氣候及下墊面條件變化對(duì)寧夏暴雨洪水的影響分析

張萬寶，李聰敏

（寧夏水文水資源勘測(cè)局，750001，銀川）

氣候及下墊面條件變化對(duì)寧夏暴雨洪水的影響分析

張萬寶，李聰敏

（寧夏水文水資源勘測(cè)局，750001，銀川）

根據(jù)寧夏長(zhǎng)系列水文觀測(cè)資料，以氣候變化條件為背景，對(duì)寧夏降雨強(qiáng)度及流域下墊面變化條件下流域徑流、暴雨洪水和洪峰流量出現(xiàn)頻率變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，為進(jìn)一步分析研究暴雨洪水的產(chǎn)匯流規(guī)律提供參考。

氣候變化；下墊面；暴雨洪水；影響；寧夏

隨著近年地球氣候變化、氣溫普遍上升，全國范圍內(nèi)突發(fā)性極端天氣現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，寧夏局地暴雨洪水也較頻繁出現(xiàn)，造成較嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害，如賀蘭山地區(qū)1998年和2006年的暴雨洪水等。一方面，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人類活動(dòng)改造自然環(huán)境的力度逐漸加大，如水利工程的建設(shè)、水保措施的實(shí)施、荒地開墾和退耕還林政策的落實(shí)等因素使目前的流域產(chǎn)匯流條件發(fā)生了較大變化。另一方面，氣候變化使降雨的時(shí)空分布也隨之改變。本文擬通過分析寧夏降雨的時(shí)空分布及流域下墊面變化條件下的流域暴雨洪水變化規(guī)律，為當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)洪水計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)。

一、寧夏自然地理?xiàng)l件

寧夏地勢(shì)南高北低，地貌分區(qū)主要分為寧夏南部黃土丘陵溝壑區(qū)、荒漠草原內(nèi)流區(qū)、引黃灌區(qū)、賀蘭山區(qū)。從地貌類型看，南部以流水侵蝕的黃土地貌為主，中部和北部以干旱剝蝕、風(fēng)蝕地貌為主，是內(nèi)蒙古高原的一部分。境內(nèi)有較為高峻的山地和廣泛分布的丘陵，也有由于地層斷陷又經(jīng)黃河沖積而成的沖積平原，還有臺(tái)地和沙丘。自南向北分跨3個(gè)氣候帶，原州區(qū)以南屬暖溫帶半濕潤區(qū)，原州區(qū)以北至海原中部屬中溫帶半干旱區(qū)，海原北部至引黃灌區(qū)屬中溫帶干旱區(qū)。按降水等值線將其分為3個(gè)地理單元，即年均降水量小于200 mm的北部引黃灌區(qū)、年均降水量在200～400 mm間的中部干旱風(fēng)沙區(qū)和年均降水量大于400 mm的南部黃土丘陵區(qū)。

黃河以外的主要河流有清水河、苦水河、葫蘆河、涇河、祖厲河等。其中，除苦水河外的其他河流均在寧夏南部的黃土丘陵溝壑區(qū)，南部山區(qū)是寧夏產(chǎn)生徑流的主要區(qū)域。

二、寧夏暴雨洪水特點(diǎn)

寧夏地處半濕潤區(qū)向半干旱區(qū)過渡地帶，遠(yuǎn)離水汽源地，暴雨的發(fā)生有明顯的季節(jié)性，7、8月為暴雨的主要發(fā)生季節(jié)，此時(shí)正是太平洋副熱帶高壓極盛時(shí)期，暖濕氣流的大量輸送增大了高強(qiáng)度暴雨發(fā)生的概率。根據(jù)歷年暴雨統(tǒng)計(jì)，7、8月暴雨次數(shù)占年發(fā)生暴雨總數(shù)的85%以上，其中8月份占55%以上。暴雨以局地小范圍短歷時(shí)暴雨較多，一般在3 h以內(nèi)，強(qiáng)度較大。

洪水的特點(diǎn)與暴雨相關(guān)，主要發(fā)生在6—9月，其中7、8月占70%～90%，產(chǎn)流多為局地產(chǎn)流，大范圍全流域產(chǎn)流較少。因多數(shù)洪水由局地暴雨產(chǎn)生，洪水過程的形狀多為尖瘦形，洪峰陡漲陡落，歷時(shí)較短，一般不超過1天。

