陽泉市桃河水文特性分析

李純紀

（陽泉市水文水資源勘測分局，山西 陽泉 045000）

1 流域概況

桃河是綿河的一級支流，自西向東縱貫陽泉市區，其支流分布在陽泉市郊區、礦區、城區和平定縣各鄉鎮。境內河道長80 km，流域面積1 086 km2，平均縱坡11.3‰。多年平均徑流量0.608億m3，多年平均清水量0.093 m3/s。

桃河流域位于太行山區，西高東低，屬砂頁巖土石區。境內山高谷深、地勢起伏、溝壑縱橫，森林覆蓋率僅為13%，水土流失嚴重，生態環境惡劣；礦產資源豐富，是山西省重要的煤炭能源、化工、建材生產基地之一。陽泉水文站設于1955年，位于陽泉市市區桃河中游段，斷面以上控制流域面積490 km2，分布有汛期水文站1個、雨量站14個、報汛雨量站5個。

2 氣候特征

流域屬典型的溫帶大陸性季風氣候，四季分明，春季干旱嚴重，夏季炎熱多雨，秋季降溫迅速，冬季寒冷干燥，多年（1955—2000年）平均氣溫11.3℃。1月最冷，平均氣溫4.6℃，極端最低氣溫為1954年12月29日的-19.1℃；7月最熱，平均氣溫24.3℃，極端最高氣溫為1955年7月24日和1999年7月24日的40.2℃。無霜期150 d，最大凍土深度68 cm，主導風向為西北風，夏季多偏東風，最大風速19 m/s。年均日照時數2 732.3 h，多年平均水面蒸發量1 202 mm，屬半濕潤地區。

由陽泉市氣象局1955—2010年氣溫資料分析可知，桃河流域氣溫呈非連續增暖趨勢，20世紀90年代較50年代上升了0.9℃，其中1985年是一個突變點，此后增溫極為明顯，且夜間氣溫增溫幅度高于白天增溫幅度，冬季增溫幅度高于夏季增溫幅度。2010年7月29日，最高氣溫達41.5℃，創歷史新高。

3 降水

流域受東亞季風環流影響，降水存在明顯的季節性變化：冬、春季受干冷內蒙古高壓控制，當極地和變性極地氣團過境時，會產生少量固體降水物。夏季東南風盛行，是桃河流域主要降水季節。首先，夏季太平洋副高勢力加強，向北推進，逼近我國海岸，成為流域降水的主要水汽來源。其次，西南季風侵入華北上空，從印度洋帶來赤道暖濕氣流，是流域的另一重要水汽來源，因其水汽含量豐沛，在有利的天氣形勢下，常產生大量降水；另外，太平洋的水汽除由東南方向直接入境外，常由西進臺風先期送入我國西南地區，在適應的環流形勢導引下，轉向北進，由南、西南方向入境，構成流域降水的又一水汽輸送機制。秋季極地高壓氣團逐步返回蒙古高原，除9月降水較多外，桃河流域遵循大范圍天氣形勢，迅速轉入枯季。

3.1 降水量的年內分配

桃河流域降水量的年內分配為單峰型，全年降水量主要集中在汛期，尤其是在7—8月，該階段的降水量約占全年降水量的50%以上；連續最大4個月的降水量發生在6—9月，占全年降水量的72.3%～79.3%；12月至次年3月降水量僅為全年降水量的5%。降水量在季節上的分配情況為：春季占12.2%，夏季占63.7%，秋季占21.1%，冬季占2.9%，夏季降雨多以短歷時、高強度暴雨形式出現。

3.2 降水量的年際變化

流域內降水量年際分布不均，個別年份1 d水量超過枯水年全年的降水量。桃河流域多年平均降水量（1956—2000年）為520.7 mm，離差系數 Cv為0.23，偏態系數Cs與離差系數Cv之比為2.0。年最大降水量為866.4 mm（1963年），年最小降水量僅為215.3 mm（1997年），小于豐水年日最大降水量為263.3 mm（1966年），極值比為3.5，豐枯相差懸殊。從流域分布來看，年降水量由東南向西至桃河上游逐漸減少，變差系數從0.34降到0.28。

