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2012-07-16 06:46:52白劍威
水利規(guī)劃與設(shè)計(jì) 2012年4期
白劍威
（平?jīng)鍪兴娍睖y(cè)設(shè)計(jì)院 甘肅平?jīng)?744000）
1 流域基本情況
紙坊溝流域位于甘肅省平?jīng)鍪谐悄希乩碜鴺?biāo)為東經(jīng)106°37′～106°42′、北緯35°26′～35°33′，屬?zèng)芎痈闪饕患?jí)支溝，是隴東黃土高原溝壑區(qū)的典型代表區(qū)，也是黃河流域最早確立的重點(diǎn)治理小流域之一，地形地貌為黃土高原殘塬溝壑區(qū)，地表地層為第四紀(jì)全新世黃土層，溝谷地帶為第四紀(jì)上新世紅粘土。
流域上游源于六盤山－太統(tǒng)山脈的虎狼山，下游橫穿平?jīng)鰱|城區(qū)入涇河干流，流域總面積18.98km2，海拔高程1365.00～2104.00m，相對(duì)高差739.8m，主溝道長(zhǎng)15.77km，溝道平均坡降4.34%，共有大小支溝120條總長(zhǎng)57.24km，溝道密度3.02km／km2，植被覆蓋率35.5%，流域治理度81.4%，土壤侵蝕模數(shù)7472t／km2／a。流域多年平均氣溫8.8℃、年降水量548.7mm、年蒸發(fā)量1499.2mm、年日照時(shí)數(shù)2381h。
流域自1954年被黃委會(huì)和甘肅省水保委員會(huì)列為黃河流域重點(diǎn)治理區(qū)和試驗(yàn)基地起，先后設(shè)立了3個(gè)固定和2個(gè)臨時(shí)水文觀測(cè)站，形成了流域徑流觀測(cè)站網(wǎng)，對(duì)流域地表徑流進(jìn)行了48年的觀測(cè)，存有1955～2002年48年的徑流觀測(cè)資料系列。
2 流域地表徑流特性
2.1 年徑流特征
（1）年徑流量：由流域一壩水文站1955～2002年實(shí)測(cè)徑流資料及其用同站降水量資料相關(guān)插補(bǔ)的徑流量系列，用面積比擬法推算得出全流域各年年徑流量，由此統(tǒng)計(jì)分析得出流域多年平均年徑流量85.174×104m3、平均流量0.027m3／s，最大年徑流量246.86×104m3、流 量0.078m3／s（1995年），最小年徑流量9.69×104m3、流 量0.003m3／s（2000年）。
（2）年徑流量過程線：按分析統(tǒng)計(jì)的各年年徑流量繪制流域年徑流量過程線見圖1。
2.2 月徑流特征
（1）月徑流量：用實(shí)測(cè)和插補(bǔ)的48年系列資料分析統(tǒng)計(jì)得出流域各年月徑流量和多年平均月徑流量值。
（2）多年平均月徑流量分配比例：按流域年、月徑流量分析統(tǒng)計(jì)得出，紙坊溝流域多年平均徑流量85.174×104m3，多年平均各月徑流量值。用多年平均各月徑流量除以多年平均年徑流量，得出流域多年平均月徑流量分配比例見表1所列。
（3）多年平均月徑流量過程線：用分析統(tǒng)計(jì)的多年平均各月徑流量繪制的流域多年平均月徑流量過程線見圖2。
圖1 紙坊溝流域1955～2002年年徑流量過程線
圖2 紙坊溝流域多年平均月徑流量過程線
表1 紙坊溝流域多年平均月徑流量分配比例
2.3 年徑流量統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值
根據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的流域48年年徑流量值，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析計(jì)算得出的紙坊溝流域年徑流量8項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值見表2。
表2 紙坊溝流域年徑流量統(tǒng)計(jì)特征值
2.4 不同頻率年徑流量
對(duì)分析統(tǒng)計(jì)的48年年徑流量進(jìn)行排序和頻率分析計(jì)算，并按P－Ⅲ型適線法求得紙坊溝流域不同頻率的年徑流量見表3。
表3 紙坊溝流域不同頻率年徑流量
2.5 流域地表徑流特性
綜合分析流域徑流觀測(cè)值和特征值，紙坊溝流域地表徑流具有以下特性：
（1）年徑流量小。流域最大年徑流量246.86×104m3、流量0.078m3／s（1995年），最小年徑流量9.69×104m3、流量0.003m3／s（2000年），多年平均年徑流量85.174×104m3、平均流量0.027m3／s、徑流模數(shù)4.488×104m3／km2，平均徑流模數(shù)是涇河流域的81.2%。
（2）年際變化幅度很大，穩(wěn)定性極差。流域年徑流量在豐水年和枯水年相差24.5倍，均方差達(dá)61.724，平均離差系數(shù)達(dá)72%。48年觀測(cè)資料系列中偏差值在±5%范圍內(nèi)的只有2年，占總年數(shù)的4.2%，在±10范圍內(nèi)的有3年，占總年數(shù)的6.3%，在±10%以外的占96.7%。
