莊浪縣水資源量變化趨勢(shì)研究

王玉平

(甘肅省臨洮水文水資源勘測(cè)局，甘肅 臨洮 730500)

隨著全球氣候環(huán)境的變化以及水資源開發(fā)利用影響，水資源以及水文過(guò)程存在著一定的變化趨勢(shì)，尤其是全球氣候變化，對(duì)隴中黃土高原的影響較為明顯，特別是下墊面條件的劇烈變化使得區(qū)域水循環(huán)過(guò)程與格局發(fā)生了時(shí)間和空間上的重大變化，局部地區(qū)產(chǎn)匯流機(jī)制發(fā)生了變化。莊浪縣作為隴中黃土高原的代表地區(qū)，為能夠及時(shí)掌握地表水資源變化趨勢(shì)，開展地表水資源的演變趨勢(shì)研究趨勢(shì)分析十分有必要。

1 研究區(qū)概況

莊浪縣位于甘肅省中部，六盤山西麓，屬平?jīng)鍪?，東鄰華亭縣，西依靜寧縣，北與寧夏隆德縣、涇源縣毗鄰，南和張家川縣、秦安縣接壤。全縣年均降雨量489 mm，年平均氣溫8.1℃，無(wú)霜期142 d。人多地少，是甘肅省18個(gè)干旱貧困縣和43個(gè)國(guó)家扶貧開發(fā)重點(diǎn)縣之一。莊浪縣屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)群山起伏，地勢(shì)東高西低，六盤山聳峙于東，余脈分六支回環(huán)盤互，貫穿全境?；鶐r山地和丘陵溝壑占總面積的93.5%，境內(nèi)海拔高度在1 405～2 857 m之間，氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)區(qū)。氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)區(qū)，水文屬貧水區(qū)，植被屬森林草原向半干旱過(guò)渡類型?？h境處于新生代以來(lái)地殼運(yùn)動(dòng)比較活躍的構(gòu)造地區(qū)。

2 河流站網(wǎng)分布概況

莊浪縣屬黃河流域渭河水系，縣境內(nèi)葫蘆河干流基本貫穿全境，從上至下(由北至南)有葫蘆河較大支流：濫泥河(少部分區(qū)間)、長(zhǎng)易河(部分區(qū)間)、狗娃子河、渝河、高界河、甘溝河、甘渭河、李店河、清水河(區(qū)間)9條主要河流，對(duì)縣內(nèi)葫蘆河干流及其支流水資源總量分析計(jì)算是本次研究的主要任務(wù)。河流及站網(wǎng)分布圖見圖1。

圖1 莊浪縣河流水系站網(wǎng)分布圖

3 基本資料

3.1 資料收集整理

由于莊浪縣境內(nèi)未設(shè)水文監(jiān)測(cè)站，本次評(píng)價(jià)根據(jù)鄰近地區(qū)水文站網(wǎng)分布情況，選用葫蘆河干流靜寧、秦安和支流南河仁大水文站作為莊浪縣地表水資源計(jì)算的參證站。參證站資料摘自歷年《水文年鑒》、《甘肅省水文統(tǒng)計(jì)》、近期《水文資料整編成果》、黃委會(huì)水文局所屬秦安站資料，共計(jì)123站年實(shí)測(cè)徑流資料。所收集的徑流資料全部按照國(guó)家《水文資料整編規(guī)范》要求，進(jìn)行嚴(yán)格審查并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，資料翔實(shí)可靠。莊浪縣地表徑流參證站基本情況見表1。

表1 莊浪縣地表徑流參證站基本情況表

3.2 資料插補(bǔ)延長(zhǎng)[1-2]

