雙柏縣降雨徑流特性分析

林蕓　胡賢群　楊操靜　劉金鐸

摘 要：雙柏縣位于云南省楚雄州南部，地處滇中腹地，哀牢山脈以東，金沙江與紅河水系分水嶺南側(cè)。境內(nèi)河流均屬于紅河流域。該文依托雙柏縣水資源調(diào)查評價，根據(jù)收集到的雙柏境內(nèi)及其鄰近區(qū)域的水文、氣象、雨量站點資料，分析雙柏縣及其周邊區(qū)域降水隨高程的變化規(guī)律，據(jù)此分析境內(nèi)各水資源分區(qū)、行政分區(qū)的多年平均面雨量以及降水統(tǒng)計規(guī)律。在降水分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)地區(qū)綜合分析方法，分析各分區(qū)的多年平均徑流以及徑流統(tǒng)計規(guī)律。根據(jù)上述分析成果，可總結(jié)得到雙柏縣多年平均面雨量、地表水資源總量、降水、徑流的時空分布特性。

關(guān)鍵詞：雙柏縣 降水 徑流 水資源量 特性分析

中圖分類號：P33 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（c）-0111-06

雙柏縣位于云南省中部，地處滇中腹地，哀牢山脈以東，金沙江與紅河水系分水嶺南側(cè)。受地形和季風(fēng)氣候的影響，全縣區(qū)域內(nèi)水資源時空分布極不平衡，河水、箐水流量不穩(wěn)定，汛枯差異明顯，夏秋水位暴漲，冬春水位下降，少數(shù)河流干涸斷流。隨著縣境內(nèi)人口不斷增長，國民經(jīng)濟(jì)和社會事業(yè)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，水資源供需矛盾日益加劇，工業(yè)與生活、城市與農(nóng)村爭水矛盾突出，水資源緊缺制約了工業(yè)和城鎮(zhèn)發(fā)展。如何提高境內(nèi)水資源安全保障，以有限的水資源支持雙柏縣經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展，改善環(huán)境，維持生態(tài)平衡，成為雙柏縣的當(dāng)務(wù)之急。為了更有效、合理地開發(fā)利用和保護(hù)水資源，加強水資源管理，提高水資源利用率，保障水資源開發(fā)利用和經(jīng)濟(jì)社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，有必要開展雙柏縣水資源綜合利用規(guī)劃工作。而水資源調(diào)查評價是水資源綜合利用規(guī)劃工作的基礎(chǔ)，掌握其降雨徑流特性，可為后續(xù)的水文分析計算工作奠定基礎(chǔ)，提供依據(jù)。文章即以雙柏縣水資源調(diào)查評價為依托，根據(jù)實測資料開展降雨徑流特性分析工作。

1 雙柏縣自然地理及水文氣象概況

雙柏縣位于云南省中部，楚雄彝族自治州境內(nèi)南部，東經(jīng)101°03′～102°02′，北緯24°13′～24°55′之間，東與易門、峨山隔綠汁江相望，南鄰新平，西與鎮(zhèn)沅、景東和哀牢山脈為界，北連楚雄，東北與祿豐接壤?？h城妥甸鎮(zhèn)居縣境偏北，北距州府楚雄市鹿城鎮(zhèn)58 km，距省府昆明193 km。全縣總面積4 045 km2，現(xiàn)轄妥甸、大莊、法脿、鄂嘉、大麥地5鎮(zhèn)以及獨田、愛尼山、安龍堡3鄉(xiāng)，共82個行政村，2個居委會。

雙柏縣境河流水系均屬紅河流域上游段的禮社江區(qū)域。境內(nèi)的河流都流歸綠汁江、禮社江后在三江口處匯合出境，流入紅河。境內(nèi)主要河流有禮社江、馬龍河、綠汁江和沙甸河。其中，禮社江為紅河上游段，馬龍河、綠汁江均為禮社江左岸一級支流，沙甸河為綠汁江右岸一級支流、禮社江二級支流。

