楊　芳，陳學(xué)林，景　宏

(1.甘肅省蘭州水文水資源勘測局，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

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涇河流域代表站降水、徑流、輸沙量變化特征分析

楊芳1，陳學(xué)林2，景宏2

(1.甘肅省蘭州水文水資源勘測局，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省水文水資源局，甘肅 蘭州 730000)

[摘要]應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對涇河流域內(nèi)降水、徑流、泥沙代表站實(shí)測系列資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出涇河流域甘肅范圍的平?jīng)?、楊家坪水文站和涇川縣氣象站降水量年內(nèi)和年際變化特征；慶陽、楊家坪、平?jīng)鏊恼緩搅髂陜?nèi)和年際變化特征；楊家坪水文站輸沙率年內(nèi)和年際變化特征，為實(shí)施白龍江引水工程和區(qū)域水資源管理以及防汛抗旱工作提供技術(shù)支撐。

[關(guān)鍵詞]降水；徑流；輸沙量；變化特征；涇河流域

1涇河流域概況

涇河流域位于甘肅省隴東地區(qū)和陜西省關(guān)中平原西北部，涵蓋寧夏回族自治區(qū)涇源縣、彭陽縣、甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)、華亭縣、崇信縣、靈臺縣、涇川縣和慶陽市全部縣區(qū)，以及陜西省長武縣、旬邑縣、彬縣、涇陽縣、高陵縣。四周分別與清水河流域、北洛河流域以及渭河流域接壤，流域面積45 421 km2。涇河及其上游的主要支流頡河、洪河等，均發(fā)源于六盤山東麓，呈樹枝狀自西向東匯集，源頭甚多，流程相差無幾，通常以六盤山南端馬尾巴梁東側(cè)幾條山溪匯流至老龍?zhí)兜捻扆埡幼鳛闆芎痈闪鞯脑搭^。涇河自寧夏回族自治區(qū)涇源縣涇河源鎮(zhèn)流出，經(jīng)甘肅省平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)、涇川縣和陜西省長武、彬縣、淳化、涇陽等縣，于高陵縣西南陳家灘匯入渭河，全長455 km，其中在寧夏回族自治區(qū)長39 km，占8.6%；在甘肅省長161 km，占35.4%；陜西省境內(nèi)長255 km，占56%。流域面積45 421 km2，其中在甘肅省境內(nèi)34 710 km2，占76.4%。

根據(jù)自然地貌與河道特征，涇河干流可分為三段：(1)上游。涇河主源頭自六盤山南端馬尾巴梁東側(cè)流出，向東北方向匯集至山口-“老龍?zhí)丁薄芎幼岳淆執(zhí)读鞒隽P山繼續(xù)向東北流，，經(jīng)過涇河源鎮(zhèn)(原名北面河)至沙南,左納幾條支流后進(jìn)入崆峒峽，進(jìn)入甘肅省地界，此段河道河長45 km，落差1 078 m，平均比降11.8‰ ，流域面積597 km2。涇河流出崆峒峽后，即進(jìn)入涇河上游的平?jīng)?、涇川盆地。在甘家墳納崆峒后峽的胭脂河(古稱焉支川)，折北于平?jīng)龀俏鼾埵咨角鞍死飿蚣{頡河；折西北流向東南，繞平?jīng)龀潜?，?jīng)柳湖、四十里鋪、白水、花所四鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穿涇川縣王村鄉(xiāng)至涇川縣城西王母宮山前與汭河匯流；折西南轉(zhuǎn)向東北，至羅漢洞鄉(xiāng)的曹頭景家納紅河，又折東北流向東南，經(jīng)涇明鄉(xiāng)至山底下納蒲河；下至長慶橋出平?jīng)鍪芯?。此段河長100多 km，河床平均寬度3 km。涇河經(jīng)過長慶橋東流40 km至寧縣政平，是甘肅省和陜西省的界河。在政平左納北來的最大支流馬蓮河，而折向南流完全在陜西省境內(nèi)流淌。南流至亭口鎮(zhèn)右納黑河后流向東南，經(jīng)彬縣早飯頭而進(jìn)入中游河段。(2)中下游。涇河中游到下游一直是東南流向，經(jīng)涇陽縣張家山進(jìn)入下游，張家山是涇惠渠渠首所在地。下游流至高陵縣陳家灘匯入渭河。涇河主要支流有甘肅省境內(nèi)的頡河、汭河、洪河、黑河、達(dá)溪河、馬蓮河(環(huán)江)等和陜西省境內(nèi)的馬欄河、泔河。

