甘肅漳河流域水情趨勢演變分析

呂旭紅 張永勝 陳志丕

(定西市水利科學(xué)研究所，甘肅 定西 743000)

在水文系統(tǒng)中，水文時(shí)間序列變化具有趨勢特征，由于受到自然及人類活動(dòng)的影響，流域水文時(shí)間序列的演變特征將發(fā)生變化。漳河為漳縣境內(nèi)最大徑流，也是漳河沿岸居民安全飲水和基本農(nóng)田灌溉的水源地，探析漳河流域水資源演變趨勢對(duì)漳縣提高水資源利用率很重要。

1 河流概況

漳河發(fā)源于甘肅省漳縣木寨嶺，自西南向東而流，流經(jīng)漳縣境內(nèi)大草灘鎮(zhèn)、殪虎橋鄉(xiāng)、三岔鎮(zhèn)、鹽井鎮(zhèn)、武陽5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于孫家峽流入天水市武山縣，屬渭河二級(jí)支流。河流全長為83.7km，河床比降1%～5%，流域面積1272.84km2，其中漳縣境內(nèi)河流全長61.0km，流域面積1267.14km2。平均流量為7.362m3/s，枯水流量為0.290m3/s，多年平均徑流量為1.58億m3/a。

2 漳河流域降水特征分析

漳河流域水資源主要源于大氣降水，受地形地貌、地理緯度、環(huán)境因子、季節(jié)氣候等因素的影響[1]，區(qū)域內(nèi)降水量的年際變化較大，對(duì)漳河流域的水資源開發(fā)利用有一定影響。

2.1 降水量逐年演變分析

依據(jù)定西市水文局漳縣城區(qū)雨量站1980—2018年的降水量觀測資料，本研究采用逐年平均降水量表征漳河流域年平均降水量趨勢演變[2]。

由圖1可知，區(qū)域降水量總體在257.0～754.3mm之間，多年平均降水量為457.2mm，且年份之間變化幅度較大，最大降水量為2018年的754.3mm，最小為1997年的257.0mm，最大值為最小值的2.94倍。自2016年開始，降水量逐年增加，促成大氣降水良性循環(huán)。統(tǒng)計(jì)分析漳河流域連續(xù)兩年及以上連豐水年、連枯水年出現(xiàn)的頻率，結(jié)果表明:1993年之前，豐水年與枯水年交替重現(xiàn)；1993年之后，連枯水年出現(xiàn)的頻率比連豐水年出現(xiàn)的頻率大。為了剔除幅度較小的年際降水變化，突出年際變化趨勢，使年際變化周期性反映得更加直觀明了，用滑動(dòng)平均法分別選取3年、5年、7年的滑動(dòng)平均值過程線對(duì)各年際降水量進(jìn)行修勻。

其滑動(dòng)值平均序列表示為

圖1 1980—2018年降水量演變

圖2 1980—2018年滑動(dòng)平均降水量演變

(1)

式中:k為滑動(dòng)長度。

由圖2可知，3年滑動(dòng)平均值能夠較直觀地反映流域年際降水變化情況，因此，選取3年滑動(dòng)平均值法對(duì)漳河流域降水量趨勢進(jìn)行分析。從趨勢看，漳縣城區(qū)降水量1980—1993年呈逐年下降趨勢，1993年降到365.2mm，其后呈逐年上升趨勢，直至2003年增加到504.4mm，遞增趨勢明顯。2003—2018年，降雨量呈上下波動(dòng)態(tài)勢，無明顯變化規(guī)律，但總體上呈遞增趨勢。分析其原因有：降雨量明顯增加，促成大氣降水良性循環(huán)；近年來退耕還林取得顯著成效，森林覆蓋面積增大；氣候變暖的“雨島效應(yīng)”。

2.2 降水量年內(nèi)演變分析

由圖3可以看出，降水量年內(nèi)分配極不均勻，各季相差懸殊較大，7—9月為汛期，降水量占全年降水量的70%，10月至次年6月的降水量僅占全年降水量的30%，尤其是11月至次年2月的降水更少。

圖3 各典型年度年內(nèi)降水量趨勢

3 徑流分析

漳河流域內(nèi)漳河、龍川河、榜沙河均為季節(jié)性河流，年徑流主要由大氣降水補(bǔ)給。降水后一部分由地表徑流直接匯入河流；一部分經(jīng)土壤入滲地下，延期循環(huán)后以“泉”的形式復(fù)出地面再轉(zhuǎn)化為河川徑流。在水文系統(tǒng)中，水文時(shí)間序列變化具有趨勢特征，由于受自然及人類大規(guī)?；顒?dòng)影響，流域水文時(shí)間序列的演變特征將發(fā)生變化[3]。

