白水江文縣水文站水文特征研究

劉 霞

(隴南水文水資源勘測(cè)局，甘肅 成縣，742500)

1 基本概況

白水江發(fā)源于甘肅、四川兩省交界的岷山山脈南段的弓桿嶺[1]，由西源白河與北源黑河匯流而成。黑白二水于黑水塘匯合后向東南流，經(jīng)九寨溝縣、甘肅文縣，于文縣玉壘鄉(xiāng)注入白龍江。該流域地處甘肅省南部，位于東經(jīng)103°27′～105°08′、北緯32°43′～33°43′，流域西北、北部、東部和東南部均與白龍江干、支流流域相接，西部與岷江源頭接界，西南和涪江流域接壤，南部與平武縣奪補(bǔ)河流域相連。流域面積8316km2，地跨四川省九寨溝縣和甘肅省文縣，文縣境內(nèi)流域面積2405km2，河流長(zhǎng)度107km。極端最高氣溫37.7℃，最低氣溫零下7.4℃，多年平均相對(duì)濕度61%，濕度偏大。

文縣水文站，原名鵠衣壩水文站，1990年1月下遷14.5km至文縣城關(guān)鎮(zhèn)，更名為文縣水文站，地理位置東經(jīng)104°40′14″，北緯32°56′39″，集水面積7303km2，至河口距離54km，為大河控制站、國(guó)家重要水文站、省級(jí)報(bào)訊站、長(zhǎng)江流域省界控?cái)嗝?。下轄水文?處，水位站3處，雨量站8處。下游約20km處設(shè)有尚德水文站，經(jīng)單站合理性檢查和尚德水文站對(duì)照，實(shí)測(cè)資料合理可靠，準(zhǔn)確度高。

2 降水特征

文縣站多年平均降水量430.6mm，雨季一般自4月開(kāi)始，10月結(jié)束。冬季降水量占年降水量的1.2%；春季降水量占年降水量的22.6%；夏季降水量占年降水量的51.7%；秋季降水量占年降水量的24.5%。汛期暴雨頻繁，多出現(xiàn)在5-9月，其中8-9月最多。暴雨形式多為雷陣雨，上游海拔較高，暴雨強(qiáng)度較小，中下游暴雨強(qiáng)度較大。

2.1 年內(nèi)分配

白水江流域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，海拔較高。由于受到季風(fēng)氣候影響[2]，文縣站降水量主要集中在汛期(5-10月)，選用該站1967-2016年共50年長(zhǎng)系列資料計(jì)算，汛期降水量為370.6mm，占全年降水量的86.1%，非汛期11-4月降水量偏少，只占全年的13.9%，多年月平均最大降水量80.5mm，最小為0.2mm，分別出現(xiàn)在每年7月、12月。連續(xù)四月最大降水量出現(xiàn)在6-9月，期間降水量為273.2mm，占全年降水量的63.4%；連續(xù)四月最小降水量12.0mm，出現(xiàn)在11-2月，期間降水量占全年的2.8%。從表1看出，降水量年內(nèi)分配極不均勻。

表1 文縣水文站降水量年內(nèi)分配

2.2 年際變化

變差系數(shù)Cv值是水文統(tǒng)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，用來(lái)說(shuō)明水文變量中的長(zhǎng)期變化過(guò)程和穩(wěn)定程度[3]，可以用變差系數(shù)Cv值和極值比來(lái)衡量降水量的年際變化幅度，Cv值小，說(shuō)明年際變化小。按照下列計(jì)量公式計(jì)算：

式中：σ——年際降水量均方差；Cv——為變差系數(shù)或離勢(shì)系數(shù)；X=P(年降水量)。

將該站年降水量帶入上述式中，得出該站年降水量變差系數(shù)Cv值為0.15，變差系數(shù)很小。年最大降水量為590.9mm，最小為295.8mm，極值比為2.0，說(shuō)明年際變化幅度小，極值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 文縣站降水量極值計(jì)算統(tǒng)計(jì)

2.3 趨勢(shì)分析

點(diǎn)繪降水量年際變化過(guò)程線見(jiàn)圖1。可見(jiàn)該站降水量在1990年發(fā)生突變出現(xiàn)了拐點(diǎn)，之前降水量呈遞增趨勢(shì)，1991年到2007年間呈現(xiàn)逐年遞減趨勢(shì)，2008年之后逐年遞增。1967-1990年間，共有12年的降水量低于多年平均降水量，1991年之后，共有13年的降水量低于多年平均值。整體來(lái)看，降水量呈逐年減小趨勢(shì)。

圖1 文縣站降水量年際變化過(guò)程線

3蒸發(fā)特征

受植物截留蒸發(fā)、葉面散發(fā)、土壤蒸發(fā)等因素影響，陸面蒸發(fā)觀測(cè)存在很多局限性，該站以水面蒸發(fā)觀測(cè)為主，采用20cm口徑蒸發(fā)器觀測(cè)，經(jīng)過(guò)資料系列一致性分析，發(fā)現(xiàn)鵠衣壩站與文縣站蒸發(fā)量在1990年存在突變和顯著性跳躍，資料存在不一致性。這主要是由于測(cè)站搬遷、地域差異造成。本次選用1991-2016年共25年的蒸發(fā)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3.1 年內(nèi)分配

該站蒸發(fā)量主要集中在4-8月，期間蒸發(fā)量占全年的64.6%，4-9月蒸發(fā)量占全年的72.8%，單月最大蒸發(fā)量為172.5mm，出現(xiàn)在7月，占全年的13.1%，最小為45.6mm，只占全年的3.5%，出現(xiàn)在12月份，極值比3.78，每年的11月到來(lái)年2月，蒸發(fā)量均在55.0mm上下浮動(dòng)。蒸發(fā)量年內(nèi)分配不均勻、汛期量大且集中、非汛期偏少。