根據(jù)全國(guó)水文系列整體情況，第一次《中國(guó)水資源評(píng)價(jià)》中，確定同步系列的起始年份為1956年，采用了1956-1979年(24年)系列，對(duì)空缺站年做了插補(bǔ)延長(zhǎng)；2000年《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃》時(shí)，根據(jù)我國(guó)水文資料積累情況，并考慮系列代表性的要求，全國(guó)統(tǒng)一采用1956-2000年(45年)同步期水文系列作為水資源評(píng)價(jià)的基本依據(jù)。本次莊浪縣水資源評(píng)價(jià)中，1979年以前的插補(bǔ)值采用第一次水資源評(píng)價(jià)插補(bǔ)成果，1979年以后，評(píng)價(jià)所采用的基本控制站，都有實(shí)測(cè)值。插補(bǔ)延長(zhǎng)方法多數(shù)采用相似流域站徑流相關(guān)法，少數(shù)站采用降雨～徑流關(guān)系插補(bǔ)延長(zhǎng)。本次評(píng)價(jià)統(tǒng)一采用經(jīng)插補(bǔ)延長(zhǎng)后的1956-2009年54 a同步期資料系列。

4 估算方法[3]

在對(duì)單站徑流分析和分區(qū)降水量計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)地形地貌、河流特征等下墊面條件分別采用以下方法分析計(jì)算各水資源分區(qū)的1956-2009年天然年徑流系列。

(1)葫蘆河干流區(qū)間、莊浪河、下洛河分區(qū)移用南河仁大站年降水量～年徑流量關(guān)系類比估算。

(2)北洛河、南洛河、清水河區(qū)間分區(qū)移用靜寧—秦安區(qū)間年降水量～年徑流量關(guān)系類比估算。

(3)分區(qū)某年的徑流量計(jì)算公式為：

Wab=Wa×(Pb×Fb)/(Pa×Fa)

(1)

式中：Wab為計(jì)算分區(qū)某年的徑流量，104m3；Wa為參證站的同一年徑流量，104m3；Fa和Fb分別為參證站和計(jì)算分區(qū)的面積，km2；Pa和Pb分別為參站站和計(jì)算分區(qū)同一年的面平均降水量，mm。

5 徑流量變化特征[4]

5.1 徑流量的時(shí)空變化特征

以歷年極值統(tǒng)計(jì)，莊浪縣最大年徑流量22 461.2萬(wàn) m3，發(fā)生在1968年；最小年徑流量1 531.5萬(wàn) m3，發(fā)生在1997年，極值比為14.7。以變差系數(shù)Cv值統(tǒng)計(jì)，年徑流Cv為0.64，而年降水量Cv為0.18，說(shuō)明莊浪縣徑流量年際變化大，豐枯相差懸殊。

從不同年代段徑流量變化來(lái)看(表2、圖2)，莊浪縣上世紀(jì)50年代、60年代和70年代是豐水時(shí)期，平均徑流量分別為12 715.1萬(wàn) m3和10 691.1萬(wàn) m3，與多年均值相比，偏多46.4%和23.1%； 80年代略大于多年均值，為8 726.4萬(wàn) m3；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，2000-2009年徑流量與多年均值相比，減少了48.6%，僅為4 464.4萬(wàn) m3，除2003年略大于多年均值外，其他年份相對(duì)較小，2009年僅2 483.5萬(wàn) m3，為多年均值的28.6%。

表2 莊浪縣各分區(qū)不同年代段徑流量

圖2 莊浪縣多年平均徑流量變化過(guò)程

5.2 徑流量的年內(nèi)變化特征

應(yīng)用靜寧—秦安區(qū)間多年平均徑流量年內(nèi)分配比例，分析莊浪縣徑流的年內(nèi)變化，結(jié)果見表3和圖3。受季風(fēng)氣候的影響，莊浪縣徑流的年內(nèi)變化與降水量變化基本一致，呈現(xiàn)年內(nèi)高度集中，季節(jié)性變化明顯的特點(diǎn)。從全縣多年平均年內(nèi)變化情況來(lái)看(圖3)，年徑流量主要集中在7-10月，占到全年的59.6%，并且多集中在7-8月，占全年徑流量的37.4%；3-6月徑流量占全年的26.2%，11-2月徑流量?jī)H占年徑流量的14.2%。

圖3 莊浪縣多年平均徑流量年內(nèi)變化

表3 莊浪縣水資源分區(qū)多年平均徑流量年內(nèi)分配

最大月徑流量發(fā)生在8月，為1 658.6萬(wàn) m3，占全年徑流量的19.1%；最小月徑流量發(fā)生在1月，為112.9萬(wàn) m3，僅占全年的1.3%。

