～9月，約占年降水量的70%?？菁据^長(zhǎng)、雨量較少，春季最易出現(xiàn)干旱缺水。流域內(nèi)雨量代表站降水量年際變化特征表現(xiàn)為逐年緩慢下降的趨勢(shì)，下降趨勢(shì)不甚明顯。

(2)徑流量變化特征。涇河流域徑流的主要來(lái)源為大氣降水，流域內(nèi)所屬河流徑流主要集中在7～10月，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，汛期徑流量大，說(shuō)明年徑流量主要由洪水組成。流域內(nèi)慶陽(yáng)、楊家坪、平?jīng)鰪搅鞔碚緩搅髁恐饕性?～10月，分別占到全年的68.4%、63.7%、63.6%，并且多集中在7～9月，分別占全年徑流量的63.9%、52.8%、47.5%；3～6月徑流量分別占全年的22.2%、21.3%、18.1%，11～2月徑流量分別占年徑流量的9.6%、18.2%、22.2%。非汛期徑流很小，可利用量少，洪水期徑流量大，無(wú)法利用，是涇河流域徑流的顯著特點(diǎn)。歷年徑流量變化特征表現(xiàn)為逐年下降的趨勢(shì)，且下降趨勢(shì)非常明顯。年徑流量分時(shí)段變化規(guī)律是建站～2000年時(shí)段平均徑流量均大于多年(建站～2013年)平均徑流量，2001～2013年主要支流馬蓮河控制站和涇河干流控制站時(shí)段平均徑流量均小于多年(建站～2013年)平均徑流量。

(3)輸沙量變化特征。涇河干流楊家坪水文站輸沙率年內(nèi)分配極不均勻，多年平均情況下，7月份輸沙率占全年百分比最大，占全年總數(shù)的56.7%；7～8月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的78.4%，主汛期6～9月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的94.4%。流域內(nèi)泥沙觀測(cè)代表站涇川、楊家坪水文站歷年輸沙量變化過(guò)程表現(xiàn)為逐年緩慢減小的趨勢(shì)，但減小幅度不大。分時(shí)段看，涇河干流楊家坪水文站1956～2013年間多年平均輸沙量為6 490萬(wàn) t，1977年以后年輸沙量明顯減少，1957～1977年間多年平均輸沙量為9 750萬(wàn) t，1978～2013年間多年平均輸沙量為4 448萬(wàn) t，2005～2013年間多年平均輸沙量為1 228萬(wàn) t。

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[中圖分類(lèi)號(hào)]P336

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)02-0140-04

[作者簡(jiǎn)介]楊芳(1969-)，女，甘肅張掖人，工程師，主要從事水文水資源監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)工作。[通訊作者]陳學(xué)林(1967-)，男，甘肅臨澤人，教授級(jí)高工，主要從事水文水資源監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和研究工作。

[收稿日期]2015-10-30