3.2 年際變化及趨勢(shì)分析

文縣站多年平均蒸發(fā)量為1321.2mm，年最大蒸發(fā)量為1719.4mm，最小值1150.7mm，倍比1.49，年際變化系數(shù)Cv值為0.09，變化幅度較小。由圖2知，1991-1998年間，年蒸發(fā)量呈遞增趨勢(shì)，1999-2007年間，呈緩和遞減趨勢(shì)，之后一直遞增。從整體變化看，蒸發(fā)量呈現(xiàn)逐年增大的趨勢(shì)且趨勢(shì)較明顯。

圖2 文縣站蒸發(fā)量年際變化過(guò)程線

4 徑流特征

4.1 徑流補(bǔ)給及年內(nèi)分配

白水江流域處于高山峽谷，中上游植被較好，徑流補(bǔ)給來(lái)源主要由上游植物截留下滲、少量高山融雪補(bǔ)給，用長(zhǎng)系列資料統(tǒng)計(jì)得知，文縣站測(cè)驗(yàn)斷面最小流量出現(xiàn)在每年1-4月，期間平均流量為43.64m3/s，月徑流量共4.54億m3，占多年平均年徑流27.552億m3的16.5%，5月以后開(kāi)始進(jìn)入汛期，降水量逐漸增多，徑流量開(kāi)始增大，5-10月平均流量為122m3/s，徑流量占全年徑流量的70.4%，10月份氣溫開(kāi)始下降，降水量減少，河流開(kāi)始退水，11-12月平均流量為69.9m3/s，期間徑流量占全年的13.1%，點(diǎn)繪月徑流量與所占比例分配圖(圖3)可見(jiàn)，受降水量分布影響，徑流年內(nèi)分配極不均勻。

圖3 文縣站月徑流量占全年比例分布

4.2 年際變化

徑流的年際變化幅度同樣可以用2.2所述公式來(lái)計(jì)算。Cv值大，表示徑流的年際豐枯變化劇烈[2]。計(jì)算出該站徑流Cv值為0.17，最大年徑流量為36.8億m3，最小為19.6億m3，倍比為1.87，屬于我國(guó)西北地區(qū)徑流年際變化低值區(qū)[4]，年際徑流變化較穩(wěn)定。

4.3 豐枯統(tǒng)計(jì)

為了能更清楚的對(duì)文縣站徑流豐枯年做出判斷，以5年為一組，利用距平統(tǒng)計(jì)法，統(tǒng)計(jì)出該站

表3 文縣站分年代徑流豐枯情況統(tǒng)計(jì)

徑流年際豐枯變化程度，從表3看出，1970-1974、1995年以后距平為負(fù)值，這說(shuō)明這些年代河流處于枯水期，而相反的，1975-1994年距平為正值，說(shuō)明處于豐水期。枯水年為30年，占比為60%，豐水年為20年，占比為40%，徑流量整體偏枯。

4.4 變化趨勢(shì)分析

點(diǎn)繪該站年際徑流量變化過(guò)程線(圖4)，可看出徑流量呈規(guī)律的低頻振蕩，從振幅看出，徑流年際變化較均勻。1967-1971年，徑流呈減小趨勢(shì)，1972-1984年間，徑流量逐年增大，1985-2002年，徑流量繼續(xù)減小，2003年至今，徑流又呈現(xiàn)增大趨勢(shì)；在1990年以前，徑流量在多年平均線以上的居多，以1991年為分界點(diǎn)，徑流量多半在多年平均線以下。整體看，年徑流逐年減小的趨勢(shì)比較明顯，這主要是白水江上游大量采砂和植被破壞造成的。用圖4給出的線性公式可以推算，隨著資料系列、時(shí)間的延長(zhǎng)，徑流減少的趨勢(shì)更加明顯[4]。

圖4 文縣站徑流量年際變化過(guò)程與趨勢(shì)

5 洪水特征

該站測(cè)驗(yàn)斷面洪水主要由局地暴雨洪水和大范圍洪水組成[2]，實(shí)測(cè)最大洪峰流量多出現(xiàn)在6-9月，上游劉家河壩實(shí)測(cè)最大洪峰流量為816m3/s，文縣斷面歷史洪水調(diào)査最大流量為1400m3/s，出現(xiàn)在1964年7月21日，上游洪水一般緩漲緩落，隨著河流比降的增大，中游洪水漲落較上游陡，呈單峰型。受流域內(nèi)地形和植被的差異以及局地暴雨的影響[1]，上、中、下游洪峰往往不對(duì)應(yīng)，中下游為主要產(chǎn)洪區(qū)。對(duì)文縣站歷史洪水調(diào)查計(jì)算，重現(xiàn)期10年一遇的洪水較常見(jiàn)，洪峰流量為564m3/s，重現(xiàn)期20、50年一遇洪水的洪峰流量分別為683m3/s、839m3/s，出現(xiàn)概率較小。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)文縣站近50年水文資料特征進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)該站降水量在年內(nèi)分配不均勻，年際變化小，1990年之前呈增大趨勢(shì)，而后減小，1999年以后一直增大，整體呈逐年減小趨勢(shì)；蒸發(fā)量年內(nèi)分布不均勻，出現(xiàn)汛期量大且集中、非汛期偏少，呈現(xiàn)整體增大的趨勢(shì)；受降水量分布影響，徑流量年內(nèi)分配不均勻，年際變化較穩(wěn)定且1999年后一直處于枯水期，整體呈減少趨勢(shì)；該站重現(xiàn)期10年一遇的洪水較常見(jiàn)，重現(xiàn)期20、50年一遇的洪水出現(xiàn)概率較小。