桃林口水庫降水徑流變化特征分析

鄔 龍 ，何長寬，王艷艷 ，徐世賓 ，李博超，王 佳

（1．水利部河北水利水電勘測設計研究院，天津 300250；2.天津普澤工程咨詢有限責任公司，天津 300204）

1 引言

桃林口水庫位于灤河主要支流青龍河上，控制流域面積5 060 km2，總庫容8.59億m3。水庫主體工程于1998年建設完工，于2000年8月通過竣工驗收。桃林口水庫為多年調節運用水庫，主要以城市供水、農業灌溉為主，兼顧防洪、發電、旅游，是秦皇島城市用水的主要水源地。截至2009年，已累計向下游供水近24億m3，發電1.60億kW·h，對冀東地區社會、經濟、農業發展及生態改善起到了重要的保障作用。

近年來，受氣候條件變化及人類活動的影響，桃林口水庫水資源狀況發生了顯著的變化，入庫徑流量大幅度衰減，相同量級的降水過程徑流顯著減少。因此，非常有必要對桃林口水庫的降水徑流變化特征、變化成因進行分析研究，從而為水庫水資源開發、利用、優化配置和運行管理提供有力支撐。

2 降水變化特征分析

2.1 降水豐枯變化特征分析

降水豐枯變化特征選用差積曲線法。選用流域降水中心典型雨量站——叼爾登站1954—2009年降水量系列資料繪制了年降水量的差積曲線，如圖1所示。

圖1 典型雨量站年降水量差積曲線

從圖1中可以看出，1954—1979和1985—1998年降水量總體上偏豐，屬于大豐水年；1979—1985年降水量總體上偏枯，屬于大枯水年；1998—2009年降水量又總體上偏枯；豐枯變化交替出現。大的豐、枯、平水期中又存在小的豐、枯、平水期，例如1985—1998年大豐水年中存在1989、1992年等枯水年份以及1987、1993年等平水年份。

2.2 降水時間變化特征分析

降水時間變化特征分析采用Mann-Kendall非參數秩次相關檢驗方法。與參數統計檢驗法相比，Mann-Kendall檢驗法更適用于非正態分布的時間序列。

從流域上游至下游，分別選用楊樹嶺、叼爾登、土門子、雙山子等典型雨量站1959—2009年汛期及年降水量系列進行趨勢性分析，結果見表1。

表1 典型雨量站Kendall檢驗結果

從分析結果可知，桃林口水庫中下游流域降水量具有顯著的下降趨勢；而中上游流域降水量雖具有一定下降趨勢，但不顯著；且汛期較年降水量下降趨勢更明顯。這可能與中下游流域受人類活動影響較為顯著，導致下墊面條件的劇烈變化，以及本流域及周邊流域水利工程興建蓄水，造成中下游流域局部氣候條件變化等因素有關。典型雨量站年、汛期降水量過程及線性變化趨勢如圖2所示。

圖2 桃林口典型雨量站汛期、年降水量過程

2.3 降水空間變化特征分析

降水的空間分布是影響洪水徑流的主要因素之一。同一量級降水，如果降水中心在流域上游，則匯流過程中下滲損失較大，致使徑流洪水較小。可根據流域內各雨量站實測降水量占流域平均降水量的比例大小，并分析其在長時間序列中的變化趨勢，來研究降水中心的變化情況，進而對流域降水的空間變化進行分析。

從流域上游至下游分別選擇楊樹嶺、叼爾登、土門子、雙山子等典型雨量站，根據汛期6—9月降水量占流域面平均雨量比例的變化趨勢，分析流域降水空間變化特征，結果如圖3所示。

依據Mann-Kendall檢驗法分析可發現，桃林口水庫上游楊樹嶺站汛期降水量占流域面降水量比例有顯著上升的趨勢；中上游叼爾登站所占比例有上升趨勢，但不顯著；中下游土門子站所占比例基本保持平穩；下游雙山子站所占比例有下降趨勢。結果表明，本流域降水空間分布隨著時間的推移有了一定變化，降水空間分布有向中上游轉移的趨勢，可能將導致入庫徑流洪水減少。但降水中心仍然主要位于中上游的叼爾登站。

3 徑流變化特征分析

徑流是降水在土壤-植被-大氣間進行重新分配時，在滿足土壤滲透能力或蓄水能力、植被截留攔蓄能力及大氣蒸散發能力后的剩余量。徑流過程是一個復雜多變的過程，與水資源的開發利用和水環境保護等生產經濟活動密切相關。

利用Mann-Kendall檢驗法，對桃林口水庫1929—2009年經插補延長后的入庫年徑流過程分析，發現入庫徑流序列具有高度顯著的下降趨勢，尤其進入20世紀70年代以來，下降趨勢尤為顯著；而20世紀70年代之前的入庫徑流過程基本無明顯的變化趨勢。桃林口水庫入庫年徑流線性變化過程如圖4所示。

圖3 桃林口典型雨量站汛期降水量占流域降水量比例變化趨勢

圖4 桃林口水庫入庫徑流線性變化過程

根據上述分析，桃林口水庫控制流域降水、徑流系列的顯著下降主要發生在20世紀70年代后期以來，這與人類活動對本流域的規模化影響起始時間基本一致。以1978年為轉折點，1959—1977年多年平均降水、 徑流量分別為 643.5 mm、9.264億 m3；而1978—2009年多年平均降水、徑流量分別為568.8mm、5.010億 m3。后者較前者降水量減少了12%，而入庫徑流量減少幅度卻達到了46%。這表明人類活動導致的下墊面劇烈變化對入庫徑流過程影響較大。

4 結語

（1）桃林口水庫入庫水資源量呈下降趨勢，尤其進入20世紀70年代后期以來，入庫水資源量呈高度顯著的下降趨勢。

（2）流域降水過程的時空變化，是導致入庫水資源量減少的直接原因。此外，近10年來為本流域較大的枯水期，流域降水量較其他時期明顯減少，也是導致入庫徑流量減少的原因之一。

（3）本流域降水過程具有顯著的下降趨勢，而入庫徑流過程達到高度顯著的下降趨勢，說明人類活動導致的下墊面劇烈變化對桃林口水庫入庫徑流過程影響較大。

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