洮河流域近20年徑流量偏枯原因分析

(甘肅省臨洮水文水資源勘測局，甘肅 臨洮 730500)

洮河流域近年來，由于受全球氣候變化、水資源開發(fā)利用的復(fù)雜性和人類活動的多樣性，流域內(nèi)天然來水量不斷減少，年徑流持續(xù)偏枯，水資源問題也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。因此，探討流域水資源量的變化對區(qū)域內(nèi)水資源統(tǒng)一規(guī)劃管理，水資源合理配置，開源節(jié)流都有著現(xiàn)實意義。

1 流域概況

洮河位于青藏高原東北部，是黃河上游第一大支流，發(fā)源于青海省海南州境內(nèi)的西傾山北麓勒爾當(dāng)，源地海拔4 260 m，于甘肅省永靖縣劉家峽水庫壩上2 km處匯入黃河，河流走向整體呈"L"形，干流全長673 km，流域面積25 500 km2。流域上游地處甘南高原中部，地勢高亢，氣候高寒濕潤，植被良好，河流侵蝕作用微弱，河水清澈。流域中上游段地處甘南東部高山森林區(qū)，主要為岷山山地；中下段南邊為太子山林區(qū)，氣候高寒陰濕，夏秋變化劇烈，災(zāi)害性天氣頻繁，局部地段水土流失嚴重。流域下游為甘肅中部干旱黃土丘陵區(qū)，屬溫帶干旱半干旱氣候區(qū)，是典型的黃土丘陵地區(qū)，區(qū)域內(nèi)大部分面積被黃土覆蓋，地表起伏較大，溝谷縱橫，植被很差，水土流失嚴重。

2 資料來源及統(tǒng)計分析

2.1 資料來源

收集碌曲、下巴溝、岷縣、李家村、紅旗五個水文站建站至2015年實測徑流、降水等基本資料，作為洮河流域上、中、下游代表站進行分析。

2.2 徑流分析

洮河流域干流從上至下依次設(shè)有碌曲、下巴溝、岷縣、李家村、紅旗五個水文站，對五站1996年前后不同系列多年平均實測年徑流情況進行對比分析(見表1)。從系列變化看， 碌曲、下巴溝、岷縣、李家村、紅旗五站多年平均實測年徑流量分別減少了1.41億 m3、 4.47億 m3、9.85億 m3、13.1億 m3、13.2億 m3，減少幅度分別占1996年以前多年平均實測年徑流量的13.6%、27.1%、28.0%、29.8%、26.7%。各水文站自1996年前后實測系列年徑流量明顯偏小，且徑流量減幅基本上是沿干流由上至下增大。

表1 洮河干流各站1996年前后不同系列多年平均實測年徑流量對比表

2.3 降水分析

根據(jù)降水資料統(tǒng)計，從流域內(nèi)五個水文站多年系列平均降水量圖(見圖1)可以看出，各水文站降水量年際變化相對較小，不同階段年降水系列之間減少幅度不大，但區(qū)間降水量情況卻有差別，流域上游碌曲、下巴溝站與中游岷縣、李家村站之間降水減少幅度差別不大，但下游紅旗站的降水量卻減少很多。說明李家村站以上區(qū)域，因受大陸氣候交綏的影響，大部地區(qū)濕潤多雨，降水較多。而洮河下游段夏季炎熱干燥，高溫少雨，是降水減少的主要原因。

圖1 洮河流域各水文站多年系列平均降水量圖

3 產(chǎn)流趨勢分析

3.1 徑流來源

影響徑流量的因素眾多，有降雨、蒸發(fā)、植被及下墊面因素等等，洮河流域受大陸季風(fēng)氣候的影響，降水的季節(jié)變化十分明顯，根據(jù)本流域狀況，降雨量、降雨強度以及降雨的時空分布都會直接影響徑流量。因此，汛期降水是洮河流域的主要補給來源，其次為冰雪融水和地下水補給。點繪各站多年平均月降水量過程線(見圖2)，可以看出，非汛期(1-4月、11-12月)河流處于干枯階段，徑流形成主要取決于流域蓄水的消退，而前期水量的豐、枯對枯季徑流起著重要的影響。4月以后隨著氣溫的升高，流域積雪融化和河網(wǎng)儲冰解凍形成春汛來水量逐漸增大，降水也開始有明顯增加，主要集中在5-10月，非汛期降水比例較小。

