織金河流域降水徑流變化分析

李 靜，趙宗權，焦樹林，趙詠梅，曾友華，趙 夢

（1.貴州省畢節(jié)市人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，貴州 畢節(jié) 551700；2.貴州師范大學 地理與環(huán)境科學學院，貴陽550001）

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，在人類活動影響下，區(qū)域內河流的水文情勢發(fā)生了一系列變化。本次針對不同空間尺度，對降水進行了時空變化及演變特征分析［1-7］；研究不同時間尺度的流域水文要素來分析降水、徑流的變化［8-11］。而流域內的降水和徑流變化又深受下墊面影響，織金縣是貴州省的3個暴雨中心之一，在畢節(jié)市區(qū)縣中出現(xiàn)的暴雨次數(shù)最多［12］。因此，通過對降水和徑流資料的分析，以期能夠為相關部門防汛抗旱提供參考。

1 研究區(qū)概況

織金河屬于六沖河右岸的一級支流，發(fā)源于貴州省織金縣珠藏鎮(zhèn)鳳凰山，流向北東經(jīng)嘟嚕溝口、織金水文站，至綺陌鄉(xiāng)東北落水洞伏流800m，于涼風洞復明流，在新寨河折東流經(jīng)三甲河，至官寨鄉(xiāng)伏流3km注入六沖河?？椊鸷恿饔蚪瞥噬刃握共?，流域面積442km2，河長37km，落差845m，河流比降平均22.8%，河網(wǎng)密度0.6670km/km2。流域地處黔西高原向黔中丘原盆地過渡地帶，地勢西南高東北低，巖溶十分發(fā)育，溶蝕洼地、漏斗、落水洞、泉眼廣布，是典型的碳酸巖溶喀斯特地貌。該區(qū)域主要出露二迭系、三迭系及第四系地層。年平均氣溫14.0 ℃，最熱7月平均氣溫22.5 ℃，最冷1月平均氣溫4.3 ℃。年平均日照1176.3h，年無霜期283d。年平均風速2.3m3/s。多年平均年降水量1454.5mm，年內5～9月降水量約占年降水量的80%。多年平均年水面蒸發(fā)量800mm，干流上游織金水文站，多年平均流量2.02m3/s，而河口多年平均流量1.4 m3/s。流域內水、旱自然災害頻繁發(fā)生［16］。

2 資料與方法

2.1 資料

共收集到織金河流域內的逐日降水資料、每日最大1h降水量、逐日河流水位和流量，其中降水資料來源于畢節(jié)市氣象局，水文資料來自畢節(jié)市水文水資源局。同時還收集到研究區(qū)30m分辨率的遙感影像，用于提取水系及流域范圍。

2.2 方法

2.2.1 變異系數(shù)法

變異系數(shù)法能夠通過消除資料間單位不同這一方式來衡量資料間的變異性。若兩個或多個資料的單位相同，可直接利用均值、標準差等進行比較，若資料間的單位不統(tǒng)一，則資料的變異程度便不能直接用標準差等方式來比較，而要采用變異系數(shù)法來進行比較。變異系數(shù)越小，數(shù)據(jù)變動程度越小；反之，變異系數(shù)越大，數(shù)據(jù)變動程度越大［15］。

標準差與平均數(shù)的比值即為變異系數(shù)如式（1）：

2.2.2 雨量等級劃分

采用白靜漪[4]的研究結果對日降水量進行劃分。若以P代表日降水量，則不同等級的日降水可劃分為：P＜0.1mm為微量降水，0.1mm≤P＜10mm為小雨，10mm≤P＜25mm 為中雨，25mm≤P＜50mm 為大雨，50mm≤P為暴雨［4］。

