莊浪河流域徑流變化影響分析

賈翠霞，鄧居禮

（甘肅省定西水文水資源勘測局，743000，定西）

一、流域概況

莊浪河是黃河一級支流，發(fā)源于青海門源與甘肅天祝交接地的冷龍嶺，河源高程4 248 m，上游稱金強(qiáng)河，河道流向大致為東南向，河口高程1550m，全長 184.8 km，比降 7.35‰～10.7‰，流域面積 4 007 km2，于西固區(qū)河口鎮(zhèn)匯入黃河。流域多年平均年降水量320.2 mm，多年平均年徑流量1.084 億 m3，徑流深 26.0 mm，徑流系數(shù)為 0.093，年輸沙量 156.4萬 t，年輸沙模數(shù)415.0 t/km2，最大含沙量529 kg/m3，年蒸發(fā)量（20 cm 口徑）在1 083.5～1655.4mm之間，其空間分布下游大于上游。

流域內(nèi)設(shè)有武勝驛、紅崖子2個(gè)水文站，7處雨量站。上游有上溝、小川沙溝、大川沙溝、直溝、煙洞溝等山洪溝數(shù)條，中下游有石灰溝、火石墩沙溝、大沙溝、小沙溝、教場溝、甘沙溝、毛家沙溝、康家井沙溝、費(fèi)家灣沙溝等。

流域內(nèi)水利工程較多，如自流引水渠道工程、管筒井工程、提灌工程、水庫塘壩工程、漁業(yè)養(yǎng)殖工程、小水電站、城鄉(xiāng)供水工程、污水處理工程、集雨節(jié)灌工程和“引大入秦”工程等。

二、徑流變化分析

1.空間變化

根據(jù)莊浪河流域武勝驛、紅崖子水文站以及各雨量站實(shí)測資料序列，統(tǒng)計(jì)多年平均面降水量、徑流量、徑流深及徑流系數(shù)等特征值見表1。

由表1對比分析，有如下認(rèn)識：

①面降水量、徑流量、徑流深及徑流系數(shù)等水文特征值均隨集水面積的增加而減小。

②莊浪河流域武勝驛以上區(qū)間氣候陰濕，下墊面條件較好，雨水較多，徑流系數(shù)大；武勝驛～紅崖子中下游區(qū)間雨水較少，水量損失多，致使全流域徑流系數(shù)非常小。

③莊浪河流域紅崖子出口斷面多年平均年徑流量比上游武勝驛偏小0.742億m3，相對偏少 40.6%，上下游水量嚴(yán)重不平衡。

表1 莊浪河流域基本情況統(tǒng)計(jì)表

2.時(shí)間變化

（1）年內(nèi)變化

點(diǎn)繪武勝驛、紅崖子站以上面降水量P及徑流量W平均值年內(nèi)分布，可以看出，武勝驛以上區(qū)間和全流域多年平均月降水量年內(nèi)分布一致，降水主要分布在汛期 （5～9 月），5～9 月降水量占全年降水量的83.5%左右，最大降水出現(xiàn)在7、8月份，總體逐月降水量上游區(qū)大于中下游。

武勝驛斷面以上多年平均月徑流量年內(nèi)變化過程與降水量年內(nèi)變化基本一致，即隨降水的增加徑流量相應(yīng)增加，其中11～12月和翌年 1、2、3月徑流量因主要受地下徑流的補(bǔ)給基本穩(wěn)定。紅崖子站多年平均月徑流量年內(nèi)變化過程呈“W”形，與降水量年內(nèi)變化存在不一致現(xiàn)象，其中12月和翌年1、2、3月徑流量相對穩(wěn)定，4、5、6、11 月徑流減少較多。 通過上下游斷面多年平均月徑流年內(nèi)變化過程對比分析可以看出，12月和翌年1、2、3月上下游月徑流量持平，屬基本平衡期；4～11月下游各月徑流量均小于上游，屬非平衡期，而 4、5、6、11月為嚴(yán)重失衡期，這主要與莊浪河中下游區(qū)間4～11月季節(jié)性引水量增加有關(guān)。

（2）年際變化

武勝驛、紅崖子水文站年徑流量的變差系數(shù)（Cv）分別為0.30和0.43，實(shí)測最大年徑流量和最小年徑流量的比值分別為3.3和11.4，表明莊浪河年徑流量年際變化大，而下游區(qū)間徑流量年際變化比上游區(qū)間變化更大。