三、影響暴雨洪水的主要因素

①20世紀(jì)80年代以來，受氣候條件的影響，降水量在總量上偏少，產(chǎn)生暴雨洪水相對(duì)較少。

②水保工程措施、封山育林在近20多年間逐步實(shí)施，植被覆蓋率、流域下墊面條件發(fā)生了很大變化，部分區(qū)域的降雨被攔截，改變了有效產(chǎn)流面積。

③水利工程建設(shè)、荒地的開發(fā)利用改變了流域下墊面條件，對(duì)流域的產(chǎn)流以及匯流都產(chǎn)生了一定影響。

四、暴雨洪水變化特征分析

1.時(shí)段降雨量變化分析

寧夏的暴雨大部分為短歷時(shí)降雨，1 h、6 h的降雨量是形成洪峰流量大小的關(guān)鍵指標(biāo)。

采用133個(gè)雨量站系列資料，其中系列長(zhǎng)度大于等于15年的有70站，大于等于20年的有62站，大于等于30年的有50站。通過1965—2000年（系列 1）、1965—2010年（系列2）兩個(gè)系列進(jìn)行分析。

逐站統(tǒng)計(jì)歷年最大1 h、6 h降雨量，分析其兩個(gè)系列均值的變化。經(jīng)分析，各分區(qū)均值均有不同程度的減小。其中降幅較大的為荒漠區(qū)，1 h降雨減小約15%，6 h降雨量減小6.9%；南部黃土丘陵干旱區(qū)1 h降雨減小約8%，6 h降雨量減小13%。（見表1）

最大1 h、6 h點(diǎn)雨量變差系數(shù)CV在1965—2010年系列比1965—2000年系列均有不同程度減小，最大1 h的CV減小幅度在1%～12.67%。最大6 h的CV減小幅度在9%～14.9%。（見表2）

2.徑流量變化分析

選擇南部山區(qū)三關(guān)口、賀堡、黃家河水文站實(shí)測(cè)汛期徑流量與汛期降雨量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析比較。

根據(jù)代表站流域以上汛期降雨量與實(shí)測(cè)徑流量的統(tǒng)計(jì)資料，計(jì)算各站斷面以上流域平均降雨量與徑流量進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)見表3～表5。按照每10年1個(gè)分段，分時(shí)段統(tǒng)計(jì)分析，將各時(shí)段降雨量與多年平均降雨量進(jìn)行比較，變化幅度基本在5%以內(nèi)，但徑流變化幅度較大。從表中可以看出，2000年以前徑流的變化幅度基本在20%以內(nèi)，2000年后三關(guān)口、黃家河水文站的降雨量與多年平均值相差不大，但三關(guān)口、賀堡、黃家河水文站徑流量減少的變化幅度分別為50%、13%、40%。說明徑流量的大小一方面與降雨量有很大關(guān)系，另一方面受降雨強(qiáng)度、時(shí)間分配、下墊面條件變化等因素的影響。

表1　各分區(qū)1 h、6 h點(diǎn)雨量均值變幅

表2　各分區(qū)1 h、6 h點(diǎn)雨量變差系數(shù)CV變幅

表3　三關(guān)口水文站分時(shí)段降雨徑流變化

表4　賀堡水文站分時(shí)段降雨徑流變化

表5　黃家河水文站分時(shí)段降雨徑流變化

3.洪峰流量年際變化分析

選擇位于不同氣候區(qū)且具有代表性的水文站，根據(jù)長(zhǎng)系列水文觀測(cè)資料對(duì)代表站實(shí)測(cè)洪峰流量年際變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。

（1）三關(guān)口水文站（黃土丘陵半干旱區(qū)）

三關(guān)口水文站于1960年設(shè)站，流域面積為218 km2，上游無水庫工程。從設(shè)站以來至2012年洪峰流量的變化趨勢(shì)線看（見圖1），其有減小的趨勢(shì)，減少幅度在70%。說明區(qū)域的下墊面條件受封山禁牧政策和植被恢復(fù)的影響。

（2）鳴沙水文站（風(fēng)沙干旱區(qū)）

鳴沙水文站于1958年設(shè)站，流域面積為1 064 km2，為寧夏中部干旱地區(qū)黃河較大支流紅柳溝的區(qū)域代表站，上游無水庫。從設(shè)站以來至2012年洪峰流量的變化趨勢(shì)線看（見圖2），減小的趨勢(shì)不明顯。其中，2011年實(shí)測(cè)得到設(shè)站以來的最大洪峰流量。