水資源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的一種自然資源，是人類生存的基礎(chǔ)資源之一，也是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[4]。水文水資源準(zhǔn)則層(HD)包括兩個(gè)指標(biāo)：枯水期徑流變差傾向率(LRR)和徑流年際變差傾向率(AVR)[5]?？菟趶搅髯儾顑A向率(LRR)，反映現(xiàn)狀開發(fā)狀態(tài)下，河段徑流年內(nèi)分配不均勻性隨年際的變化趨勢；徑流年際變差傾向率(AVR)，反映現(xiàn)狀開發(fā)狀態(tài)下，河段不同年份年徑流的變化趨勢。這兩個(gè)指標(biāo)都需要水文觀測站的實(shí)測流量系列資料，而漳河段無水文觀測站，沒有實(shí)測徑流系列資料，因此，根據(jù)降雨和徑流的密切關(guān)系，擬用漳河流域的降水資料代替徑流資料為漳河流域的水文水資源準(zhǔn)則層賦分，以下就分析此方法的可行性和合理性。

現(xiàn)搜集到漳河附近流域榜河沙水文站的徑流資料和降水資料，以此為例進(jìn)行分析。根據(jù)榜河沙水文站的降水資料和徑流資料分別進(jìn)行最小二乘法曲線擬合，見圖4～圖7。

最小二乘法公式如下：

(2)

圖4 枯水期徑流變差傾向率

圖5 擬合的枯水期徑流變差傾向率

圖6 徑流年際變差傾向率

圖7 擬合的徑流年際變差傾向率

對(duì)比圖4和圖5、圖6和圖7可知，分別利用實(shí)測徑流資料和降水資料擬合的曲線斜率基本一致，即枯水期降水變差傾向率呈上升趨勢，則枯水期徑流變差傾向率也呈上升趨勢，這與河道徑流量的形成原理也是相符的。由圖4、圖5可知，漳縣站實(shí)測徑流資料擬合曲線斜率為0.0032，實(shí)測降水資料系列擬合曲線斜率為0.0045，根據(jù)枯水期徑流變差傾向率指標(biāo)賦分標(biāo)準(zhǔn)，其賦分值相同，均為100分。由圖6、圖7可知，漳縣站實(shí)測徑流資料擬合曲線斜率為0.0027，根據(jù)徑流年際變差傾向率指標(biāo)賦分標(biāo)準(zhǔn)，賦分為78.4分；實(shí)測降水資料系列擬合曲線斜率為0.394，根據(jù)徑流年際變差傾向率指標(biāo)賦分標(biāo)準(zhǔn)，賦分為100分。

綜上來看，用降水資料代替徑流資料，雖然水文水資源準(zhǔn)則層賦分值有一定的出入，但賦分值相差不大，降水和徑流的關(guān)系是非常密切的，其總趨勢是一致的，即在無水文站的情況下用降水資料代替徑流資料進(jìn)行河道水文水資源準(zhǔn)則層賦分是可行的。

4 結(jié) 論

通過對(duì)流域內(nèi)降水、徑流等方面的觀測資料進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：

a.區(qū)域降水量年際年內(nèi)變化大。1993年之前，年降水量存在豐枯水周期交替發(fā)生的規(guī)律；1993年之后枯水年連續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)較多且無明顯交替變化規(guī)律。從趨勢看，近年來流域內(nèi)降水量呈增加趨勢，分析其原因有：降水量明顯增加，促成大氣降水良性循環(huán)；近年來退耕還林取得顯著成效，森林覆蓋面積增大；氣候變暖的“雨島效應(yīng)”。

b.漳河流域年內(nèi)降水量分配極不均勻，各季相差懸殊較大，7—9月為汛期，降水量占全年降水量的70%。

c.通過對(duì)枯水期和豐水期水文資料進(jìn)行分析，用降水資料代替徑流資料，雖然水文水資源準(zhǔn)則層賦分值有一定的出入，但其曲線斜率均為正值，其總體演變趨勢一致，在無水文站的情況下用降水資料代替徑流資料進(jìn)行河道水文水資源準(zhǔn)則層賦分是可行的。