雙柏縣位于哀牢山以東，金沙江與紅河流域分水嶺南側(cè)，具有“山川相間、峽谷縱橫、高差懸殊、北水南流”的區(qū)域地貌特點。最高點為西部的大梁山，海拔2 946 m最低點為三江口，海拔556 m。地處低緯度地帶，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，處于南亞熱帶過渡區(qū)北緣，氣候溫和，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。光照資源豐富，雨熱同季，干濕季分明。立體氣候明顯，氣候資源類型多樣，素有“一山分四季，十里不同天”之說。

雙柏縣多年平均氣溫15.1 ℃，最冷月平均氣溫8.6 ℃，最熱月平均氣溫19.4 ℃，歷年極端最高氣溫31.0 ℃，歷年極端最低氣溫-4.4 ℃。降水量偏少，無霜期長，多年平均無霜期274 d。多年平均日照2 359.4 h，多年平均蒸發(fā)量為1 950.6 mm（20 cm口徑），多年平均風(fēng)速3.1 m/s，最多風(fēng)向為SW風(fēng)，多年平均雷暴日數(shù)57.1 d。主要氣象災(zāi)害有干旱、大風(fēng)、洪澇、冰雹、雷暴等。

2 基本資料

雙柏縣河流均屬于紅河流域，北部與金沙江一級支流龍川江相鄰。

紅河流域內(nèi)水文雨量站點較多，大多建于20世紀(jì)六、七十年代，這些站點均隸屬于云南省水文水資源局。其中，雙柏縣境內(nèi)的魚莊河支流上設(shè)有魚莊河水文站、馬龍河支流上設(shè)有小龍?zhí)端恼尽⒕G汁江支流上設(shè)有董戶村和鴉勒2個水文站。境內(nèi)還設(shè)有14個雨量站。收集有這些站點自建站以來至2012年的流量、降水資料。另外，還收集有雙柏縣周邊禮社江干支流、龍川江干支流上8個水文站、23個雨量站自建站至2006年的流量、降水資料以及雙柏氣象站自建站至2012年，雙柏縣周邊的巍山、南澗、祿豐、彌渡4個氣象站自建站至2006年的降水資料。站點分布示意見圖1。

上述各水文、雨量、氣象站是此次水文分析的主要參證站。云南省水利水電勘測設(shè)計研究院及昆明院等勘測設(shè)計單位曾在禮社江、綠汁江、龍川江流域水利、水電規(guī)劃設(shè)計工作中先后對各站基礎(chǔ)資料從測驗、整編及面上做過復(fù)核，認(rèn)為各站觀測資料成果精度較高，能夠滿足分析要求。

3 水資源分區(qū)

根據(jù)《全國水資源綜合規(guī)劃》以及《云南省水資源綜合規(guī)劃》的分區(qū)成果，雙柏縣處于西南諸河一級水資源區(qū)、紅河二級水資源區(qū)、元江三級水資源區(qū)，境內(nèi)分屬紅河上段和綠汁江兩個四級水資源區(qū)。根據(jù)雙柏縣境內(nèi)河流水系分布情況，此次在云南省水資源分區(qū)成果的基礎(chǔ)上，將雙柏縣劃分為5個水資源五級區(qū)，分別為禮社江干流Ⅰ區(qū)、禮社江干流Ⅱ區(qū)、馬龍河區(qū)、沙甸河區(qū)、綠汁江干流區(qū)。水資源分區(qū)情況見圖2。以下降雨徑流計算主要以各水資源分區(qū)、行政分區(qū)為計算單元。

4 降水

4.1 測站降水

此次對雙柏縣境內(nèi)的小龍?zhí)丁Ⅷf勒2個水文站，雙柏岔河、王家村、鄂嘉、馬龍廠、草壩子、六納、黑甫沖、大莊、獅子口、下珠蚱、克田共11個雨量站以及雙柏氣象站插補延長后的年降水系列進(jìn)行頻率計算，線型為P-Ⅲ型曲線，Cs/Cv統(tǒng)一取為2倍，通過經(jīng)驗適線，得到不同雨量站的Cv值，與《云南省楚雄彝族自治州水文手冊》的附圖《楚雄彝族自治州年降水量Cv圖》（資料采用至1992年）的Cv值相差不大，推薦采用此次計算結(jié)果，如表1所示。