2降水量變化特征

選取流域內(nèi)降水量觀測資料系列較長的代表性水文、氣象站為分析對象，對平?jīng)鏊恼?974-2013年(1983-1996年缺測)降水量觀測資料、楊家坪水文站1952-2013年降水量觀測資料和涇川縣氣象站1960-2013年降水量觀測資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1年內(nèi)分配

涇河流域降水量變化主要受季風(fēng)變化影響，年內(nèi)分配不均，其特點(diǎn)是：汛期降水量大而集中，春季雨水少而不穩(wěn)定，冬季雨雪少而干燥。降水量主要集中在6～9月，從流域內(nèi)水文、雨量站點(diǎn)資料分析，此期間降水量占全年降水量的62.1%～73.0%，而11月至次年2月降水量非常小，個別年份無降水，降水量年內(nèi)分配不均勻。從流域內(nèi)雨量代表站平?jīng)鏊恼尽罴移核恼?、涇川氣象站多年降水量月分配來看，年降水量主要集中?～9月，分別占到全年的72.9%、62.1%、65.9%，并且多集中在7～8月，分別占全年降水量的43.3%、35.3%、37%；最大月降水量多發(fā)生在7月或8月，分別占到全年降水量的23.1%、18.2%、18.9%。因此，7～8月份容易引起洪澇災(zāi)害。按季節(jié)統(tǒng)計(jì)，春季(3～5月)降水量分別為86.2 mm、108.4 mm、95.8 mm，分別占全年降水量的17.2%、20.2%、19.1%；夏季(6～8月)降水量分別為278.7 mm、263.7 mm、269.5 mm，分別占全年降水量的55.6%、49.2%、53.7%；秋季(9～11月)降水量分別為127.4 mm、148.4 mm、153.9 mm，分別占全年降水量的25.4%、27.5%、30.8%；冬季(12～2月)降水量分別為17.6 mm、15.2 mm、12.5 mm，分別僅占全年降水量的3.5%、2.8%、2.5%，均以12月份降水量為最少。根據(jù)以上分析可知，涇河流域雨季較短、雨量集中，枯季較長、雨量較少，春季最易出現(xiàn)干旱缺水。涇河流域雨量代表站多年平均月年降水量統(tǒng)計(jì)見表1 。

表1　涇河流域雨量代表站多年平均月年降水量統(tǒng)計(jì)表

2.2年際變化

降水量的年際變化通過長系列頻率計(jì)算，用變差系數(shù)和多年降水量差積曲線來反映。

據(jù)甘肅省水文水資源局《平?jīng)鍪兴Y源調(diào)查評價》成果顯示，從降水變差系數(shù)Cv的變化來看，涇河流域多年平均降水量Cv值為0.16，流域分區(qū)中：涇河干流花所-楊家坪Cv最大為0.25，汭河袁家庵-安口Cv最小為0.19；行政分區(qū)中，涇川縣Cv最大，為0.25華亭、崇信縣Cv最小，為0.21；各站最大與最小年降水量相差明顯，極值比介于2.1～3.1之間，以涇川縣最大為3.1；極值差一般介于445～553 mm之間，以華亭站最大為552.9 mm，說明流域內(nèi)降水量年際變化較大。通過降水量差積曲線看，各代表站降水量年際變化較大，流域內(nèi)歷年降水量總趨勢呈遞減態(tài)勢，但變化趨勢不甚明顯。降水量總體趨勢為上世紀(jì)五十年代～七十年代渭河和涇河流域?yàn)樘刎S水年，七十年代～九十年末基本為平水年，2000～2005年基本處于豐水年，降水量呈上升趨勢，2006～2009年為枯水年，2010～2013年降水量呈增加趨勢。點(diǎn)繪流域內(nèi)平?jīng)?、楊家坪、涇?個雨量代表站逐年降水量變化過程線，見圖1，圖中看出，流域內(nèi)雨量代表站降水量年際變化特征表現(xiàn)為逐年緩慢下降的趨勢，下降趨勢不甚明顯，與降水量差積曲線得出的多年降水量年際變化特征結(jié)論相似。

