興隆河流域水文及生態(tài)特征變化探析

(甘肅省蘭州水文水資源勘測局，甘肅 蘭州 730000)

興隆河是黃河一級(jí)支流宛川河左岸支流，發(fā)源于祁連山山系東延部分——馬銜山山脈，流域位于甘肅省榆中縣南部，是榆中縣城市用水主要水源地。流域上中游的興隆山國家級(jí)自然森林保護(hù)區(qū)，是距蘭州市最近的天然森林保護(hù)區(qū)，流域下游為黃土剝蝕地貌，植被稀少，多墾為農(nóng)田。流域上中游屬高寒半濕潤性多雨氣候，下游屬于溫帶半干旱氣候。流域內(nèi)設(shè)有榆中水文站及石骨岔、蕨麻臺(tái)、峽口、夏官營4個(gè)雨量站。榆中水文站位于流域出山口下游，集水面積89.0 km2，石骨岔和蕨麻臺(tái)2個(gè)雨量站分處河流上游東西兩岸山區(qū)，峽口雨量站設(shè)于出山口，夏官營站布設(shè)于流域下游。本文以實(shí)測資料分析興隆河流域洪水泥沙等水文要素時(shí)間演變趨勢，通過探討影響水文要素時(shí)間變化的因素，揭示流域生態(tài)的年際變化情況。

圖1 興隆河流域年最大30 min、1 h暴雨量時(shí)序變化圖

圖2 興隆河流域年最大洪峰流量時(shí)序變化圖

1 流域水文要素時(shí)間演變特征

1.1 水文要素時(shí)間演變趨勢分析

點(diǎn)繪興隆河流域1983—2012年年最大30 min、1 h暴雨量及榆中水文站實(shí)測年最大洪峰流量、含沙量時(shí)間分布圖，添加線性趨勢線，見圖1、圖2、圖3。從圖中可看出，年最大30 min、1 h暴雨量及洪峰流量、含沙量總體趨勢皆明顯遞減。

圖3 興隆河流域年最大含沙量時(shí)序變化圖

使用基于秩的非參數(shù)Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法對上述圖示結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示：

(1)流域年最大30 min暴雨量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-3.05，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性(顯著性水平α=0.01)趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。(2)流域年最大1小時(shí)暴雨量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-3.54，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性(顯著性水平α=0.01)趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。(3)實(shí)測年最大洪峰流量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-3.83，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性(顯著性水平α=0.01)趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。(4)實(shí)測年最大含沙量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-5.16，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性(顯著性水平α=0.01)趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。

1.2 水文要素時(shí)間演變過程突變分析

分別對流域年最大30 min、1 h暴雨量及洪峰流量、含沙量做非參數(shù)Mann-Kendall法突變檢測，結(jié)果見圖4～圖7。

由圖4表明，流域年最大30分鐘降水量分別于1987年、1990年發(fā)生了2次突變，1983—1987年數(shù)據(jù)系列為減小趨勢，1988～1990年數(shù)據(jù)系列出現(xiàn)增加趨勢，1991年后一直保持減小趨勢。

由圖5表明，流域年最大1小時(shí)降水量未發(fā)生突變，數(shù)據(jù)系列一直保持減小趨勢。

由圖6所示，流域年最大洪峰流量分別于1999年、2003年發(fā)生了2次突變，1983—1999年數(shù)據(jù)系列總體為增大趨勢，2000—2003年數(shù)據(jù)系列大幅遞減，2004年后遞減強(qiáng)度放緩。

圖7中流域年最大含沙量在2006年發(fā)生了突變，突變之前數(shù)據(jù)系列曾有增大跡象，突變之后急劇減小。

圖4 流域年最大30 min降水量跳躍性診斷成果圖

圖5 流域年最大1 h降水量跳躍性診斷成果圖

圖6 流域年最大洪峰流量跳躍性診斷成果圖

圖7 流域年最大含沙量跳躍性診斷成果圖

2 流域生態(tài)環(huán)境時(shí)間演變特征

通常情況下，降水和下墊面因素的變化是引起流域洪峰流量與含沙量變化的主要原因。一方面時(shí)段降水量減少，單位面積上暴雨量減少，流域匯流后形成的洪峰流量就變小，由于暴雨雨強(qiáng)變小，雨水沖刷能力減弱，洪水含沙量變小，另一方面流域生態(tài)環(huán)境向好，下墊面截雨滯洪能力變強(qiáng)，在同等降雨條件下，洪峰流量與含沙量皆變小。

興隆河洪水一般由流域內(nèi)短歷時(shí)暴雨形成，暴雨歷時(shí)一般不超過1 h。流域內(nèi)年最大30 min、1 h降水量的減小趨勢表明，降水是影響流域洪峰流量、含沙量減小的主要因素。

年最大30 min降水量時(shí)間演變過程中的2次突變(1987年、1990年)點(diǎn)與年最大洪峰流量2次突變(1999年、2003年)點(diǎn)不同步，與流域年最大含沙量的突變過程也不一致；年最大1 h降水量時(shí)間演變過程未發(fā)生突變，與流域年最大洪峰流量、年最大含沙量變化過程不同步；流域年最大洪峰流量與年最大含沙量突變過程亦不同步。這些信息說明，降水量時(shí)間演變過程的減小趨勢不是流域洪峰流量、含沙量減小的唯一原因，下墊面因素對興隆河水沙變化過程也產(chǎn)生著重要影響。

Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)結(jié)果年最大含沙量Z的絕對值(5.16)大于年最大洪峰流量Z的絕對值(3.83)，說明流域年最大含沙量時(shí)間序列減小趨勢較年最大洪峰流量減小趨勢顯著。對比圖1.6與圖1.7中的UFK線，不難發(fā)現(xiàn)流域年最大洪峰流量UFK從1998年起全部小于0，但線形有升有降，而年最大含沙量UFK從2003年起全部小于0，且線形持續(xù)降低，這再次證明含沙量減小趨勢比洪峰流量變化趨勢明顯。造成這一現(xiàn)象的原因，只能是流域植被覆蓋率增加、生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好所致。事實(shí)上，由于封山禁牧、退耕還林(草)等環(huán)保工程的效益逐步顯現(xiàn)，興隆河流域的生態(tài)環(huán)境確實(shí)得到了不斷改善，這一點(diǎn)人們僅憑肉眼就能觀測到。

3 結(jié)語

通過對研究區(qū)降水量、洪峰流量及含沙量時(shí)間變化情況進(jìn)行研究，可得出如下結(jié)論：

(1)近30a年來興隆河流域年最大30 min、1 h暴雨量及年最大洪峰流量、含沙量呈明顯減小趨勢。

(2)流域生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好，近10 a以來尤為明顯。

(3)時(shí)段降水量的持續(xù)減小和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善是流域洪峰流量及含沙量減小的主要原因。

(4)時(shí)段暴雨量、洪峰流量時(shí)間變化的減小趨勢對興隆河流域防汛減災(zāi)工作意義重大。

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