3 結果分析

3.1 降水特征

織金河流域位于畢節(jié)市的東南部，屬于北亞熱帶季風濕潤氣候區(qū)，由于海拔較高，具有冬暖夏涼、四季分明的特點。6月和7月份的降水量峰值在兩個年份間差距明顯，2016年的最大降雨量出現(xiàn)在6月28日為179.9mm，而2017年最大降雨量出現(xiàn)在7月7日為89.2mm，僅為2016年日最大降雨量1/2。2016年和2017 年日降水量的變異系數(shù)分別為124.41%和94.54%，兩者差異明顯。主要是2016年的極端降水事件導致了2016年日降水量變異系數(shù)的變大，除了6月份的降水量偏大外，其余各月份的日降水量分布比較均勻。2017年的極端降水少，且6～10月份的降水分布較為均勻，故日降水量的變異系數(shù)遠小于2016年。如圖1。

圖1 2016～2017年逐日降水量

表1 降水日數(shù)季節(jié)分配 單位：d

2016 年和2 017 年的無降水日數(shù)分別為181，171d，且在12個月份的分布比較均勻，只有6月份的無降水天數(shù)少于其他各個月份。由表1可知，2016年的降水日數(shù)為186d，占全年比為50.82%，2017年降水日數(shù)為194，占全年比為53.15%。兩個年份不管是按冬、夏半年還是按照季節(jié)來分，年內和年際降水天數(shù)的差距不明顯。

表2 降水量季節(jié)分配 單位：mm

由表2可知，織金河流域的各個季節(jié)降水量差異明顯，夏半年的降水量遠遠大于冬半年，2016年和2017年夏半年的降水量對全年降水量的貢獻率分別為75.97%，88.57%，而冬半年僅為24.03%，11.43%。

2017 年的全年降水量達1336.42mm，比1951～2008年最大年降水量 （1293.4mm）還要高出43.02mm，但低于1981～2015年的年均降水量1381.7mm［13］。冬季降水量占全年降水量的比重僅4%，是全年的少雨期。

2016 年春、秋兩個季節(jié)的降水量差距不明顯，占全年降水量的比重分別為19.04%和15.09%，屬于正常水平。

2017 年春季和秋季降水量對全年降水貢獻率為14.10%，26.31%，其中秋季降水量達351.6mm，超過了1951～2008年秋季降水量的最大值350.3mm［13］。

2016 年和2017年的夏季降水量對全年降水量的貢獻率分別為61.32%，55.75%，均超過了50%，說明流域內的降水主要集中在夏季，不僅對全年降水量的貢獻最大，并且其降水量的多寡對全年降水量的變化影響顯著，這與李應桃［13］結果相符。2016～2017年夏季降水量過程線如圖2。

圖2 2016～2017年夏季降水量過程線

由圖2得出，夏季降水主要集中在6，7兩個月份，2016，2017年兩個月份降雨量占夏季降水量比例分別為75%，74%，8月份則占比較小且日降雨變異系數(shù)較小。根據(jù)方法2對日降水量進行了等級劃分：2016年小雨157d，中雨21d，大雨6d，暴雨和大暴雨天數(shù)各1d；2017年小雨158d，中雨21d，大雨9d，暴雨6d，無大暴雨。2017年的暴雨天數(shù)為2016年的3倍，平均每年發(fā)生4次暴雨，這與汪衛(wèi)平［12］研究結果相近。暴雨天數(shù)很少，且并非該流域降水的主要形式，主要集中在6～7月份，這與李應桃［13］結果相同。但是其雨量占全年雨量比重卻較大，如2016，2017年暴雨量對全年降雨量的貢獻率約相當于冬春兩季降水的比重，分別為23.29%，29.62%，這一結果與貴州省地理志［16］所述相近。秋季綿雨指在9～11月份中，若連續(xù)5d或者大于5d且日均降水量都大于0.1mm，則計為秋季綿雨天數(shù)［16］。按此標準得出2016，2017年的秋季綿雨天數(shù)分別為14，25d，這也是2017年秋季降水遠大于2016年的原因。