點(diǎn)繪武勝驛、紅崖子站年徑流量模比系數(shù)差積 Σ（ki-1）曲線（見圖 1），從上游武勝驛站過程看，莊浪河1957—1961年為徑流上升段，1962—1977年為徑流下降段，1978—2008年為徑流平穩(wěn)段；從下游紅崖子站過程看， 莊浪河 1957—1961年、1966—1971年為徑流上升段，1961—1965年、1971—1987年為徑流下降段，1987—2008年為徑流平穩(wěn)段。由此可知，莊浪河上下游區(qū)間部分時(shí)段徑流量豐枯變化存在一定差異，這與中下游區(qū)間來水量的變化及人類活動(dòng)的影響有關(guān)。

3.徑流變化趨勢

①分別點(diǎn)繪上下游非灌溉期（12～3月）和灌溉期（4～11月）徑流量 W 時(shí)序累積值相關(guān)圖（見圖2），圖中相關(guān)線上 1.0、1.1、0.56、0.46、0.54（無量綱）均為直線斜率的倒數(shù)（k），當(dāng) k＜1.0時(shí)，下游徑流量小于上游徑流量，當(dāng)k相對變小時(shí)，則徑流量相對減小，反之則增大。從圖2非灌溉期相關(guān)圖看出，k值大于1.0，下游徑流量大于上游，12～3月為上下游水量基本平衡期，從灌溉期相關(guān)線上看出，k值均小于1.0，下游徑流量小于上游，4～11月為上下游水量非平衡期，說明長期以來莊浪河上下游水量不平衡，且非平衡期主要是灌溉期（4～11月）。另外，相關(guān)線上在1975年前后發(fā)生了轉(zhuǎn)折，在轉(zhuǎn)折點(diǎn)后徑流量相對減少，并在1995年前后出現(xiàn)新轉(zhuǎn)折，徑流量相對增加。徑流量的變化趨勢表明，年徑流量的變化除了受降水因素的影響外，還受到其他因素的影響，如20世紀(jì)70年代中期以后人類活動(dòng)頻繁，徑流量相對減少，加劇了上下游水量不平衡現(xiàn)象，90年代后 “引大入秦”工程跨流域引水灌溉，回歸水量加入，徑流有增加趨勢。

②分別點(diǎn)繪上下游武勝驛、紅崖子站以上年面雨量P面與年徑流量W時(shí)序累積值相關(guān)圖（見圖3），圖中關(guān)系線上 0.46、0.39、0.32（單位：106m3/mm）為直線斜率的倒數(shù)，即徑流相對降水量的變率。由圖3可以看出，武勝驛站以上的關(guān)系線上沒有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其雨—水關(guān)系相對穩(wěn)定；而紅崖子站以上的關(guān)系線在1975年前后有明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其徑流量相對減少，即1975—2003年比1957—1975年減少了17.9%，經(jīng)粗略計(jì)算，莊浪河在轉(zhuǎn)折后累積徑流量減少量為7.52億m3。由此可知，莊浪河流域在20世紀(jì)70年代中期以來徑流量的衰減變化主要在下游區(qū)，“引大入秦”工程跨流域引水灌溉對徑流變化影響較小。

圖1 武勝驛、紅崖子站年徑流量模比系數(shù)差積Σ（ki-1）曲線

圖2 上下游非灌溉期和灌溉期徑流量W時(shí)序累積值相關(guān)圖

圖3 上下游年面雨量P面與年徑流量W時(shí)序累積值相關(guān)圖

三、影響徑流變化的主要因素

影響徑流變化的因素很多，概括起來可分為自然因素和人類活動(dòng)因素兩大類。

1.自然因素

自然因素的影響主要是降水和下墊面因素的影響。

①降水因素包括年降水量、降雨時(shí)空分布、降雨強(qiáng)度等，一般情況下，降水多的年份徑流量大，兩者成正相關(guān)關(guān)系，降水量的年內(nèi)分配、空間分布及降水強(qiáng)度對徑流的影響十分明顯，暴雨相對集中的年份徑流量較大。例如：1969年8月莊浪河中下游發(fā)生較大暴雨，24小時(shí)降雨達(dá)47.0 mm，紅崖子站出現(xiàn)較大洪水，洪峰流量為144 m3/s，武勝驛僅為25.0 m3/s，造成下游徑流量增多，從而唯一出現(xiàn)上下游水量平衡年份，這正是降雨時(shí)空分布不均勻所致。