5.3 徑流量的地區(qū)分布特征

莊浪縣自產(chǎn)水資源主要分布在水洛河流域，為6 730.6萬(wàn) m3，占全縣的77.5%，為莊浪縣的主要產(chǎn)水區(qū)，其中北洛河為2 661.5萬(wàn) m3，占水洛河流域的39.5%，南洛河為3 452.5萬(wàn) m3，占51.3%，下洛河為616.6萬(wàn) m3，占9.2%；其次為葫蘆河流域1 520.6萬(wàn) m3，占全縣的17.5%；清水河流域自產(chǎn)水資源量最少，為432.9萬(wàn) m3，僅占全縣的5.0%。年徑流地區(qū)間差異較大。從徑流深分布來(lái)看，總的分布趨勢(shì)是東部山區(qū)大，西部黃土臺(tái)區(qū)小，由東向西遞減，等值線走向多呈南北走向。多年平均徑流深一般在25～100 mm之間，其中莊浪河和葫蘆河干流區(qū)間在25 mm左右，為徑流低值區(qū)，東部六盤山區(qū)高達(dá)150 mm以上，為徑流深高值區(qū)，高值區(qū)與低值區(qū)相差6倍以上，年徑流深的地區(qū)分布很不均勻。莊浪縣自產(chǎn)水資源量區(qū)域分布見圖4。

圖4 莊浪縣自產(chǎn)水資源量區(qū)域分布

6 降水量變化特征[5]

以歷年極值統(tǒng)計(jì)，莊浪縣最大年降水量753.3 mm，發(fā)生在1964年；最小年降水量271.2 mm，發(fā)生在1997年，極值比為2.78。以變差系數(shù)Cv值統(tǒng)計(jì)，年降水量Cv為0.18，說(shuō)明莊浪縣降水量年際變化相對(duì)于徑流量變化較小，豐枯相差不是很明顯。

從不同年代段降水量變化來(lái)看(表4、圖5)，莊浪縣上世紀(jì)50年代、60年代豐水時(shí)期，平均降水量分別為546.6 mm和523.9 mm，與多年均值相比，偏多7.2%和2.7%； 90年代略小于多年均值，501.5 mm；90年代以來(lái)進(jìn)入連續(xù)少雨期，降水量不斷減少，尤其是1990-1999年降水量與多年均值相比，減少了10.7%，僅為455.6 mm，除1992年和1993年略大于多年均值外，其他年份相對(duì)較小，1997年僅271.2 mm，為多年均值的53.2%。進(jìn)入21世紀(jì)，降水量與多年平均值基本相同，莊浪縣降水進(jìn)入平水期。從圖5可以看出，莊浪縣降水量總體趨勢(shì)為減少，趨勢(shì)線公式為y=-1.457 4x+550.03。減少量大約為14.6 mm/10a。

表4 莊浪縣各分區(qū)不同年代段降水量

圖5 莊浪縣多年平均降水量變化過(guò)程

7 結(jié)語(yǔ)

(1)莊浪縣徑流量年際變化明顯，上世紀(jì)50年代、60年代和70年代是豐水時(shí)期，80年代進(jìn)入平水期，90年度后進(jìn)入連續(xù)枯水期，進(jìn)入21世紀(jì)，徑流量減少更為明顯。

(2)年內(nèi)徑流量分布及其不均勻，年內(nèi)高度集中，季節(jié)性變化明顯的特點(diǎn)。年徑流量主要集中在7-10月，占到全年的59.6%， 11-2月徑流量?jī)H占年徑流量的14.2%。

(3)莊浪縣自產(chǎn)水資源主要分布在水洛河流域，為6 730.6萬(wàn) m3，占全縣的77.5%，年徑流深的地區(qū)分布很不均勻。

(4)莊浪縣降水量在不同的年代呈現(xiàn)不同的趨勢(shì)，總體趨勢(shì)為減少，減少量大約為14.6 mm/10a。

(5)在21世紀(jì)之前，徑流量跟降水量變化趨勢(shì)一致，進(jìn)入21世紀(jì)，降水量跟多年平均值相差不多，但徑流量明顯減少，主要原因進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，用水需求不斷增加，致使徑流量變化的主要原因。