（3）大武口水文站（北部賀蘭山區(qū)）

大武口水文站于1973年設(shè)站，流域面積528 km2，為寧夏北部賀蘭山北段的區(qū)域代表站，上游無水利工程。從設(shè)站以來至2012年洪峰流量的變化趨勢(shì)線看（見圖3），其有減小的趨勢(shì)，減少幅度在30%。主要原因一是由于區(qū)域的下墊面條件受封山禁牧和植被恢復(fù)影響，二是暴雨量和次數(shù)減少。

圖1　三關(guān)口水文站逐年洪峰流量變化趨勢(shì)

圖2　鳴沙水文站逐年洪峰流量變化趨勢(shì)

圖3　大武口水文站逐年洪峰流量變化趨勢(shì)

4.最大洪峰流量出現(xiàn)概率分析

選取境內(nèi)各氣候分區(qū)內(nèi)具有代表性的14個(gè)水文站、42處水文定點(diǎn)調(diào)查斷面，具有30年以上洪水系列資料。將水文調(diào)查斷面30年的資料分為3個(gè)時(shí)段，分析近30年、20年、10年最大流量之間的變化，結(jié)果為：

①14個(gè)水文站的系列資料中，鳴沙、汝箕溝2個(gè)站的近10年最大流量也是近40年最大流量，占到14%。7個(gè)站的近20年最大流量也是近40年最大流量，占到50%。從近10年或20年發(fā)生的最大洪水的站點(diǎn)分布來看，無明顯的地區(qū)分布規(guī)律。

②根據(jù)42處水文定點(diǎn)調(diào)查斷面的近30年調(diào)查洪水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中8個(gè)站的近10年最大流量也是近30年最大流量，占到20%。另有3個(gè)站近10年最大流量接近近30年最大流量。

綜上所述，盡管寧夏近10年總體上降雨量偏枯，但有多站點(diǎn)發(fā)生近40年或近30年最大洪水。說明寧夏具有暴雨洪水的局地性，其突發(fā)性強(qiáng)，地域分布規(guī)律性較差。

五、結(jié)論

①寧夏局地暴雨較多，具有強(qiáng)度大、歷時(shí)短的特點(diǎn)，從1956—2010年與1956—2000年這兩個(gè)系列對(duì)比分析，最大1h、6h降雨量均值均不同程度減小。其中除賀蘭山區(qū)變幅較小外，其他各區(qū)降幅較大的減小6.4%～14.6%，最大1 h的CV減小幅度為1%～12.67%，最大6h的CV減小幅度為9%～14.9%。

②2000年后，代表站的徑流量與多年平均相比減少幅度分別為50%、13%、40%。代表站洪峰流量總體呈減小趨勢(shì)。

③寧夏盡管近10年總體上降雨量偏枯，但通過資料分析發(fā)現(xiàn)，有多站點(diǎn)發(fā)生近40年或近30年最大洪水，說明寧夏的暴雨洪水具有局地性，其突發(fā)性強(qiáng)。

［1］方樹星.氣候變化對(duì)寧夏水資源影響及適應(yīng)對(duì)策［R］.寧夏發(fā)改委ACCC項(xiàng)目，2012.

［2］紀(jì)迪，張慧，沈渭?jí)郏?太湖流域下墊面改變與氣候變化的響應(yīng)關(guān)系［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2013，28（1）.

［3］陳家琦.小流域暴雨洪水計(jì)算［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［4］鄔龍，何長(zhǎng)寬，等.太清河流域下墊面變化對(duì)設(shè)計(jì)洪水的影響［J］.華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，32（3）.

責(zé)任編輯董明銳

Impact of climate and underlying surface conditions changes on rainstorm floods in Ningxia

Zhang Wanbao，Li Congmin

According to long series hydrological monitoring data as well as weather conditions in Ningxia，analysis is made on trend and changes of frequency in terms of runoff，rainstorm floods and peak flowunder different rainfall intensity and underlying surface conditions.It can be used as reference for further examination of pattern of runoff yield and flow concentration.

climate change；underlying surface condition；rainstorm flood；impact；Ningxia

P333.2

B

1000-1123（2016）03-0053-03

2015-09-17

張萬寶，高級(jí)工程師，主要從事水文水資源勘測(cè)、水資源配置及利用研究工作。