②下墊面因素主要指流域地形、土質(zhì)和植被情況。例如，莊浪河武勝驛以上區(qū)間地形、土質(zhì)基本穩(wěn)定，植被條件好，年降水量較大，其輸水率高，對徑流變化影響較小，而中下游屬黃土丘陵溝壑區(qū)，地區(qū)分割破碎，自然植被稀疏，降水稀少、變率大，主要以暴雨產(chǎn)生瞬間溝道洪峰為主，水土流失嚴(yán)重，水量損失多，輸水率低，補(bǔ)給莊浪河流域的徑流小，同時(shí)對徑流變化的影響較大。

2.人類活動(dòng)因素

人類活動(dòng)對莊浪河流域徑流的影響可綜合為兩個(gè)方面：一方面，水利水保工程措施、工農(nóng)業(yè)及人類生活用水量增加，改變了流域下墊面條件，減輕了水土流失，使年徑流量減少；另一方面，跨流域引水灌溉回歸水量的加入，增大了河川徑流量。永登縣引水灌溉歷史悠久，距今已有2 000多年，20世紀(jì)70年代以來，流域內(nèi)水土保持和興修水利工程等人類活動(dòng)更加頻繁，截至2008年，境內(nèi)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活的水利工程，有自流引水渠道58條，提灌工程131處，飲水工程97處，水庫、塘壩蓄調(diào)水工程44處，管筒井提水工程425處，生態(tài)綠化提水工程8處?，F(xiàn)已發(fā)展有效灌溉面積3萬多hm2，生態(tài)林綠化面積5.2萬hm2。1990年以后，干旱山區(qū)集雨節(jié)灌工程發(fā)展迅速，已建成雨水集流水窖26 958眼，集雨節(jié)灌水窖12 123眼，飲水澇池365座，節(jié)灌澇池26座。而這些水利水保工程措施80%以上分布于莊浪河中下游區(qū)。由于流域內(nèi)人類活動(dòng)頻繁，引水量不斷增加，一方面增加了水量蒸發(fā)，另一方面導(dǎo)致地下水嚴(yán)重下降，使河流枯期徑流減少，因而河流徑流量相應(yīng)減少。另外，“引大入秦”工程1994年10月建成通水，其中莊浪河中下游區(qū)年灌溉面積達(dá)2 933萬hm2，年引水量為1 983.83萬m3，由于灌溉回歸水量的不斷加入，又增加了河川的徑流量。從圖2看出該流域上下游水量不平衡，自20世紀(jì)70年代中期以后徑流量有減少趨勢，而90年代中期以后徑流量又有增加趨勢，就是這兩種相反的人類活動(dòng)對徑流影響的反映。

四、降雨量及人類活動(dòng)變化對徑流量影響程度分析

流域徑流量大小的變化與降雨特征、流域自然地理?xiàng)l件以及人類活動(dòng)等都密切相關(guān)，就同一流域而言，自然地理?xiàng)l件是相對穩(wěn)定的，變化的是降雨因素和人類活動(dòng)因素，因此降雨量和人類活動(dòng)的變化是導(dǎo)致徑流量變化的根本和直接原因。

根據(jù)徑流量變化趨勢分析，莊浪河流域徑流量減少變化主要發(fā)生在中下游區(qū)，現(xiàn)就降雨量和人類活動(dòng)變化對徑流量變化影響程度做如下定性分析：

①長期以來莊浪河上下游水量不平衡，且不平衡期發(fā)生在每年的灌溉期4～11月份，毫無疑問是區(qū)間工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活用水量增多，水資源利用率高所致，徑流量減少，完全是受人類活動(dòng)變化的影響。

②根據(jù)莊浪河流域雨—水關(guān)系分析，在1975年后徑流量相對減少，現(xiàn)將紅崖子站雨水實(shí)測資料以1975年為界分成1957—1974年、1975—2003年兩個(gè)階段，并求出兩個(gè)階段面雨量P、徑流量W的均值，即：

1957—1974 年：P=310.9mm W=1.219億m3

1975—2003 年：P=325.1mm W=1.093億m3

顯然，在1975年后P增加，而W減少，因此，徑流量的衰減受降雨量變化影響程度小，主要是人類活動(dòng)變化的影響結(jié)果。

[1]芮孝芳.水文學(xué)原理[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[2]趙寶璋.水資源管理[M].北京：中國水利水電出版社，1994.