（3）年內(nèi)分配不均，且差值大。流域徑流月分布過程線峰型單一凸顯，多年平均年徑流量大部分分布在5～10月份，徑流量為71.8×104m3，占年徑流量的84.3%，尤其是6～9月的汛期徑流量達(dá)56×104m3，占年徑流量的65.7%，而且徑流量最大的9月達(dá)18.4×104m3，占了全年徑流量的1／5多。
（4）年徑流量周期性規(guī)律明顯。從年徑流量過程線圖上可以看出，紙坊溝流域地表徑流的年際變化11年為一個(gè)周期，連續(xù)出現(xiàn)枯水年的周期為6年左右，連續(xù)出現(xiàn)豐水年的周期亦為6年左右。
（5）徑流量逐年減少。從流域1960～1999年40年的地表徑流年徑流量分段分析出，流域每10年年均徑流量減少10.7%～41.4%，累計(jì)減少了68.1%，總體上年徑流量減少幅度較大。
（6）和降水關(guān)系密切。從分析計(jì)算得出的紙坊溝流域年徑流量統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值知，流域地表年徑流量與降水量的б、Cv、Cs等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值很接近，基本特征幾乎與降水量一致，充分說明紙坊溝流域地表徑流是由雨水補(bǔ)給并隨其變化而變化的。由其相同頻率下的年降水量和年徑流深計(jì)算得出流域多年平均徑流系數(shù)為0.082，在頻率為20%～95%時(shí)，徑流系數(shù)為0.103～0.018。
（7）徑流量峰值推后于降水量峰值。從流域降水量和徑流量過程線圖上反映出，在同一周期中徑流量峰值推后于降水量峰值一個(gè)時(shí)段，雖然周期長(zhǎng)短相同，但峰頂與峰谷來臨時(shí)段上有差異，反映出了地表徑流有一個(gè)形成過程和地下徑流補(bǔ)給地表徑流的特性。
3 地表徑流變化趨勢(shì)及其成因
3.1 地表徑流變化趨勢(shì)
綜合分析流域48年來觀測(cè)記錄的地表年徑流量，總體上呈逐年減少的趨勢(shì)，且減少幅度不斷加大。從流域1960～1999年40年的地表徑流年徑流量分段分析，流域每10年年徑流量減少10.7%～41.4%，累積減少了68.1%，平均每年減少1.7%。流域1960～1999年年徑流量變化趨勢(shì)分析比較情況見表4，變化趨勢(shì)見圖3。
表4 紙坊溝流域1960～1999年年徑流量變化趨勢(shì)分析比較
圖3 紙坊溝流域1955～2002年年徑流量變化趨勢(shì)
3.2 地表徑流變化成因
從紙坊溝流域48年觀測(cè)記錄的地表年徑流量資料系列統(tǒng)計(jì)分析，流域地表年徑流量逐年減少，平均每年減少1.7%，最大時(shí)期年均減少4.14%，最小時(shí)期年均減少1.07%，并且減少幅度不斷加大。
分析其原因，主要有以下兩點(diǎn)：
（1）由于降水量的減少而減少。由紙坊溝流域同期年降水量分段分析，流域每10年平均年降水量減少2.2%～7.3%，累計(jì)減少了11.9%，平均每年減少0.3%。統(tǒng)計(jì)分析的流域1960～1999年年降水量變化情況見表5。
由于紙坊溝流域地處黃土高原溝壑區(qū)的殘塬溝壑帶，溝道地表徑流無(wú)地下徑流和側(cè)向水流補(bǔ)給，主要由天然降水補(bǔ)給，所以，地表徑流量大小的變化隨著天然降水量多少的變化而變化。由于同期年降水量逐年減少，則流域地表徑流量隨之減少。按其觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，降水量的減少對(duì)同期流域地表徑流量減少的影響程度達(dá)8.8%。
表5 紙坊溝流域1960～1999年年降水量變化趨勢(shì)分析比較
（2）由于流域植被覆蓋度和治理度的提高而減少。根據(jù)地表徑流產(chǎn)匯流原理，流域下墊面的質(zhì)地是影響降水形成徑流的主要因素之一。紙坊溝流域在建立治理站即設(shè)立觀測(cè)站前，植被稀疏，梁峁溝臺(tái)幾乎為自然坡狀，坡谷面攔截滲漏天然降水的能力差，降水容易形成地表徑流，地表徑流就大，而經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的不間斷治理，人工植樹280.6hm2，人工種草175.1hm2，修造梯田718.8hm2，并修筑水平溝、魚鱗坑、水簸箕、澇池、水窖、溝道谷坊、截水堰、小型水庫(kù)、淤地壩等多處，使流域植被覆蓋度達(dá)到了35.5%，流域治理程度達(dá)到了81.4%，流域治理度平均每年提高3.1%，種植的林草特別是修筑的坡地梯田大大提高了坡谷面攔截滲漏天然降水的能力，減少了地表徑流的產(chǎn)流量，從而使地表徑流量減少。按其觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，流域治理度的提高對(duì)同流域地表徑流量減少的影響程度達(dá)91.2%。
1 薛輝.羊道溝小流域暴雨徑流資料分析［J］.山西水土保持科技，2006.（1）.
