硯瓦川流域降雨徑流泥沙變化研究

摘要? ? 本文通過(guò)黃土高塬溝壑區(qū)硯瓦川中尺度流域降雨徑流泥沙資料分析其特征，結(jié)果表明，硯瓦川流域處于半干旱地區(qū)，年降雨量主要集中在雨季，枯水期的降雨量非常少，因而年降雨量與汛期降雨量有非常相似的變化趨勢(shì)和特征。硯瓦川流域降雨量年內(nèi)分配不均，降水主要在集中在7—8月，汛期降雨量占全年降雨量的77.4%。年際變化較小，趨勢(shì)不明顯。硯瓦川流域徑流量、泥沙量的變化與降雨量密切相關(guān)，具有基本相同的規(guī)律和特點(diǎn)。徑流量和泥沙量呈逐年減小的變化趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞? ? 硯瓦川流域;降雨;徑流;泥沙;相關(guān)關(guān)系

中圖分類號(hào)? ? S157.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）11-0194-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

1? ? 區(qū)域概況與資料來(lái)源

1.1? ? 研究區(qū)域概況

硯瓦川流域地處甘肅省慶陽(yáng)市西峰區(qū)、寧縣境內(nèi)，系涇河二級(jí)支流，位于東經(jīng)107°37′32″～107°55′00″、北緯35°30′17″～35°44′14″之間，流域總面積376.69 km2，集水區(qū)長(zhǎng)度35 km，溝道比降1.29%，涉及西峰區(qū)、寧縣的8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。硯瓦川流域具有典型的黃土高塬溝壑區(qū)地貌特征，地質(zhì)構(gòu)造較為單一，地表基本為黃土所覆蓋。流域?qū)倥瘻貛植菰貛е脖活愋?，天然草原植被以鐵桿蒿群落和白羊草加本氏針茅群落為主。區(qū)域多年平均降雨量為544.9 mm，年際變率大，其相對(duì)年變率為19.0%;春季年變率為29.2%，夏季年變率為29.4%，秋季年變率為34.2%，冬季年變率為50.7%。降水的季節(jié)分布不均，主要集中在7—9月，約占全年降水量的68%左右，并且多以暴雨形式出現(xiàn)。

1976年，為探討較大流域水土保持綜合治理效益，黃河水利委員會(huì)西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站在硯瓦川流域出口設(shè)立徑流泥沙測(cè)站進(jìn)行觀測(cè)，該站控制流域面積329.0 km2。測(cè)流設(shè)施為拋物線型量水堰，主要觀測(cè)降雨、水位、流量、泥沙（含沙量、輸沙率）、蒸發(fā)等[1-3]。在硯瓦川流域內(nèi)先后布設(shè)硯瓦川、永豐、秦霸嶺、司家老戶等23處雨量站。隨著時(shí)間的變化，雨量站點(diǎn)有增減，2007年開(kāi)始逐步恢復(fù)調(diào)整有24處雨量站進(jìn)行雨量觀測(cè)至今，流域內(nèi)站網(wǎng)密度為13.7 km2/站。

1.2? ? 資料來(lái)源

以硯瓦川流域24個(gè)雨量站1976—2017年逐日降雨量作為基本數(shù)據(jù)，雨量站位置分布見(jiàn)圖1。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 降雨變化特征

2.1.1? ? 降雨量年際變化。根據(jù)硯瓦川流域所布設(shè)的24個(gè)雨量站的實(shí)測(cè)降雨資料統(tǒng)計(jì)（圖2），流域多年平均（1976—2017年）降雨量為523.4 mm，其中降雨量最大值814.1 mm（2003年），最小值297.2 mm（1995年），極值比為2.7∶1.0。其中年降雨量≥600 mm的年份，共出現(xiàn)了10年，占總年數(shù)的23.8%，年降雨量≥400mm而<600 mm的有28年，占總年數(shù)的66.7%，有4年年降雨量<400 mm，占總年數(shù)的9.5%。