2016～2017 年每日1h最大雨量如圖3。

圖3 2016～2017年每日1h最大雨量

由圖3可知，2016年6～7月份的每日1h最大雨量不管是天數(shù)還是雨量上都遠超過其他月份，其中全年1h最大雨量出現(xiàn)在7月3日，為47.6mm。2017年的降水量變異系數(shù)小于2016年，說明其日均降水的波動程度要小于2016年，這與圖3所表現(xiàn)出的趨勢相同，2017年的每日1h最大雨量在其夏半年的各個月份中分布的比較均勻，波動程度遠小于2016年的夏半年，其每日1h最大雨量出現(xiàn)在6月29日，為36.4mm。

根據(jù)圖4得出，2016年和2017年8月份的每日1h最大雨量遠小于6，7月份，并且8月份的每日1h雨量的變異程度也小于另兩個月份。

圖4 2016～2017年夏季每日1h最大雨量

3.2 徑流特征

2016～2017 年日均流量如表3。

表3 2016～2017年日均流量

由表3可知，織金河流域2016年日均流量在0～0.99m3/s范圍內的天數(shù)有224d，占全年比為61.2%，日均流量在1 ～1.99m3/s范圍的天數(shù)有84d，占比為23.01%。而日均流量大于2m3/s的天數(shù)共有58d，占比為15.89%，并且全部出現(xiàn)在夏季（6～8月份），其中6，7兩個月份共有51d，8月份僅8d。最大日均流量出現(xiàn)在6月28日為62.88m3/s，與上文所述的日最大降水量在同一天，最小日均流量為2月9日的0.69m3/s。2017年日均流量有185d在0～0.99m3/s的范圍內，也超過了全年一半的天數(shù)，主要分布在1～5月份、12月份等枯水期和平水期共163d，占全年天數(shù)比為44.66%。日均流量在1～4m3/s范圍的天數(shù)128d，占全年比35.07%，其中8～11月份共102d，占全年比27.95%。日均流量大于4m3/s的天數(shù)52d，占全年比14.25%，其中6，7月份共46d，9月份只有6d。最大流量出現(xiàn)在6月12日為20.26m3/s，最小流量為3月27日的0.25m3/s?？傮w上，2016年和2017年的日均流量在大部分范圍內都相差不大。

2016～2017 年日均水位出現(xiàn)頻率如表4。

表4 2016～2017年日均水位

由表4可知，2016年水位大部分都分布在50.2～50.39m的范圍內，共有250d，占全年天數(shù)比重為68.31%，而2017年的水位大都分布在50.3～50.49m的范圍內，共有215d，占全年天數(shù)比重為58.9%，2017年水位的主要分布范圍要比2016年高0.1m。2016年有79d（主要在秋季）的水位分布在50.1～50.19的范圍，是2017年天數(shù)的將近5倍。而水位大于50.6m的天數(shù)2016年為10d，為2017年1/5，這與2017年大雨、暴雨天數(shù)多于2016年有關。此外，2016年水位大于50.38m的天數(shù)全在6～7月份，共有41d，占全年比為11.2%；1～5月份的水位主要分布在50.3～50.37m，共153d，占全年比41.8%；8～12月份水位50.13～50.29m，共152d，占全 年 比41.53%。2017 年 水 位 在50.1～50.41m 的 共174d，占全年比為47.67%，主要分布在冬春兩個季節(jié)，為枯水期共162d，占全年比為44.38%；水位在50.42～50.59m的共143d，占全年比為39.18%，主要分布在8～11月份，共112d，占全年比為30.68%；水位大于50.6m的全在6，7，9月份，主要是汛期，共有48d，占全年比為13.15%，其中6～7月份共44d。

根據(jù)洪水水文要素摘錄表對織金河流域的徑流量和水位進行統(tǒng)計分析，結果如表5，表6。

表5 平均徑流量描述性統(tǒng)計

表6 平均水位描述性統(tǒng)計

續(xù)表6

2016 年和2017年的最大徑流量均出現(xiàn)在6月份，而最小徑流量都在3月份出現(xiàn)，具有高度一致性。2016～2017年份中徑流量變異程度最大月份為2016年6月，其變異系數(shù)144.13%，因為每年的最小徑流量都相差不大，基本都在1m3/s，而最大徑流量差異則可能會比較顯著。這主要是因為織金河流域的河流多為雨源型河流，降水對徑流的補給占有很大的比重，如2016年的6月份的極端降水量遠大于2017年的極端降水，這是導致2016 年最大徑流量達到62.88m3/s的主要原因，遠高于2017年的最大徑流量20.26m3/s。

