巴水流域水沙年內(nèi)分配特征分析

【摘要】河川徑流的年際年內(nèi)變化規(guī)律是水文水資源學(xué)研究的重要內(nèi)容，也是國民經(jīng)濟(jì)與各用水部門必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在氣候變化及人類活動(dòng)影響下，河流的水沙在年內(nèi)分布也發(fā)生相應(yīng)的變化，其年內(nèi)變化規(guī)律對(duì)流域水資源開發(fā)利用與管理、河流河勢穩(wěn)定、涉水工程安全產(chǎn)生系列影響，因此，研究徑流水沙年內(nèi)變化規(guī)律具有十分重要的科學(xué)意義。

【關(guān)鍵詞】巴水流域；水沙；特征

1、引言

為了進(jìn)一步探索不同河流水沙年內(nèi)變化，目前已有學(xué)者開展了長江、黃河、淮河等大江大河流域的研究，而對(duì)中小河流的研究較少，本文通過對(duì)湖北省境內(nèi)巴水流域控制站馬家潭水文站近60年（1960-2017年）的系列數(shù)據(jù)，采用年內(nèi)分配不均勻系數(shù)、完全調(diào)節(jié)系數(shù)和集中度、集中期等方法，分析巴水流域水沙年內(nèi)分配的變化規(guī)律、趨勢及成因，研究成果有望為巴水流域生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的治理提供科學(xué)依據(jù)。

2、資料與方法

2.1資料選取

馬家潭水文站是巴水流域重要控制站，位于巴水下游右岸，1956年1月設(shè)立，控制流域面積2979km2，占全流域的90.1%。多年平均徑流量17.92億m3，年最大徑流量48.76億m3，年最小徑流量4.100億m3，多年平均輸沙率14.6kg/s，多年平均輸沙量45.8×104t。主要觀測項(xiàng)目有降雨量、水位、流量、泥沙等，自設(shè)站以來有連續(xù)的水文觀測資料，本文選取該站近60年（1960-2017年）月徑流量時(shí)間系列和月輸沙量時(shí)間系列作為研究數(shù)據(jù)。

2.2研究方法

為定量分析巴水流域水沙變化規(guī)律，本文運(yùn)用不均勻性和集中程度作為分析指標(biāo)的方法。其中，不均勻性指標(biāo)包括徑流年內(nèi)分配不均勻系數(shù)（均方差與時(shí)段徑流量的比值），徑流年內(nèi)分配完全調(diào)節(jié)系數(shù)（水利年差積曲線部分矩與年徑流量比值）；集中程度指標(biāo)包括集中度（各月徑流量以月按一定的角度以向量方式累加，其分量之和的合成量占年徑流量的百分?jǐn)?shù)）、集中期（月徑流量合成后重心所指示的角度，即表示一年中最大月徑流量出現(xiàn)的月份）。

3、結(jié)果分析

3.1水沙年內(nèi)分配變化特征

從圖1可以看出，馬家潭水文站各年代徑流量、輸沙量年內(nèi)分配變化基本一致，均呈“單峰型”分布。徑流量、輸沙量各月變化趨勢基本同步，1月處于低值，3月開始上升，6-7月份達(dá)到極值，8月份開始減少，直至12月再次降到低值。就多年平均徑流量、輸沙量而言，年內(nèi)主要集中在汛期的4-8月份，這5個(gè)月的徑流量、輸沙量分別占全年的71.9%和92.1%，輸沙量集中度大于徑流量。

降雨是流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的動(dòng)力條件，流域徑流量和輸沙量的年內(nèi)分配主要取決于該流域降雨量的大小和分布，巴水流域降雨期主要集中在5-8月份，占年降雨量54.7%，降雨與水沙年內(nèi)分配特性相吻合。

3.2水沙年內(nèi)分配不均勻性及變化趨勢

由表1可知，巴水輸沙量年內(nèi)分配多年平均不均勻系數(shù)為1.70，徑流量年內(nèi)分配多年平均不均勻系數(shù)為0.85，是徑流量的2倍，輸沙量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)明顯高于徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)，說明輸沙量多年內(nèi)不均勻程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于徑流量。

從圖2、圖3可以看出，巴水水沙年內(nèi)分配不均勻系數(shù)和完全調(diào)節(jié)系數(shù)的變化情況，隨著時(shí)間的推移，多年徑流量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)和完全調(diào)節(jié)系數(shù)呈緩慢下降趨勢（見2a-2b），說明巴水徑流量年內(nèi)分配逐漸趨向均勻，而多年輸沙量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)和完全調(diào)節(jié)系數(shù)呈緩慢上升趨勢（見3c-3d），說明巴水流域輸沙量年內(nèi)分配趨向不均勻。

3.3水沙年內(nèi)分配集中程度及變化趨勢

從水沙年內(nèi)分配的集中性看（見表2），輸沙量多年平均集中度是徑流量的1.6倍，集中度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于徑流量，集中度最大值出現(xiàn)在10年代，最小值出現(xiàn)在70和90年代。就集中期而言，大徑流量與最大輸沙量出現(xiàn)的時(shí)間基本吻合，主要集中出現(xiàn)在7月。70年代最大輸沙量時(shí)間明顯滯后，00年代提前在6月。整體來看，輸沙量不均勻系數(shù)和集中度均大于同時(shí)期的徑流量不均勻系數(shù)和集中度，由此而見，巴水輸沙量年內(nèi)分配比徑流量更集中，即不均勻程度更高，這勢必會(huì)加大巴水水資源合理開發(fā)、利用的難度。

從圖3、圖4可以看出，巴水水沙年內(nèi)分配集中度和集中期的變化情況，隨著時(shí)間的推移，多年徑流量年內(nèi)分配集中度和集中期變化較為均勻，趨勢一致（見3a-3b）；而多年輸沙量年內(nèi)分配集中度呈緩慢上升，集中期較為均衡，呈水平線狀（4c-4d）。

4、結(jié)論

采用湖北省境內(nèi)巴水流域控制站馬家潭水文站近60年實(shí)測資料，以水沙逐月變化特征、年內(nèi)分配不均勻性、集中程度和變化趨勢等方面具體分析了巴水流域水沙年內(nèi)分配變化規(guī)律。得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）不同年代的徑流量和輸沙量年內(nèi)分配均呈“單峰型”分布，巴水流域多年平均和不同年代的徑流量、輸沙量集中出現(xiàn)在5-8月份。輸沙量受極端暴雨影響較大，年內(nèi)分配特征與徑流量極其相似，且輸沙量比徑流量更為集中。

（2）徑流量不均勻性呈下降趨勢，年內(nèi)分配變化趨向于均勻，而輸沙量呈上升趨勢，年內(nèi)分配變化特征趨向于不均勻。

（3）多年輸沙量年內(nèi)分配不均勻系數(shù)、集中度均大于同時(shí)期徑流量的不均勻系數(shù)和集中度，泥沙不均勻程度高于徑流。