2.1.2? ? 降雨量年內(nèi)變化。硯瓦川流域降水量年內(nèi)分配高度集中，季節(jié)分配很不均勻。1976—2017年5—9月汛期降雨量為405.1 mm，占全年降雨量的77.4%。其中，7—8月降雨量為212.9 mm，占全年降雨量40.7%，占汛期降雨量的52.6%;有效降雨量338.5 mm，占全年降雨量64.7%。

2.1.3? ? 降雨量的空間分布。從硯瓦川流域來(lái)看，流域各站的降雨量均值存在一定差異。選擇1978—2017年硯瓦川流域10個(gè)站汛期降雨量資料進(jìn)行分析，流域汛期平均降雨量為407.89 mm。均值最大為秦霸嶺雨量站，汛期降雨量418 mm，較流域均值大2.42%;均值最小為元馬雨量站，較流域均值小4.83%。各測(cè)站汛期降雨量自北向南略有減小。

2.2? ? 徑流泥沙變化

從硯瓦川流域各年代徑流量的變化（圖3）來(lái)看，1976—1979年年均徑流量為854.25萬(wàn)m3，年均洪水徑流量為370.14萬(wàn)m3;2010—2017年年均徑流量為686.69萬(wàn)m3，年均洪水徑流量為275.11萬(wàn)m3，較20世紀(jì)70年代年均徑流量增加了19.59%，洪水徑流量減少了25.67%。

硯瓦川流域1976—2017年的多年平均年輸沙量大約為62.57萬(wàn)t，其中汛期輸沙量為61.16萬(wàn)t，占全年輸沙量的97.75%，7—8月輸沙量44.39萬(wàn)t，占全年輸沙量的70.94%，占汛期輸沙量72.58%;多年平均洪水輸沙量60.7萬(wàn)t，占全年輸沙量的97.01%;最大年輸沙量為396.88萬(wàn)t（1984年），最小年輸沙量為0.99萬(wàn)t（2008年）。硯瓦川流域多年平均輸沙模數(shù)為1 901.72 t/km2。

從圖2、3可以看出，硯瓦川流域降雨量增加，徑流量和泥沙量增加;降雨量減小，徑流量和泥沙量減小。因此，降雨量與徑流量、泥沙量成正比。

2.3? ? 徑流泥沙與降雨因子回歸分析

點(diǎn)繪硯瓦川流域單因子降雨指標(biāo)汛期降雨量、7—8月降雨量、有效降雨量、最大1 d降雨量、最大3 d降雨量、最大7 d降雨量、最大15 d降雨量、最大30 d降雨量與洪水、洪沙關(guān)系相關(guān)圖，各方程見(jiàn)表1。洪水徑流量與降雨因子的回歸分析表明，汛期降雨量與洪水徑流量相關(guān)性相對(duì)較高，5種模型中多項(xiàng)式模型相關(guān)系數(shù)最高（圖4）。

硯瓦川流域洪水徑流量與輸沙量的回歸分析表明，5種模型中多項(xiàng)式模型相關(guān)系數(shù)最高（圖5）。

3? ? 結(jié)論

硯瓦川流域處于半干旱地區(qū)，年降雨量主要集中在雨季，枯水期的降雨量非常少，因而年降雨量與汛期降雨量有非常相似的變化趨勢(shì)和特征[4-5]。硯瓦川流域降雨量年內(nèi)分配不均，降水主要集中在7—8月，汛期降雨量占全年降雨量的77.4%。年際變化較小，趨勢(shì)不明顯。

硯瓦川流域徑流量、泥沙量變化與降雨量密切相關(guān)，具有基本相同的規(guī)律和特點(diǎn)[6]。徑流量和泥沙量呈逐年減小的變化趨勢(shì)。降雨因子中汛期降雨量與洪水徑流量多項(xiàng)式模型相關(guān)性相對(duì)較高，洪水徑流量與輸沙量有多項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目? ?中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放研究基金項(xiàng)目“黃土高塬溝壑區(qū)典型流域徑流輸沙對(duì)降雨的變化響應(yīng)”（IWHR-SKL-KF201808）。

作者簡(jiǎn)介? ?許小梅（1979-），女，甘肅鎮(zhèn)原人，高級(jí)工程師，從事水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與水土保持科學(xué)研究工作。

收稿日期? ?2020-02-26