圖1　流域內(nèi)代表站逐年降水量變化過程線圖

3徑流量變化特征

3.1年內(nèi)分配

涇河流域徑流的主要來源為大氣降水，由于地形地貌和流域下墊面條件的不同及降水入滲與產(chǎn)流條件的差異，流域內(nèi)所屬河流徑流主要集中在7～10月，總體是徑流過程與降水過程基本對應(yīng)，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，汛期徑流量大，說明年徑流量主要由洪水組成。涇河流域代表站多年各月平均流量統(tǒng)計(jì)見表2 ，涇河流域代表站多年各月平均流量柱狀圖見圖2。從表2 和圖2中慶陽、楊家坪、平?jīng)鏊恼径嗄旮髟缕骄髁拷y(tǒng)計(jì)情況來看，徑流量主要集中在7～10月，分別占到全年的68.4%、63.7%、63.6%，并且多集中在7～9月，分別占全年徑流量的63.9%、52.8%、47.5%；3～6月徑流量分別占全年的22.2%、21.3%、18.1%，11～2月徑流量分別占年徑流量的9.6%、18.2%、22.2%。非汛期徑流很小，可利用量少，洪水期徑流量大，無法利用，是涇河流域徑流的顯著特點(diǎn)。

圖2　涇河流域代表站多年各月平均流量柱狀圖

3.2年際變化

徑流的補(bǔ)給來源是降水，降水是大氣環(huán)流的產(chǎn)物，降水、徑流的豐、平、枯總是循環(huán)往復(fù)交替發(fā)生的，徑流年際變化的總體特征常用變差系數(shù)或年極值比(最大、最小年流量的比值)來反映一個地區(qū)徑流過程的相對變化程度。變差系數(shù)或年極值比大，表示徑流的年際豐枯變化大，對水資源的利用不利。反之，變差系數(shù)或年極值比小，表示徑流的年際豐枯變化穩(wěn)定，對水資源的利用有利。變差系數(shù)基本反映出各河流的徑流變化特點(diǎn)。

據(jù)甘肅省水文水資源局《平?jīng)鍪兴Y源調(diào)查評價》成果[3]顯示，經(jīng)分析計(jì)算涇河干流站崆峒、平?jīng)?、涇川、楊家坪變差系?shù)CV在0.54～0.57之間；汭河安口、袁家庵變差系數(shù)在0.55～0.57之間；達(dá)溪河靈臺、張家溝變差系數(shù)在0.58～0.64之間；葫蘆河仁大、靜寧變差系數(shù)在0.70～0.71之間；莊浪河變差系數(shù)最大0.84；全流域年徑流Cv為0.50，說明涇河流域徑流量年際變化大，豐枯相差較大。從不同年代段地表徑流變化來看，從上世紀(jì)50至60年代到了90年代一直表現(xiàn)為逐步減小趨勢，90年代地表徑流量為最小值，較多年平均值減少近4成。進(jìn)入本世紀(jì)以來，涇河流域地表徑流略有增加，2001～2013年時段平均地表徑流較多年平均值減少近2成左右。總體分析，上世紀(jì)50年代和60年代是豐水時期，70年代和80年代基本持平， 90年代以來進(jìn)入連續(xù)枯水期，河道來水量不斷減少。涇河流域代表站歷年徑流量變化過程線見圖3，圖中看出，涇河流域代表站平?jīng)?、慶陽、楊家坪水文站歷年徑流量變化特征表現(xiàn)為逐年下降的趨勢，且下降趨勢非常明顯。

表2　涇河流域代表站多年各月平均流量統(tǒng)計(jì)表

表3　涇河流域代表站不同時段多年平均徑流量統(tǒng)計(jì)

表4　楊家坪水文站歷年各月平均輸沙率統(tǒng)計(jì)表

圖3　涇河流域代表站歷年徑流量變化過程線

對涇河流域代表站平?jīng)鏊恼?974～2013年(其中：1983～1996年停測)、慶陽水文站1956～2013年、楊家坪水文站1956～2013年實(shí)測年徑流量，以全國第二次水資源調(diào)查評價時間2000年為分界，不同時段多年平均徑流量統(tǒng)計(jì)見表3。

由表3可見，建站～2000年平?jīng)觥c陽、楊家坪3個水文站分別比歷年(建站-2013年)均值偏大65.7%、4.4%、9.2%；2001～2013年平?jīng)?、慶陽、楊家坪3個水文站分別比歷年均值偏離11.6%、-17.8%、-34.4%?？梢钥闯觯陱搅髁糠謺r段變化規(guī)律是建站～2000年時段平均徑流量均大于多年(建站～2013年)平均徑流量，2001～2013年主要支流馬蓮河控制站和涇河干流控制站時段平均徑流量均小于多年(建站～2013年)平均徑流量。