連續枯水是流域降水量年際變化的又一規律，對水資源開發利用影響很大。連續45年的降水量資料顯示：1978—1981年和1997—2000年出現2次連續四年干旱，1967—2000年中僅1988年為豐水年，表明70年代后桃河流域降水量處于相對偏枯水階段，降水量呈逐年下降趨勢，降幅達6.5%。

4 徑流

徑流是降落在流域表面的雨水，在水文循環過程中，除消耗于植物截流、下滲、蒸發和填洼的部分外，其余部分在重力作用下從地面（經過坡地、溝、谷、溪、澗等）和地下匯集到小河，并沿河槽下泄的水流。徑流量的大小受降雨量、時空分布、流域形態和人類活動等因素的影響。

4.1 徑流量的年內分配

地表徑流量的年內分配與降水的年內分配極為相似，主要集中在夏秋兩季，其集中程度取決于雨季持續時間和雨季降水量集中程度，同時又受下墊面因素影響。桃河中、上游地區主要為砂頁巖類的土石山區，無泉水補給，表現為典型的夏雨型。據陽泉水文站1955—2000年實測數據分析：汛期6—9月徑流量占全年徑流量的82.2%，7—10月徑流量占全年徑流量的83%，其中七八月份徑流量占全年徑流量的60.4%，徑流量集中程度相對較高。特別是近十年來，桃河全年大部分時間為干河，一年當中僅有幾場歷時不長的洪水過程，河流的季節性特點尤為明顯，徑流量年內分配不均，是桃河流域的一個重要特征。

4.2 徑流量的年際變化

桃河流域植被稀少，水分涵養能力差，地表對徑流的調蓄作用小，徑流主要來源于降水補給，河川基流小，洪峰水量集中。徑流的年際變化用年徑流量離差系數Cv和極值比來反映，Cv和極值比愈大，徑流量年際變化越顯著。1956—2000年系列多年平均徑流量為6 240萬m3，Cv為 0.85，極值比為 31.7。另外，隨著時間的推移，桃河流域年徑流量呈下降趨勢，下降幅度為16.5%，居全市各流域之首，1990年以來流域年徑流量皆不達多年平均值。

4.3 洪水的年際變化

桃河屬典型的季節性河流，洪水均由暴雨形成，其特點為匯流速度快、來勢猛、流速大、暴漲暴落、峰高、量大、歷時短，一般在幾小時至1~2 d之間，多夾帶大量卵石等推移質泥沙。陽泉水文站建站以來實測最大洪峰流量為2 200 m3/s，發生于1959年，最大調查洪峰流量2 810 m3/s，發生于1945年。以多年的實測資料為依據，對逐年最大洪峰進行頻率分析可知，多年平均洪峰流量為410 m3/s，Cv=1.35，Cs/Cv=3.5，不同頻率設計洪峰流量見表1。

表1 陽泉水文站設計洪峰流量

5 泥沙

桃河流域來沙主要集中在汛期6—9月，期間產沙量最大的時期又集中在暴雨洪水期7—8月，據統計，6—9月的輸沙量占全年輸沙量的95.4%，7—8月的輸沙量占全年輸沙量的83.8%。有些年份甚至一次洪水過程輸沙量占全年輸沙量的90%以上。產沙和輸沙在短時段內高度集中是桃河流域輸沙量年內分配的一個重要特征。據陽泉水文站觀測資料表明：桃河多年平均含沙量24.9 kg/m3，最大含沙量為1969年的458 kg/m3；多年平均輸沙量 1.08×106t，最大輸沙量為1966 年的 5.36×106t；多年平均輸沙模數 2 144 t/km2。近年來，由于桃河流域徑流量減少，輸沙模數降低了一個數量級，但含沙量仍然很大，造成水庫淤積、河川抬高，加大了防洪壓力，直接威脅著國家和人民生命財產安全。