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2 流域地表徑流特性
2.1 年徑流特征
（1）年徑流量：由流域一壩水文站1955～2002年實(shí)測(cè)徑流資料及其用同站降水量資料相關(guān)插補(bǔ)的徑流量系列，用面積比擬法推算得出全流域各年年徑流量，由此統(tǒng)計(jì)分析得出流域多年平均年徑流量85.174×104m3、平均流量0.027m3／s，最大年徑流量246.86×104m3、流 量0.078m3／s（1995年），最小年徑流量9.69×104m3、流 量0.003m3／s（2000年）。
（2）年徑流量過程線：按分析統(tǒng)計(jì)的各年年徑流量繪制流域年徑流量過程線見圖1。
2.2 月徑流特征
（1）月徑流量：用實(shí)測(cè)和插補(bǔ)的48年系列資料分析統(tǒng)計(jì)得出流域各年月徑流量和多年平均月徑流量值。
（2）多年平均月徑流量分配比例：按流域年、月徑流量分析統(tǒng)計(jì)得出，紙坊溝流域多年平均徑流量85.174×104m3，多年平均各月徑流量值。用多年平均各月徑流量除以多年平均年徑流量，得出流域多年平均月徑流量分配比例見表1所列。
（3）多年平均月徑流量過程線：用分析統(tǒng)計(jì)的多年平均各月徑流量繪制的流域多年平均月徑流量過程線見圖2。
圖1 紙坊溝流域1955～2002年年徑流量過程線
圖2 紙坊溝流域多年平均月徑流量過程線
表1 紙坊溝流域多年平均月徑流量分配比例
2.3 年徑流量統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值
根據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的流域48年年徑流量值，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析計(jì)算得出的紙坊溝流域年徑流量8項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值見表2。
表2 紙坊溝流域年徑流量統(tǒng)計(jì)特征值
2.4 不同頻率年徑流量
對(duì)分析統(tǒng)計(jì)的48年年徑流量進(jìn)行排序和頻率分析計(jì)算，并按P－Ⅲ型適線法求得紙坊溝流域不同頻率的年徑流量見表3。
表3 紙坊溝流域不同頻率年徑流量
2.5 流域地表徑流特性
綜合分析流域徑流觀測(cè)值和特征值，紙坊溝流域地表徑流具有以下特性：
（1）年徑流量小。流域最大年徑流量246.86×104m3、流量0.078m3／s（1995年），最小年徑流量9.69×104m3、流量0.003m3／s（2000年），多年平均年徑流量85.174×104m3、平均流量0.027m3／s、徑流模數(shù)4.488×104m3／km2，平均徑流模數(shù)是涇河流域的81.2%。
（2）年際變化幅度很大，穩(wěn)定性極差。流域年徑流量在豐水年和枯水年相差24.5倍，均方差達(dá)61.724，平均離差系數(shù)達(dá)72%。48年觀測(cè)資料系列中偏差值在±5%范圍內(nèi)的只有2年，占總年數(shù)的4.2%，在±10范圍內(nèi)的有3年，占總年數(shù)的6.3%，在±10%以外的占96.7%。
（3）年內(nèi)分配不均，且差值大。流域徑流月分布過程線峰型單一凸顯，多年平均年徑流量大部分分布在5～10月份，徑流量為71.8×104m3，占年徑流量的84.3%，尤其是6～9月的汛期徑流量達(dá)56×104m3，占年徑流量的65.7%，而且徑流量最大的9月達(dá)18.4×104m3，占了全年徑流量的1／5多。
（4）年徑流量周期性規(guī)律明顯。從年徑流量過程線圖上可以看出，紙坊溝流域地表徑流的年際變化11年為一個(gè)周期，連續(xù)出現(xiàn)枯水年的周期為6年左右，連續(xù)出現(xiàn)豐水年的周期亦為6年左右。
（5）徑流量逐年減少。從流域1960～1999年40年的地表徑流年徑流量分段分析出，流域每10年年均徑流量減少10.7%～41.4%，累計(jì)減少了68.1%，總體上年徑流量減少幅度較大。