4.2 區(qū)域降水與高程的關(guān)系

雙柏縣境內(nèi)河流均屬紅河流域，并有多條干支流屬于跨縣境河流，因降雨徑流特性從上游往下游具有連續(xù)性，因此分析降雨徑流特性也應(yīng)整體考慮；此外，鄰近有金沙江支流龍川江，因縣境內(nèi)水文站點較少，將龍川江干流上的楚雄水文站、支流紫甸河上的鳳屯水文站都納入了分析范圍。因此，為支撐此次降雨徑流分析計算，除分析雙柏縣境內(nèi)各片區(qū)的降水高程關(guān)系之外，還分析了縣境外鄰近河流干支流的降水高程關(guān)系。

各降水高程分析區(qū)域的劃分，對于雙柏縣境內(nèi)，考慮到魚莊河、沙甸河雨量站點相對較多，具備獨立分析的條件，因此單獨分析這兩個流域的降水高程關(guān)系，其中魚莊河的降水高程關(guān)系可代表禮社江右岸的不管河-舊丈河-魚莊河-小江河一帶，沙甸河的降水高程關(guān)系可代表雙柏縣東北片區(qū)整個沙甸河流域及其鄰近的灑利黑河等流域；其他區(qū)域由于站點不全集中在某個流域，因此分別劃分為雙柏西南、雙柏東南以及馬龍河中上游，其中雙柏西南代表的是禮社江左岸支流茅鋪子河、石板河、馬龍河下游（小沙河匯口以下）、綠汁江右岸支流克田河、倉房河、清水河等流域，雙柏東南代表的是綠汁江右岸支流紅栗河、他此河、者都河、底土河、河口河、邦三河等流域，馬龍河中上游則代表的是小沙河匯口以上的馬龍河流域，該區(qū)域?qū)倏缇硡^(qū)域，在雙柏境內(nèi)可代表西北片區(qū)小沙河附近的流域。對于跨雙柏縣境及境外的河流，如禮社江上段扎江、綠汁江干流（從源頭至匯口）、龍川江上游、龍川江支流紫甸河，雨量站點均較多，因此分別單獨分析各自流域的降水高程關(guān)系。

各區(qū)域降水高程關(guān)系分析成果如圖3、表2所示。由分析成果可知，各區(qū)域的降水～高程相關(guān)關(guān)系較好，相關(guān)系數(shù)除沙甸河流域外，都能達(dá)到0.90以上，而沙甸河流域的相關(guān)系數(shù)也接近0.90，表明各區(qū)域的降水與高程之間的關(guān)系是具有一定的規(guī)律性的。

4.3 區(qū)域降水統(tǒng)計規(guī)律

4.3.1 多年平均面雨量

根據(jù)此次分析得到的各區(qū)域降水～高程關(guān)系分析成果，按各分區(qū)所在區(qū)域，按其流域平均高程查算得到面雨量。若水資源分區(qū)包含若干個降水高程關(guān)系區(qū)域，則按照面積加權(quán)的方法統(tǒng)計得到。

4.3.2 統(tǒng)計參數(shù)Cv、Cs/Cv值

降水量Cs/Cv值統(tǒng)一采用為2倍。

降水量Cv值采用兩種方法進(jìn)行計算，方法一是根據(jù)《云南省楚雄彝族自治州水文手冊》的附圖《楚雄彝族自治州年降水量Cv圖》（資料采用至1992年），采用面積加權(quán)的方式計算得到；方法二是考慮各個雨量站的Cv值綜合取值，二者差別不大，推薦采用方法二成果。各分區(qū)降水統(tǒng)計參數(shù)成果如表3所示。

