拱壩河黃鹿壩水文站水文特征淺析

李明霞

(甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500)

1 基本概況

拱壩河[1]是嘉陵江的二級支流，白龍江的一級支流，發(fā)源于甘南藏族自治州舟曲縣境內(nèi)沙灘溝的花草坡，河長約90 km，流經(jīng)舟曲縣的武坪鄉(xiāng)、插崗鄉(xiāng)、曲告納鄉(xiāng)、拱壩鄉(xiāng)，于隴南市兩水鎮(zhèn)匯入白龍江，河流上游、中游較平緩、下游較湍急，綜合比降為0.0358。屬于長江流域(Ⅰ級)、嘉陵江(Ⅱ級)、廣元昭化以上(Ⅲ級)區(qū)范圍，河流沿岸居民較少，上游植被較好，大多為灌木林。

黃鹿壩水文站距離河口(白龍江)約3 km，該站始建于1979年，位于甘肅省隴南市武都區(qū)兩水鎮(zhèn)黃鹿壩村，集水面積1247 km2，下轄雨量站三個，分別是鐵壩站、拱壩站、黃鹿壩站。由于拱壩河常年流量較穩(wěn)定且水文站距離河口較近，該站為拱壩河的控制站，屬二類精度流量站，常年駐守站。黃鹿壩水文站主要的觀測項目有降水量、蒸發(fā)量、流量、含沙量以及上述三個雨量站資料。

2 水文特征簡析

2.1 斷面分析

該站測驗斷面相對穩(wěn)定，斷面順直約300 m，左岸為混凝土陡坎，右岸為地質(zhì)堅硬的灘地，不容易發(fā)生沖淤，河床由塊石、砂礫石組成。大斷面套繪見圖1，根據(jù)近5 a(2015年～2019年)的斷面數(shù)據(jù)計算發(fā)現(xiàn)，近5 a中各相鄰年份大斷面面積低水最大相差3.7 m2，變幅占上一年同級水位斷面面積的8.58%；中水時斷面面積最大相差3.5 m2，占同級水位斷面面積的7.22%；高水時面積最大相差3.6 m2，占上一年同級水位面積的6.55%。斷面處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，沖淤變化不大(見表1)。

圖1 黃鹿壩站近5 a大斷面套繪圖

表1 黃鹿壩站大斷面沖淤變化分析表

2.2 降水量分析

2.2.1 年內(nèi)分配

拱壩河流域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，海拔較高。具有很明顯的山溪性河流特點，由于受到季風(fēng)氣候影響[2]，該站降水量主要集中在5月～10月，降水量年內(nèi)分配見表2，期間降水總量為426.1 mm，占全年降水量占的85.9%，11月～4月降水總量70.3 mm，占全年的14.1%。多年月平均最大降水量為86.2 mm，最小為1.0 mm，倍比懸殊。連續(xù)4月最大降水量出現(xiàn)在6月～9月，期間降水量為385.8 mm，占全年降水量的77.7%；連續(xù)四月最小降水量15.0 mm，出現(xiàn)在11月～2月，期間降水量占全年的0.03%。分析得出：該站降水呈現(xiàn)出汛期量大且集中，年內(nèi)分配不均的特點。

表2 黃鹿壩站降水量年內(nèi)分配對照表 單位：mm

2.2.2 年際變化

選取流域內(nèi)三個雨量站1980年～2016年共36 a長系列資料進(jìn)行分析，降水資料成果可靠，代表性強(qiáng)，黃鹿壩站多年平均降水量為496.3 mm，最大值為687.7 mm，最小值為313.8 mm，倍比為2.2左右；拱壩站多年平均降水量為453.9 mm，最大值為871.8 mm，最小值為205.4 mm，倍比為4.24；鐵壩站多年平均降水量為519.8 mm，最大值為1087.9 mm，最小值為270.6 mm，倍比4.02。為了便于分析該站及斷面以上降水量的年際變化特性，利用該站下轄雨量站的長系列資料，點繪各站降水的年際變化過程線圖(見圖2)，各站年降水量變化趨勢基本吻合。將三站數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Excel中計算出年降水量Cv值，Cv值越大，說明年降水量變化越大，反之，則變化越小。計算結(jié)果表明，該站Cv值在0.16～0.27之間，年際變化較小。

圖2 黃鹿壩各雨量站降水量年際變化過程線

2.2.3 趨勢分析

從圖2看出，三站降水量年際變化趨勢明顯，利用多項式曲線可知，該站降水從建站以來到1997年呈現(xiàn)逐年遞減趨勢，到1997年低到谷底，1998年之后又開始緩慢遞增，最近幾年的年降水量一直在多年平均降水量線上下浮動，但是整體減小的趨勢還是很明顯。

2.3 蒸發(fā)量分析

2.3.1 年內(nèi)分配

該站蒸發(fā)量采用20 cm口徑蒸發(fā)器觀測，受氣侯、溫度等因素影響，水面蒸發(fā)量年內(nèi)分配極不均勻，從表3看出，該站年內(nèi)水面蒸發(fā)量主要集中在4月～9月，期間蒸發(fā)量為928.2 mm，占全年總量的71.2%，連續(xù)四月最大蒸發(fā)總量為683.7 mm，占全年總量的52.9%。多年月平均最大值出現(xiàn)于7月份，為185.7 mm，最小值出現(xiàn)于12月份，為38.4 mm(見表3)，倍比為4.8，蒸發(fā)量年內(nèi)分配極不均勻。

