黃河唐乃亥以上地區(qū)洪水變化特點(diǎn)分析

彭 紅，鄭艷爽，尚紅霞

(黃河水利科學(xué)研究院 水利部泥沙重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州450003)

1 概 述

黃河唐乃亥以上流域?qū)儆谇嗖馗咴瓥|北部，位于東經(jīng)95°30'—103°30'，北緯32°30'—36°20'，流域地勢(shì)總的趨勢(shì)是西高東低，海拔為4 200 ～4 800 m.由于地勢(shì)高寒，寒凍、風(fēng)化嚴(yán)重，流域內(nèi)巖石破碎，有利于水分下滲，地下水比較豐富.源區(qū)阿尼瑪卿山分布著大小冰川40 余條，冰川面積120.57 km2［1］，是黃河徑流的主要來源地. 源區(qū)徑流量的多少及變化對(duì)黃河流域水量的統(tǒng)一調(diào)度具有一定的影響;同時(shí)在很大程度上對(duì)黃河流域的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展起著制約作用［2］. 因此，掌握唐乃亥以上水文站水沙變化特性，對(duì)黃河源區(qū)水資源可持續(xù)開發(fā)利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)都具有十分重要的意義. 筆者采用黃河沿—唐乃亥河段1956—2006年的長系列實(shí)測(cè)資料對(duì)黃河沿、吉邁、瑪曲、唐乃亥4 個(gè)水文站洪水變化特點(diǎn)進(jìn)行分析.

源區(qū)水文站依次為黃河沿、吉邁、瑪曲、唐乃亥站.從源頭往下游隨著沿途支流的逐漸匯入，流量逐漸增大［3］.由于黃河沿水文站處于黃河源頭，來水僅僅依賴于冰山融雪，因此黃河沿水文站流量很小，一般均在100 m3/s 以下，基本上屬于基流，最大洪峰流量為171 m3/s，最小僅為5.3 m3/s，難以進(jìn)行洪水劃分.因此，筆者在對(duì)河源區(qū)各水文站洪水特性進(jìn)行分析時(shí)未包括該站，主要研究其他3 個(gè)站的洪水特性.

由于吉邁與瑪曲、唐乃亥站的流量相差較大，洪水劃分標(biāo)準(zhǔn)也不相同. 吉邁站起漲和落水流量以200 m3/s 左右為基準(zhǔn)，瑪曲站和唐乃亥站以400 m3/s左右流量為基準(zhǔn).

2 洪水變化特點(diǎn)分析

2.1 洪水場(chǎng)次減少

根據(jù)各水文站的實(shí)際情況，統(tǒng)計(jì)1969—2006年不同時(shí)段內(nèi)吉邁、瑪曲和唐乃亥3 個(gè)水文站的洪水場(chǎng)次，結(jié)果見表1.

表1 不同時(shí)段內(nèi)洪水場(chǎng)次及場(chǎng)次平均歷時(shí)數(shù)據(jù)

由表1可知:與1997年以前兩個(gè)時(shí)期(1969年以前和1970—1996年)相比，1997—2006年各站年均洪水場(chǎng)次明顯減少;其中唐乃亥站減少得最多，從1969年以前的年均出現(xiàn)4.17 場(chǎng)減少到1997—2006年的2.70 場(chǎng).表明河段近期受上游氣候變化和下墊面條件的影響較大，不僅是徑流量減少，而且一定量級(jí)的洪水過程也減少了.

2.2 洪峰流量降低

通過分析洪水要素，統(tǒng)計(jì)各年吉邁、瑪曲和唐乃亥水文站的洪峰最大流量，如圖1所示.不同時(shí)段各水文站最大洪峰流量Qmax、最小洪峰流量Qmin和最大與最小洪峰流量的比值Qmax/Qmin變化見表2.

圖1 各水文站逐年最大洪峰流量過程線

表2 不同時(shí)段各水文站洪峰流量特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由圖1和表2可知:吉邁水文站與下游瑪曲和唐乃亥水文站最大洪峰流量變化相似，表現(xiàn)在1970—1996年時(shí)段內(nèi)Qmax/Qmin突然變大，3 站的Qmax/Qmin值分別為5.0，4.9 和4.7，表明在1970—1996年時(shí)段內(nèi)，河源區(qū)出現(xiàn)了較大洪水;在1997—2006年時(shí)段內(nèi)，各站最大洪峰流量減小，其減幅分別為39%，51%和50%，而最小洪峰流量變化不大，導(dǎo)致3 站Qmax/Qmin有了明顯的降低，分別為3.6，2.3和2.3［3］.