5 徑流

5.1 測站徑流

水文站徑流資料年限統(tǒng)一采用1960—2012年。涉及紅河上游禮社江干流的大東勇、支流魚莊河上的魚莊河水文站、馬龍河上的小龍?zhí)端恼尽⒕G汁江上的鴉勒水文站，以及鄰近金沙江一級支流龍川江上的楚雄水文站、龍川江一級支流紫甸河上的鳳屯水文站。根據(jù)各水文站1960—2012年的徑流系列按P-Ⅲ型曲線進(jìn)行頻率分析，成果如表4所示。

5.2 各分區(qū)徑流統(tǒng)計規(guī)律

5.2.1 多年平均徑流

雙柏縣水資源主要由降水產(chǎn)生，徑流與降水關(guān)系密切。多年平均徑流計算，考慮研究該區(qū)域徑流與降水、面積等因素的關(guān)系，建立地區(qū)綜合公式，進(jìn)而推算各分區(qū)的徑流（即地表水資源量）。

表5為各水文站降雨徑流分析成果，是地區(qū)綜合分析的基礎(chǔ)。其中流域平均高程根據(jù)GIS軟件量算而得，根據(jù)流域平均高程和前述分析的降水～高程關(guān)系，可推求出面雨量。多年平均流量由前述的1960—2012年徑流系列得到。

影響流域徑流量的因素很多，但最直接和明顯的因素為集水面積和降水量。根據(jù)以上分析成果，認(rèn)為徑流深不僅與降水量有關(guān)，還與集水面積有關(guān)，按各站徑流深、降水量及集水面積成果進(jìn)行二元冪函數(shù)回歸分析，經(jīng)分析相關(guān)關(guān)系較好，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.989，分析得到的徑流與面積、降水的關(guān)系成果如式（1）所示。

R=3.269 35×10-8×F -0.136×P 3.433 5 （1）

其中：R為多年平均徑流深（mm）；

P為多年平均降水量（mm）；

F為集水面積（km2）。

各行政分區(qū)及各水資源分區(qū)的多年平均流量及水量，原則上根據(jù)上述二元回歸地區(qū)綜合公式推求得到，并對不合理之處進(jìn)行微調(diào)。

5.2.2 統(tǒng)計參數(shù)Cv、Cs/Cv值

徑流Cs/Cv值統(tǒng)一采用2倍。

徑流變差系數(shù)Cv值的確定，同樣采用地區(qū)綜合法進(jìn)行分析。

根據(jù)表5中各水文站的徑流統(tǒng)計參數(shù)分析成果，分別按降水與Cv、徑流與Cv、集水面積與Cv進(jìn)行一元回歸相關(guān)分析，成果表明，雙柏縣境內(nèi)及周邊的徑流Cv值與集水面積相關(guān)關(guān)系較差，不予考慮。降水量、徑流深與Cv值的相關(guān)關(guān)系較好，其中降水量與Cv值的關(guān)系更好，從點據(jù)分布的情況可以看出降水量與Cv值之間有較明顯的變化規(guī)律，推薦采用。

各分區(qū)的徑流統(tǒng)計參數(shù)如表6、表7所示。

6 降雨徑流特性分析結(jié)論

根據(jù)雙柏氣象站1959—2012年降水資料統(tǒng)計，5～10月降水量為805.4 mm，占年降水的85.4%，其中6～8月降水最為集中，這3個月降水為515.1 mm，占年降水的54.6%；11月至次年4月降水量為137.5 mm，僅為年降水的14.6%。雙柏縣降水年內(nèi)分布特征基本可以此為代表。

雙柏縣地處哀牢山脈東麓，對于云南省夏季，多為西南暖濕氣流控制，相對西南暖濕氣流而言，雙柏位于背風(fēng)坡，因此雙柏降水比相鄰但位于哀牢山以西的景東、鎮(zhèn)沅要小很多。需要注意的是，雙柏縣雖位于西南氣流的背風(fēng)坡，但境內(nèi)地理環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致境內(nèi)降水的空間分布復(fù)雜。從降水的空間分布上看，雙柏縣降水量隨海拔變化特征明顯，海拔越高，降水量越大，降水量在區(qū)域面上的分布特性大致趨勢是由西向東遞減，降水高值區(qū)多出現(xiàn)在水汽來源大的迎風(fēng)坡和高山區(qū)。全縣境內(nèi)多年平均面雨量927.9 mm，降水量的年際變化不大，Cv值在0.20～0.23之間。從各行政分區(qū)降水量分布來看，鄂嘉鎮(zhèn)年降水量最多，約為1 313 mm，大莊鎮(zhèn)降水量最少，約為828 mm，其余地區(qū)降水量在829 ～909 mm之間。