4輸沙量變化特征

4.1年內(nèi)變化

利用涇河干流中下游控制站楊家坪水文站長系列實(shí)測懸移質(zhì)泥沙資料作為代表站進(jìn)行分析。楊家坪水文站歷年各月多年平均輸沙率及各月占年總數(shù)百分比統(tǒng)計(jì)見表4。從表4可以看出，涇河干流楊家坪水文站輸沙率年內(nèi)分配極不均勻，多年平均情況下，7月份輸沙率占全年百分比最大，占全年總數(shù)的56.7%；7～8月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的78.4%，主汛期6～9月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的94.4%。

4.2年際變化

點(diǎn)繪流域內(nèi)泥沙觀測代表站涇川、楊家坪水文站歷年輸沙量變化過程線，見圖4。歷年輸沙量變化過程表現(xiàn)為逐年緩慢減小的趨勢，但減小幅度不大。分時段看，涇河干流楊家坪水文站1956～2013年間多年平均輸沙量為6 490萬 t，1977年以后年輸沙量明顯減少，1957～1977年間多年平均輸沙量為9 750萬 t，1978～2013年間多年平均輸沙量為4 448萬 t，2005～2013年間多年平均輸沙量為1 228萬 t。

圖4　涇河流域代表站歷年輸沙量變化過程線圖

5結(jié)語

(1)降水量變化特征。涇河流域降水量變化主要受季風(fēng)變化影響，年內(nèi)分配不均，其特點(diǎn)是：汛期降水量大而集中，春季雨水少而不穩(wěn)定，冬季雨雪少而干燥。降水量主要集中在6～9月，約占年降水量的70%?？菁据^長、雨量較少，春季最易出現(xiàn)干旱缺水。流域內(nèi)雨量代表站降水量年際變化特征表現(xiàn)為逐年緩慢下降的趨勢，下降趨勢不甚明顯。

(2)徑流量變化特征。涇河流域徑流的主要來源為大氣降水，流域內(nèi)所屬河流徑流主要集中在7～10月，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，汛期徑流量大，說明年徑流量主要由洪水組成。流域內(nèi)慶陽、楊家坪、平?jīng)鰪搅鞔碚緩搅髁恐饕性?～10月，分別占到全年的68.4%、63.7%、63.6%，并且多集中在7～9月，分別占全年徑流量的63.9%、52.8%、47.5%；3～6月徑流量分別占全年的22.2%、21.3%、18.1%，11～2月徑流量分別占年徑流量的9.6%、18.2%、22.2%。非汛期徑流很小，可利用量少，洪水期徑流量大，無法利用，是涇河流域徑流的顯著特點(diǎn)。歷年徑流量變化特征表現(xiàn)為逐年下降的趨勢，且下降趨勢非常明顯。年徑流量分時段變化規(guī)律是建站～2000年時段平均徑流量均大于多年(建站～2013年)平均徑流量，2001～2013年主要支流馬蓮河控制站和涇河干流控制站時段平均徑流量均小于多年(建站～2013年)平均徑流量。

(3)輸沙量變化特征。涇河干流楊家坪水文站輸沙率年內(nèi)分配極不均勻，多年平均情況下，7月份輸沙率占全年百分比最大，占全年總數(shù)的56.7%；7～8月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的78.4%，主汛期6～9月輸沙率合計(jì)占全年總數(shù)的94.4%。流域內(nèi)泥沙觀測代表站涇川、楊家坪水文站歷年輸沙量變化過程表現(xiàn)為逐年緩慢減小的趨勢，但減小幅度不大。分時段看，涇河干流楊家坪水文站1956～2013年間多年平均輸沙量為6 490萬 t，1977年以后年輸沙量明顯減少，1957～1977年間多年平均輸沙量為9 750萬 t，1978～2013年間多年平均輸沙量為4 448萬 t，2005～2013年間多年平均輸沙量為1 228萬 t。

參考文獻(xiàn)

[1]牛最榮,安東.60年來黑河流域東部子水系中上游氣溫、降水、蒸發(fā)變化特征分析[J]. 水文.2014,34(6).

[2]崔亮，陳學(xué)林，郭西峰. 60年來黑河流域東部子水系中上游徑流量、輸沙量變化特征分析[J]. 水文.2015,35(1).

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[4]牛最榮,趙文智,劉進(jìn)琪,等. 甘肅渭河流域氣溫、降水和徑流變化特征及趨勢研究[J]. 水文.2012,32(2).

[中圖分類號]P336

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)02-0140-04

[作者簡介]楊芳(1969-)，女，甘肅張掖人，工程師，主要從事水文水資源監(jiān)測、評價工作。[通訊作者]陳學(xué)林(1967-)，男，甘肅臨澤人，教授級高工，主要從事水文水資源監(jiān)測、評價和研究工作。

[收稿日期]2015-10-30