2.3 洪水期洪量減少

根據(jù)吉邁、瑪曲、唐乃亥站劃分的洪水過程，統(tǒng)計(jì)各時(shí)段各站的洪量情況. 洪水期洪量計(jì)算方法以唐乃亥站的洪水過程為基礎(chǔ)，通過洪水傳播時(shí)間，反推出各站水量，計(jì)算上游各站區(qū)間來水量占唐乃亥洪量的比例，結(jié)果見表3. 由表3可知:與1970—1996年相比，1997—2006年各站洪量均有不同程度的降低，降幅分別為21%，13%和8%;唐乃亥洪量主要來自于吉邁—瑪曲區(qū)間，占唐乃亥洪量的一半稍多，其次為瑪曲—唐乃亥和黃河沿—吉邁區(qū)間，其來水量分別占唐乃亥洪量的近30%和20%，黃河沿以上來水很少.

表3 不同時(shí)段各水文站洪量及唐乃亥洪量來源組成

2.4 洪水歷時(shí)縮短

不同水文站不同時(shí)段的洪水總歷時(shí)及年均歷時(shí)的比較結(jié)果見表4.由表4可知，對(duì)于1997—2006年這個(gè)時(shí)段，無論是在洪水總歷時(shí)或者是年均洪水歷時(shí)方面，均小于1996年以前和1970—1996年的水平，可認(rèn)為在近段時(shí)期內(nèi)，河源區(qū)來水量減少. 與前述結(jié)論相一致.

表4 不同時(shí)段各水文站洪水總歷時(shí)及年均歷時(shí)數(shù)據(jù)比較 d

2.5 洪水峰型改變

峰型系數(shù)指的是對(duì)于一場(chǎng)洪水，洪峰流量Qmax與洪水平均流量Qp的比值，反映了洪水峰型的相對(duì)“胖瘦”［4］.表5是根據(jù)各場(chǎng)洪水的峰型系數(shù)統(tǒng)計(jì)的各時(shí)期峰型系數(shù)范圍. 由表5可知，各水文站最大、最小峰型系數(shù)的變化以降低為主，尤其是最大峰型系數(shù)都是減小的，與1970—1996年相比，1997—2006年吉邁、瑪曲和唐乃亥站的最大峰型系數(shù)降幅分別為3%，32%和13%，表明洪峰減小幅度要大于洪量的減小幅度，洪水峰型相對(duì)變“矮胖”. 其中主要來水區(qū)吉邁—瑪曲區(qū)間變化較大，導(dǎo)致瑪曲峰型系數(shù)降低最多［5－6］.

表5 不同時(shí)刻各水文站峰型系數(shù)極值

3 結(jié) 語

1)1997—2006年洪水期洪水場(chǎng)次減少，吉邁、瑪曲和唐乃亥水文站年均洪水場(chǎng)次降幅均為23%左右.最大洪峰流量均降低，最大降幅為70%;最小洪峰流量變化不同，最大降幅為77%，最大增幅僅為4%，使得最大洪峰流量與最小洪峰流量之間的差別，除黃河沿站是增幅34%，吉邁、瑪曲和唐乃亥站都是降低的，降幅分別為28%，53%和51%.

2)吉邁、瑪曲和唐乃亥站洪水水量減小，降幅分別為21%，13%和8%，但是對(duì)于唐乃亥站洪量組成來說，各區(qū)間來水量變化不大.

3)由于近年來水量急劇減少，導(dǎo)致洪水歷時(shí)較短，洪水最大洪峰流量與平均流量的比值也變小，洪峰峰型變“矮胖”.

4)經(jīng)分析，造成徑流及洪水場(chǎng)次減少、洪峰流量降低、洪水水量減小、洪水期歷時(shí)縮短、洪水峰型改變等的主要原因是氣溫上升和降水減少，氣溫上升和降水減小使得大面積草場(chǎng)退化，土壤沙化，生態(tài)平衡失調(diào)，蒸發(fā)量增大. 因此，必須加大對(duì)河源區(qū)水文、氣象及植被變化的觀測(cè)力度，為今后生態(tài)環(huán)境的治理提供依據(jù).

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