（6）和降水關(guān)系密切。從分析計(jì)算得出的紙坊溝流域年徑流量統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值知，流域地表年徑流量與降水量的б、Cv、Cs等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值很接近，基本特征幾乎與降水量一致，充分說明紙坊溝流域地表徑流是由雨水補(bǔ)給并隨其變化而變化的。由其相同頻率下的年降水量和年徑流深計(jì)算得出流域多年平均徑流系數(shù)為0.082，在頻率為20%～95%時(shí)，徑流系數(shù)為0.103～0.018。
（7）徑流量峰值推后于降水量峰值。從流域降水量和徑流量過程線圖上反映出，在同一周期中徑流量峰值推后于降水量峰值一個(gè)時(shí)段，雖然周期長(zhǎng)短相同，但峰頂與峰谷來臨時(shí)段上有差異，反映出了地表徑流有一個(gè)形成過程和地下徑流補(bǔ)給地表徑流的特性。
3 地表徑流變化趨勢(shì)及其成因
3.1 地表徑流變化趨勢(shì)
綜合分析流域48年來觀測(cè)記錄的地表年徑流量，總體上呈逐年減少的趨勢(shì)，且減少幅度不斷加大。從流域1960～1999年40年的地表徑流年徑流量分段分析，流域每10年年徑流量減少10.7%～41.4%，累積減少了68.1%，平均每年減少1.7%。流域1960～1999年年徑流量變化趨勢(shì)分析比較情況見表4，變化趨勢(shì)見圖3。
表4 紙坊溝流域1960～1999年年徑流量變化趨勢(shì)分析比較
圖3 紙坊溝流域1955～2002年年徑流量變化趨勢(shì)
3.2 地表徑流變化成因
從紙坊溝流域48年觀測(cè)記錄的地表年徑流量資料系列統(tǒng)計(jì)分析，流域地表年徑流量逐年減少，平均每年減少1.7%，最大時(shí)期年均減少4.14%，最小時(shí)期年均減少1.07%，并且減少幅度不斷加大。
分析其原因，主要有以下兩點(diǎn)：
（1）由于降水量的減少而減少。由紙坊溝流域同期年降水量分段分析，流域每10年平均年降水量減少2.2%～7.3%，累計(jì)減少了11.9%，平均每年減少0.3%。統(tǒng)計(jì)分析的流域1960～1999年年降水量變化情況見表5。
由于紙坊溝流域地處黃土高原溝壑區(qū)的殘塬溝壑帶，溝道地表徑流無(wú)地下徑流和側(cè)向水流補(bǔ)給，主要由天然降水補(bǔ)給，所以，地表徑流量大小的變化隨著天然降水量多少的變化而變化。由于同期年降水量逐年減少，則流域地表徑流量隨之減少。按其觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，降水量的減少對(duì)同期流域地表徑流量減少的影響程度達(dá)8.8%。
表5 紙坊溝流域1960～1999年年降水量變化趨勢(shì)分析比較
（2）由于流域植被覆蓋度和治理度的提高而減少。根據(jù)地表徑流產(chǎn)匯流原理，流域下墊面的質(zhì)地是影響降水形成徑流的主要因素之一。紙坊溝流域在建立治理站即設(shè)立觀測(cè)站前，植被稀疏，梁峁溝臺(tái)幾乎為自然坡狀，坡谷面攔截滲漏天然降水的能力差，降水容易形成地表徑流，地表徑流就大，而經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的不間斷治理，人工植樹280.6hm2，人工種草175.1hm2，修造梯田718.8hm2，并修筑水平溝、魚鱗坑、水簸箕、澇池、水窖、溝道谷坊、截水堰、小型水庫(kù)、淤地壩等多處，使流域植被覆蓋度達(dá)到了35.5%，流域治理程度達(dá)到了81.4%，流域治理度平均每年提高3.1%，種植的林草特別是修筑的坡地梯田大大提高了坡谷面攔截滲漏天然降水的能力，減少了地表徑流的產(chǎn)流量，從而使地表徑流量減少。按其觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，流域治理度的提高對(duì)同流域地表徑流量減少的影響程度達(dá)91.2%。
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