2.3.2 年際變化及趨勢分析

選取1985年～2016年共32 a的蒸發(fā)量年特征值進(jìn)行分析，同樣的可以用變差系數(shù)Cv值來估計蒸發(fā)量的年際變化幅度大小。計算得年際蒸發(fā)量Cv值為0.13，說明蒸發(fā)量變化幅度小，該站多年平均蒸發(fā)量為1293.5 mm，最大年蒸發(fā)量1687.4 mm，出現(xiàn)于1987年，最小值為947.5 mm，出現(xiàn)于2007年，極值比1.8，相差不是很大。從整體變化趨勢來看，2010年之前，蒸發(fā)量呈減小的趨勢，2011年之后，逐年增大，建站以來，整體呈減小的趨勢，從圖3可以得到蒸發(fā)量的變化趨勢方程。利用該公式可以推算，隨著時間和資料系列的延長，減小的趨勢將更加明顯。[3]

圖3 黃鹿壩站蒸發(fā)量年際變化過程圖

表3 黃鹿壩站蒸發(fā)量年內(nèi)分配對照表

表4 黃鹿壩水文站徑流量年內(nèi)分配表

2.4 徑流量分析

2.4.1 年內(nèi)分配

統(tǒng)計得知，該站歷年最小流量為5.08 m3/s，出現(xiàn)于2003年2月；最大流量為191 m3/s，出現(xiàn)于1989年7月26日；多年平均流量15.9 m3/s。多年平均年徑流量為5.007億m3，變差系數(shù)Cv值為0.20，Cv值小說明徑流年際變化小[2]。拱壩河具有山溪性河流的特點且較明顯，其洪水主要來源于上游暴雨，洪水歷時短，洪峰尖瘦，產(chǎn)生陡漲陡落型的洪水過程，洪水一般持續(xù)一至二天。暴雨大多發(fā)生在汛期(5月～10月)，5月～10月間徑流量占全年的69.6%。由于降水量年內(nèi)分配極不均勻，導(dǎo)致了徑流量年內(nèi)分配也不均勻。

2.4.2 變化趨勢

拱壩河的徑流主要由上游降水量和地下水補(bǔ)給，汛期時，暴雨多且集中；河流豐枯程度在年際之間存在較大差別，加上徑流的年際變化規(guī)律一般是鋸齒狀高頻振蕩[3]，通過年際變化圖很難預(yù)測徑流的長期演變趨勢，點繪該站多年平均徑流量(見圖4)，由圖4可得到該站年徑流量變化趨勢直線方程式為：

Qn.t=119.14-0.0571t

K=-0.0571

式中：Qn.t為黃鹿壩站逐年徑流量；t為時間，1980年t=0。

從上式中可以看出，K值為-0.0571，這就說明，該站的徑流量變化整體呈現(xiàn)逐年減少的趨勢，造成徑流量減少趨勢的主要原因是流域內(nèi)降水量的逐年減少。隨著時間的延長，這種減少的趨勢更加明顯[3]。

圖4 黃鹿壩站徑流量年際變化過程線

2.5 含沙量分析

該站斷面以上上游植被較好，大多為灌木林。地質(zhì)構(gòu)造大多為堅硬的塊石夾砂組成，天保工程使山上環(huán)境大幅度改善，區(qū)域內(nèi)耕地面積減少，退耕還林還草以及河道綜合治理已見成效。黃鹿壩站含沙量較小，實測最大含沙量為319 kg/m3，出現(xiàn)于1984年8月20日，最小年平均含沙量出現(xiàn)在1995年，

為0.590 kg/m3。多年平均含沙量為1.447 kg/m3。斷面最大含沙量一般出現(xiàn)在5月～10月。主要是在這期間，降水量大且集中，河流挾沙能力較強(qiáng)。通過統(tǒng)計得知，8月份含沙量最大，7月份次之，非汛期(4月～11月)含沙量很小，接近于0。

圖5 黃鹿壩站含沙量年際變化圖

從圖5可以看出，該站含沙量年際變化幅度不大，基本在多年平均值上下浮動，1988年以前呈逐年增大趨勢，1989年～2004年間逐年減小的趨勢比較明顯，2005年以后一直呈增大趨勢，含沙量整體呈減小趨勢。

3 結(jié)論

1)汛期(5月～10月)降水量占全年的85.9%平均倍比在3.5左右，年內(nèi)分配極不均勻，從高海拔到低海拔區(qū)域遞減。年際變化較小，且整體有逐年減小的趨勢。

2)蒸發(fā)量主要集中在4月～9月，年內(nèi)分配極不均勻，期間占全年蒸發(fā)量的71.8%，年際變化小，蒸發(fā)量呈逐年減小的趨勢。

3)徑流量年內(nèi)分配也極不均勻，主要集中在5月～10月，占全年的76.1%。徑流年際變化較小，呈現(xiàn)逐年減小的趨勢。

4)由于退耕還林和天保工程的成效，含沙量呈逐年減小的趨勢，由于降水量的分配不均，導(dǎo)致含沙量年內(nèi)分配不均，年際變化較小。