黃河流域興隆河水文要素監(jiān)測的思考

趙鳳霞，王麗君，牛正宇

（甘肅省蘭州水文水資源勘測局，甘肅蘭州 730000）

1 流域概況

興隆河是黃河一級支流宛川河左岸次支流，發(fā)源于祁連山山系東部延伸段——馬啣山山脈，流域位于甘肅省榆中縣南部，是榆中縣城市用水主要水源地。流域上中游的興隆山國家級自然森林保護(hù)區(qū)，是距蘭州市最近的天然森林保護(hù)區(qū)，流域下游為黃土剝蝕地貌，植被稀少，多墾為農(nóng)田。流域上中游屬高寒半濕潤性多雨氣候，下游屬于溫帶半干旱氣候。位于西南部的馬啣山山脈同時(shí)也是榆中、臨洮兩縣的分水嶺，山脊以南水量匯入洮河流域，以北水量匯入榆中境內(nèi)，經(jīng)宛川河支流匯入黃河。東北部以車道嶺和北山丘陵溝壑區(qū)為分水嶺，東北部分水量直接匯入黃河或定西境內(nèi)，西南部分水量經(jīng)宛川河支流匯入黃河。地貌由東南往西北部逐漸傾斜，地勢逐漸降低，周圍四面環(huán)山，形成典型的榆中盆地。興隆河自興隆峽出口處逐漸變寬，形成沖積扇平原，河床多為砂礫石組成，河段內(nèi)坡降比較大，河床沖刷嚴(yán)重。

興隆河自興隆山以南4km（上莊鄉(xiāng)紅莊子村官磨灘社）處分為兩條支流，左岸名為后溝河，集水區(qū)域涵蓋榆中縣馬坡、銀山兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，同時(shí)也是興隆河主流；右岸名為紅莊子河，主要積水區(qū)域?yàn)橛苤锌h上莊鄉(xiāng)；兩條支流發(fā)源地均在馬啣山山脈腳下，屬地下水補(bǔ)給。主要來水量分布在6～9 月份，由局部暴雨形成，洪峰峰形尖瘦歷時(shí)短，河床下切明顯。

2 水文要素監(jiān)測情況及洪水特征

榆中水文站主要任務(wù)是監(jiān)測興隆河水文要素演變規(guī)律。始建于1979 年6 月30 日，位于蘭州市榆中縣峽口村，地理位置：東經(jīng)104。03′29.2"，北緯35。48′27.7"，集水面積83.4km2,至河口距離15.4km；屬于小河站、暴雨徑流試驗(yàn)站。2012 年8 月受當(dāng)?shù)亟亓麸嬎绊懀线w2.4km，更名為榆中（二）水文站。斷面左岸是省道101 線，右岸是名園酒店，兩岸均為漿砌石護(hù)岸；斷面寬14.0m，中泓集中在1.8～8.0m；中斷面處有混凝土便橋一座，中高水時(shí)有良好的控制作用。監(jiān)測要素主要有水位、降水、水溫、泥沙、流量以及地下水水位、水溫、水質(zhì)等。

1988 年5 月5 日測得建站以來最大洪峰流量161m3/s，多年平均流量0.222m3/s，經(jīng)頻率計(jì)算百年一遇洪峰流量為128m3/s，以1988 年5 月5 日實(shí)測最大平均流速5.36m/s 為依據(jù)，估算出榆中（二）站最大行洪能力為168m3/s，能夠滿足百年一遇防洪要求。

3 水文要素演變趨勢分析

點(diǎn)繪興隆河流域1983～2012 年年最大30min、1h 暴雨量及榆中水文站實(shí)測年最大洪峰流量、含沙量時(shí)間分布圖，添加線性趨勢線，如圖1-圖3 所示。從圖中可看出，年最大30min、1h 暴雨量及洪峰流量、含沙量總體趨勢皆明顯遞減。

圖1 興隆河流域年最大30min、1h 暴雨量時(shí)序變化圖

圖2 興隆河流域年最大洪峰流量時(shí)序變化圖

圖3 興隆河流域年最大含沙量時(shí)序變化圖

使用基于秩的非參數(shù)Mann-Kendall 統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)法對上述圖示結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示：