雙柏縣水資源主要由降雨產(chǎn)生，全縣境內(nèi)多年平均地表水資源量94 167萬m3，全縣多年平均徑流深233 mm。按2010年全縣人口與耕地指標(biāo)統(tǒng)計，人均水資源量5 884 m3，高于全國平均水平。

從徑流的年際變化來看，徑流量的年際變化存在較明顯的地區(qū)差異，其中位于禮社江右岸的不管河-舊丈河-魚莊河-小江河一帶（鄂嘉鎮(zhèn)）徑流年際變化較小，Cv值在0.17～0.27之間，平均為0.23；其余地區(qū)均位于禮社江左岸，徑流年際變化較大，Cv值在0.57～0.67之間，平均為0.62；豐、平、枯水年周期性交替變化。從徑流的年內(nèi)分配來看，由于境內(nèi)河流基本都是雨水補給水源類型，徑流年內(nèi)分配與降雨年內(nèi)分配情況基本一致，主要集中在雨季，尤以6～10月的徑流量最大，其中不管河-舊丈河-魚莊河-小江河一帶徑流年內(nèi)分配相對均勻，6～10月約占全年總徑流量的59.8%；其余地區(qū)6～10月約占全年總徑流量的75.5%～79.4%。

從徑流的空間分布上看，全縣徑流深分布不均，基本與該縣降雨量的空間分布保持一致，總體呈現(xiàn)出隨海拔高程變化趨勢明顯，海拔越高，徑流深值越大的趨勢?？h境內(nèi)的5個水資源分區(qū)中，禮社江干流Ⅰ區(qū)、禮社江干流Ⅱ區(qū)、馬龍河區(qū)、沙甸河區(qū)、綠汁江干流區(qū)多年平均徑流深分別為563 mm、189 mm、162 mm、162 mm、147 mm。禮社江左右岸徑流深差異較大，右岸不管河-舊丈河-魚莊河-小江河一帶（鄂嘉鎮(zhèn)）高程較高（1 700～2 100 m之間），雨量豐沛（1 300～1 500 mm之間），徑流系數(shù)較大（0.60～0.65之間），徑流深較大，在800～900 mm之間，全縣降雨、徑流深最高值出現(xiàn)在這一帶的小江河支流納嫩河，其流域平均高程最高，為2 041.5 m，相應(yīng)的面雨量、徑流深也最高，分別為1 428.8 mm、884.0 mm；雙柏縣其他地區(qū)均位于禮社江左岸，高程（1 300～2 000 m之間）、降水量（700～1000 mm之間）、徑流系數(shù)（0.15～0.35之間）、徑流深（100～300 mm之間）總體小于右岸，全縣徑流深最低值出現(xiàn)在綠汁江流域，該流域在雙柏縣境內(nèi)流域平均高程為1 575.8 m，面雨量為858.5 mm，徑流深為133 mm。

7 結(jié)語

文章依托雙柏縣水資源綜合利用規(guī)劃項目，根據(jù)收集到的雙柏境內(nèi)外的水文氣象資料，對雙柏縣進(jìn)行水資源調(diào)查評價，分析總結(jié)雙柏縣降雨徑流時空分布特性。按照其降雨徑流特性，可為后續(xù)的水文分析計算奠定基礎(chǔ)、提供依據(jù)，從而得到合理的水資源配置方案，使全縣水資源供需基本平衡，水資源可以得到有效保護(hù)及合理的開發(fā)利用，對改善全縣生活生產(chǎn)條件、促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展有積極作用。

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