圖2 各水文站(1956～2015)多年月均降水量過程線

3.2 年內(nèi)分配

徑流受河流補給類型、流域自然地理特征及干濕條件的影響，年內(nèi)分配極不均勻。從表2可以看出：各站汛期(5～10月)的徑流量分別占全年徑流量的67.8%、71.0%、75.8%、74.6%、74.5%，多年平均最大月徑流量都出現(xiàn)在9月份，多年平均月最小徑流量都出現(xiàn)在2月份。由于降水比較集中，大部分洪水發(fā)生在6～9月，流域徑流主要由同期降水補給，以局地暴雨洪水為主，且干流洪水量較大、持續(xù)時間長，年徑流量的年際變化與年降水量的變化基本相應(yīng)。

表2 洮河流域各水文站多年平均徑流量年內(nèi)分配(1957-2015年)

表3 洮河流域各水文站不同時期徑流豐枯變化

3.3 徑流變化趨勢

根據(jù)洮河流域各水站年徑流量(1957～2015年)變化趨勢分析(見圖3)，可以看出：碌曲、下巴溝站年徑流量減少趨勢變化不是太大，說明洮河流域上游來水相對比較穩(wěn)定。而中下游區(qū)間岷縣、李家村、紅旗三站的年徑流變化遞減趨勢較大，來水主要由汛期的暴雨洪水形成，且在1986年后特別明顯，2003年后也有個別年份偏豐，但是從年際變化看，豐水年、平水年、枯水年交替出現(xiàn)，洮河流域從上游到下游總體表現(xiàn)為逐漸減小的趨勢。

圖3 洮河流域各水文站年徑流量變化趨勢圖

3.4 不同時期徑流豐枯變化情況

對各站1957～2015年的年徑流量資料按照不同時期進行分析計算(見表3)，得出不同的豐枯情況：洮河流域在60年代由于水量充沛，連續(xù)性降雨較多，降水面積大，流域?qū)購搅髫S水期，70、80年代為洮河徑流處于平水期。90年代之后，流域降水普遍減少，且降雨強度降低，產(chǎn)流較少，流域基本處于連續(xù)枯水期。

4 水資源量偏枯原因分析

4.1 氣溫不斷增高

洮河流域遠離海洋，地形復(fù)雜，氣候類型多樣，上下游氣候差異明顯。上游屬高寒濕潤氣候，年平均氣溫在攝氏1℃～6℃。中部屬黃土高原向青藏高原的過渡地帶，氣候?qū)俑吆帩駞^(qū)，年平均氣溫為5.5℃。下游為甘肅中部干旱黃土山丘區(qū)，屬黃土高原溫帶半濕潤半干旱氣候，年均氣溫在6℃～10℃度之間。氣候變化對河流的影響十分明顯，氣溫的升高會使河流的蒸發(fā)量不斷增加，進而降低了地表的徑流量，導(dǎo)致部分地區(qū)的河流出現(xiàn)大量枯水期的情況，甚至?xí)霈F(xiàn)大面積河流干枯的情況。根據(jù)資料統(tǒng)計，洮河流域近20 a的氣溫總體呈上升趨勢，碌曲站20世紀80年代后期至本世紀初，氣溫增加幅度較大，平均上升了0.6℃之；洮河下游紅旗站多年平均氣溫在9.0℃，年最高氣溫在34.3℃，年平均氣溫從20世紀70年代的8.7℃上升至目前的9.5℃， 氣候從干冷、大風(fēng)逐漸向干暖型轉(zhuǎn)化，由此可見氣溫是影響地表徑流量變化的的重要因素之一，受此影響洮河流域的徑流量呈持續(xù)減少的態(tài)勢。

4.2 蒸發(fā)量逐漸增大

蒸發(fā)量是水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，水面蒸發(fā)量是反映當(dāng)?shù)卣舭l(fā)能力的指標。它主要受氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)、輻射等氣象因素的影響較大，洮河流域多年平均蒸發(fā)量在800～1 500 mm之間，大部分地區(qū)在1 000～1 200 mm。碌曲以上至洮河源頭大都為草原區(qū)域，紫外線相對較強，致使蒸發(fā)量相對較大。中游代表站岷縣站70、80、90年代至本世紀初的多年平均蒸發(fā)量分別為1 094.7 mm、1 131.1 mm、1 213.4 mm、1 240.1 mm，其中7-9月蒸發(fā)量為最大，這一區(qū)域地處隴西黃土丘陵區(qū)，植被較差，區(qū)域內(nèi)日照強、且氣溫相對較高，是蒸發(fā)量高值區(qū)。由于氣溫的增加，水資源的蒸發(fā)量變大，導(dǎo)致水資源的散失嚴重，尤其是干旱地區(qū)，大面積的水資源蒸發(fā)，會導(dǎo)致本就水資源不夠豐富的地區(qū)，干旱情況加重，制約區(qū)域農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展。