1）流域年最大30min 暴雨量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-3.05，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性（顯著性水平α=0.01）趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。

2）流域年最大1h 暴雨量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-3.54，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性（顯著性水平α=0.01）趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。

3）實(shí)測年最大洪峰流量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-3.83，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性（顯著性水平α=0.01）趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。

4）實(shí)測年最大含沙量正態(tài)統(tǒng)計(jì)變量Z=-5.16，其絕對值>2.32，通過信度99%的顯著性（顯著性水平α=0.01）趨勢檢驗(yàn)，表明減小趨勢明顯。

通常情況下，降水和下墊面因素的變化是引起流域洪峰流量與含沙量變化的主要原因。一方面時(shí)段降水量減少，單位面積上暴雨量減少，流域匯流后形成的洪峰流量就變小，由于暴雨雨強(qiáng)變小，雨水沖刷能力減弱，洪水含沙量變小，另一方面流域生態(tài)環(huán)境向好，下墊面截雨滯洪能力變強(qiáng)，在同等降雨條件下，洪峰流量與含沙量皆變小。

4 流量監(jiān)測成果分析

榆中水文站建站以來流量測驗(yàn)方法主要有：流速儀法、浮標(biāo)法、比降面積法，所有徑流數(shù)據(jù)均按這三種方法推求，為水文測驗(yàn)方式改革積累了寶貴的資料和經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)多年水位～流量關(guān)系曲線對比擬合，中、高水部分變化趨勢一致，低水部分誤差超出《水文巡測規(guī)范》要求。

4.1 斷面變化

榆中水文站測驗(yàn)斷面自2014 年上遷至現(xiàn)測驗(yàn)斷面，點(diǎn)繪2014～2017 年每年汛后實(shí)測大斷面，如圖4 所示。

圖4 榆中水文站2014-2016 年實(shí)測大斷面圖

該測驗(yàn)斷面兩岸均為陡岸，河底系卵石組成，沖淤變化不大，斷面相對穩(wěn)定。從2014～2017 年每年汛后實(shí)測大斷面圖看出，斷面變化呈現(xiàn)出逐年淤積變化趨勢，淤積變化趨于穩(wěn)定。

4.2 水位-流量關(guān)系分析

點(diǎn)繪2013～2017 年每年實(shí)測水位～流量關(guān)系曲線，如圖5 所示。

從圖5 看出，榆中水文站2013～2017 年水位～流量關(guān)系年內(nèi)相對穩(wěn)定，年際間變化較大，無法進(jìn)行合并定線或單值化處理。

圖5 榆中水文站2013～2017 年實(shí)測水位流量關(guān)系曲線圖

4.3 汛期、非汛期徑流分析

統(tǒng)計(jì)2013～2017 年榆中（二）站汛期（4-9 月）、非汛期（1-3 月、10-12 月）時(shí)段徑流量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

從表1 中看出，2013～2017 年榆中（二）站汛期（4-9 月）徑流量占年徑流百分比在51.6%～66.2%之間，非汛期（1-3 月、10-12 月）時(shí)段徑流量占年徑流百分比在33.9%～48.3%之間。

表1 榆中（二）站2013～2017 年徑流量分配表

4.4 非汛期流量巡測時(shí)間分析

統(tǒng)計(jì)2013～2017 年每月15 日的日平均流量和對應(yīng)月平均流量，并進(jìn)行誤差分析。榆中（二）站歷年非汛期流量巡測統(tǒng)計(jì)分析見表2。

表2 榆中（二）站歷年非汛期流量巡測統(tǒng)計(jì)分析表

通過對2013～2017 年流量資料分析，各年日平均流量和月平均流量相對誤差比較大，具體流量巡測日期不宜確定。

5 水文要素監(jiān)測的思考

5.1 水位觀測

借助榆中水文站、中小河流新建金崖水文站和高崖水位站現(xiàn)有的雷達(dá)水位計(jì)，進(jìn)行水位變化過程控制，實(shí)現(xiàn)水位遠(yuǎn)程采集、傳輸；在榆中水文站基本水尺斷面處安裝攝像頭，進(jìn)行遠(yuǎn)程水位觀測校對，達(dá)到水位遠(yuǎn)程監(jiān)測目的。