2016 年有10 個月份徑流量的變異系數(shù)都在41.5%以下，冬季徑流量的變異程度更小基本都在20%以下，這主要是因為冬季多處于枯水期，降水不僅少且日降水量相差不大，這就使得冬季徑流量相對地穩(wěn)定在一個較低的水平。2016年夏季徑流量波動范圍很大，尤其是6～7月份，處于汛期，降水變率、強度都很大，而且該流域短時間暴雨的強度很大，這都導致6～7月份徑流量波動大的原因。2017年徑流量變異系數(shù)大于50%的月份共有5個，作為對比2016年僅有2個月份的徑流量變異系數(shù)大于50%。主要原因是2017年徑流量變異系數(shù)大的月份內都有幾天降水量遠大于月均降水量，這導致月均徑流量的波動程度變大，2017年7月份的月均徑流量變異系數(shù)最大為90.21%，僅為2016年最大徑流量變異系數(shù)的62.59%，同時2017年月均徑流量最大變系數(shù)月份也比2016年延后一個月，同樣是2017降水峰值分布比2016年稍后所致?？傮w上2017年年均徑流量的變異系數(shù)大于2016年，說明2016年徑流量整體的穩(wěn)定性比2017年要高。

2016～2017 年月均最大水位都出現(xiàn)在6月份，且兩年最大水位僅相差0.5m。2016年最低水位出現(xiàn)在10月份為50.16m，2017年最低水位為1月份50.18m，二者相差同樣很小，這種情況主要原因可能是水利工程調蓄所致。兩個年份夏季的水位變異系數(shù)都遠遠大于其他季節(jié)，這與短時間內降水量快速增多且徑流量變大有很大關系，導致水位陡增陡落。除去夏季之外，2016年3個季節(jié)月均水位變異系數(shù)都小于0.1%，這說明其月內水位變動幅度很穩(wěn)定且月際的變動幅度也很小，主要是2016年夏季水位變異系數(shù)明雖然顯大于2017年，但其年度變異系數(shù)小于2017年的主要原因，可以認為2016年月均水位穩(wěn)定性要大大高于2017年。整體上，除了1～3月份之外，2016年和2017年的日均流量和水位變化趨勢具有高度一致性。

4 結語

（1）受季風氣候控制及特殊地形的影響，織金河流域的年降水呈現(xiàn)顯著變化，6～7月份降水強度大且降水量占全年降水量的比重遠大于其他月份。冬半年和夏半年的降水日數(shù)幾乎相同，各占降水日數(shù)1/2，同時，各個季節(jié)的降水出現(xiàn)日數(shù)也比較接近，為50d。流域內的主要降水形式為小雨，其出現(xiàn)天數(shù)占全年1/2。此外，暴雨并非主要的降水形式，但是暴雨對全年降水量的貢獻率最大。

（2）2016～2017年織金河流域徑流量大部分都穩(wěn)定在1m3/s以下，2017年天數(shù)占全年1/2，2016年出現(xiàn)天數(shù)占全年比甚至達61.2%。徑流量大于10m3/s的天數(shù)絕大部分出現(xiàn)在6～7月份，且年最大徑流量也出現(xiàn)于此。同時6～7月份的徑流量變異系數(shù)也遠大于其他月份。由于水利工程調蓄原因，2016～2017年日均水位多分布在50.2～50.49m的范圍內，除了暴雨期間水位有較大幅度漲落外，其余月份都穩(wěn)定在一個較低的水位?？傮w上，2016～2017年的流量和水位變化趨勢具有高度一致性，其中降水量的多少對其影響顯著。