4.3 降水量持續(xù)減少

洮河流域洪水多由甘南上游降水和中下游暴雨形成，流域的多年平均降水量為555.8 mm，降水量主要集中在汛期6～9月，非汛期幾個月降水偏少，連續(xù)最大四個月降水量占年降水量的70%以上，年降水日數(shù)大多在120 d左右，且多以暴雨形式出現(xiàn)，強度大、歷時短，由于暴雨比較集中，容易發(fā)生洪澇災(zāi)害。自上世紀90年代至本世紀初，洮河流域各站6～9月降水量不僅較多年平均降水量減少，而且多為陣性降水，連續(xù)性差，降水強度明顯減少，暴雨產(chǎn)生的洪水的頻次和量級變小，致使近年來洮河流域都屬偏枯年份，持續(xù)干旱。尤其是洮河流域下游段，處于干旱半干旱地區(qū)，氣候干燥，降水稀少，水資源相當(dāng)匱乏。因此，受降雨強度及集中程度的影響，降水量從上游到下游降水呈遞減的趨勢，導(dǎo)致產(chǎn)流量減少，這一情況說明天然徑流量的衰減與流域降雨偏枯有著直接的關(guān)系，而降水的時程分配、籠罩面積以及降水的連續(xù)性是影響徑流減少的主要原因。

4.4 森林植被退化

洮河流域大致分為上游的高寒草甸草原植被帶、中游的森林草原植被帶及下游的干旱、半干旱草原植被帶。各類植被在涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、改善當(dāng)?shù)貧夂驐l件、增加降水和促進洮河流域的生態(tài)平衡方面都有不可替代的作用。 自上世紀90年代以來，甘南碌曲以上至洮河源區(qū)，由于草原牧民長期的過度放牧，有相當(dāng)一部分草場的水涵養(yǎng)能力急劇降低，流域內(nèi)沼澤、濕地大面積干涸，許多草場大片消失。而中游兩岸由于受人類活動的影響，森林被大量砍伐，只留小片的人工林和保護林，森林草原帶部分已退化為灌木草原或開墾為耕地，生態(tài)破壞嚴重。下游區(qū)黃土覆蓋深厚，植被稀少，水土流失嚴重，除人為破壞流域原有的蓄水條件及脆弱的植被退化嚴重外，旱災(zāi)、冰雹、霜凍、泥石流等災(zāi)害時有發(fā)生。

4.5 水電站建設(shè)的影響

近年來，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源利用的程度越來越高,河道開發(fā)利用,水電站的建設(shè)越來越多。自碌曲縣第一座阿拉山電站開始，一直到永靖縣茅龍峽黃河入口處， 600多公里的洮河上遍布著大大小小50多座水電站，另有10多個水電站正在熱火朝天地建設(shè)，讓已經(jīng)千瘡百孔的洮河更加羸弱不堪。電站在建設(shè)過程中一方面造成自然環(huán)境的破壞和水土流失，另一方面部分電站建成后忽視生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，下泄流量不足，導(dǎo)致部分河段斷流，河床干涸，行洪河道急劇萎縮，為安全行洪埋下了隱患。同時在洮河流經(jīng)上中下游河段內(nèi)還有橡膠壩景觀水面，還有多處旅游景點也建有景觀水面，上游蓄水越來越多,致使洮河下游長期處于枯水期。水電站的大量建設(shè)對洮河生態(tài)破壞極為嚴重，由于大部分電站生態(tài)流量不夠，枯水期甚至?xí)霈F(xiàn)不排的情況，導(dǎo)致河床干枯，對水生物、兩岸植物產(chǎn)中下游引水灌溉消耗量也在逐年增加，使流域出口斷面的過水量減少。如今洮河流域已經(jīng)被切割成時斷時續(xù)的非自然河段，導(dǎo)致河流自身的生命系統(tǒng)發(fā)生危機，以河流為依托的其他生態(tài)系統(tǒng)也就失去了生存的保障。

5 結(jié)語

綜上分析，洮河流域上中下游由于地域差異顯著，降水徑流變化也各不相同。近20 a來，流域降水的自然狀況未發(fā)生改變，但降水及徑流分布特性均發(fā)生了變化。尤其在下游地區(qū)降水量減少顯著，枯季徑流比例有所增加，汛期徑流比例反而減少，說明流域調(diào)蓄能力降低，產(chǎn)流機制發(fā)生了變化，徑流系數(shù)也發(fā)生了不同程度的衰減。就現(xiàn)有資料來看，水資源量減少的原因主要有兩方面，一個是氣候、自然的變化，我們應(yīng)采取適應(yīng)性的對策；一個是對人類活動影響的變化，我們應(yīng)采取人、水和諧的措施。因此實時、準確、全面地掌握洮河流域水文、氣象規(guī)律和水文地質(zhì)條件，對洮河流域水資源的統(tǒng)一調(diào)度和改善洮河生態(tài)環(huán)境具有重大意義。