5.2 降水觀測

榆中水文站安裝了融雪式雨量計(jì)，所屬雨量站均安裝了翻斗式雨量計(jì)觀測儀器，經(jīng)測站比測，誤差符合《水文巡測規(guī)范》要求，可以實(shí)現(xiàn)降水資料的自動(dòng)采集，人工觀測應(yīng)急補(bǔ)充。

5.3 水溫觀測

經(jīng)歷年資料對照，1980～2000 年平均水溫呈逐年上升趨勢，2000 年后趨于平穩(wěn)。自2013 年榆中站上遷至新斷面后，平均水溫變化趨勢平穩(wěn)，變幅在0～20。C 之間，近40 年的水溫觀測資料基本能夠滿足各部門需求，建議停測。

5.4 含沙量測驗(yàn)

經(jīng)歷年資料對照，斷面最大含沙量為577kg/m3，1983～2012 年含沙量時(shí)序變化圖可以看出，含沙量呈逐年遞減趨勢。從興隆河流域年最大含沙量時(shí)序變化圖（如圖3 所示）發(fā)現(xiàn)，2008 年以來，年最大含沙量呈現(xiàn)出明顯減少趨勢，且變化趨勢穩(wěn)定。2013～2017 年含沙量變幅在0～54.0kg/m3之間。以上均表明興隆河流域植被不斷往好的方向發(fā)展，與當(dāng)?shù)赝烁€林等保護(hù)措施緊密相關(guān)。對于含沙量測驗(yàn)以下建議：由于興隆山自然保護(hù)區(qū)是榆中縣主要水源保護(hù)地，含沙量主要集中在每年5～9 月，成因由山洪造成，且變化不大，加之含沙量觀測資料以接近40 年序列，基本能夠滿足各部門需求，建議停測。

5.5 流量測驗(yàn)

目前榆中水文站流量測驗(yàn)方法主要有：流速儀法、浮標(biāo)法、比降面積法。經(jīng)多年水位～流量關(guān)系曲線對比擬合，中、高水部分變化趨勢一致，低水部分誤差超出《水文巡測規(guī)范》要求。因此，流量測驗(yàn)方面提出以下幾點(diǎn)建議：

1）由于興隆河斷面較窄，屬于窄深式河道，基本斷面行洪寬度只有14m，且行洪能力能夠滿足百年一遇需求。建議現(xiàn)狀（2018 年）仍然按現(xiàn)行測驗(yàn)方式進(jìn)行流量測驗(yàn)，通過2018 年實(shí)測水位流量關(guān)系和2017 年對照進(jìn)行綜合分析，如果水位流量關(guān)系趨勢一致，能夠達(dá)到合并定線要求，可以用綜合水位流量關(guān)系曲線推流。

2）中期（2020 年）對河道進(jìn)行渠道化修砌，按規(guī)范要求（量水建筑物法，河道長度不得小于河寬5倍）修砌為矩形渠道，長度為70m,建立穩(wěn)定的水位～流量關(guān)系，以水位推求流量，以駐巡結(jié)合的方式完成測驗(yàn)方式改革。

3）進(jìn)行簡單的斷面維修，配備屬于小河流特性的雷達(dá)波在線測流系統(tǒng)，完成流量測驗(yàn)遠(yuǎn)程傳輸工作，達(dá)到測驗(yàn)方式改革的水文巡測目的。

4）年徑流變化主要集中在5～9 月，建議現(xiàn)狀流量采用人工駐守施測，其他時(shí)間段以巡測為主，用連實(shí)測流量過程線法推流。全年流量采用駐巡結(jié)合的方式完成測驗(yàn)工作。

5.6 地下水觀測

列入國家地下水監(jiān)測工程（甘肅水利部分）的監(jiān)測井，采用數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程傳輸?shù)谋O(jiān)測方式；未列入國家地下水監(jiān)測工程（甘肅水利部分）的監(jiān)測井，采用傳統(tǒng)方式人工委托觀測。