西漢水流域降水徑流對水土流失的影響分析

金 泉，吳彥昭

（甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅 成縣 742500）

1 流域概況

西漢水位于甘肅西南部，長江上游區，處于我國中心地帶。為嘉陵江一級支流，發源于甘肅天水市秦州區南部齊壽山，流經天水市齊壽鄉、平南鎮、天水鎮，進入禮縣流經鹽官鎮、祁山鎮、永興鎮、城關鎮后折轉向南，流經石橋鎮、江口鄉、龍林鎮、于雷壩鎮急轉向東，然后進入西和縣、康縣、成縣，在陜西省略陽縣注入嘉陵江。

2 水文資料

收集的水文氣象資料來自歷年水文年鑒[1]、甘肅省水文統計、甘肅省歷年水文資料整編成果、氣象局資料成果等。對各項資料經過嚴格審查，資料詳實可靠。收集到流域內及流域邊界26 處雨量站、4 處徑流站、4 處泥沙站點資料，近50 年資料。雨量站的站網密度為376 km2/站，徑流和泥沙站2446 km2/站，站點分布具有代表性。具體分布見圖1。

圖1 西漢水流域站點分布圖

3 降水、徑流、泥沙年內分配

3.1 降水量代表站的年內分配變化

選取上游的大橋雨量站，下游的鐔家壩雨量站，作為代表站對降水年內分配進行評價分析。通過分析計算得出，最大四個月（6 月 ～10 月）降水量占 60%～65%，汛期（5 月 ～10月）降水量占80%～85%，最大月降水量為7 月，降水量占全年的16%～20%，最小月降水量為12 月，降水量占全年的0.5%～0.8%。

圖2 西漢水流域降雨量年內分配變化圖

3.2 流域內徑流年內分配變化分析

從上游到下游依次有禮縣、大橋、鐔家壩站，平洛站為支流站，根據該4 處水文站的資料，進行年內分配變化分析。西漢水徑流量年內分配很不均衡，最大四個月徑流量多集中在7 月～10 月，占年徑流量的65%～75%。汛期徑流量占全年徑流量的70%～80%，非汛期徑流占全年徑流量的20%～30%。基本同降水量的變化相同，具體情況見表1。

表1 西漢水非汛期、汛期徑流控制站分配情況 單位：億m3

西漢水徑流量年內季節也分配很不均衡，徑流量多集中在夏季、秋季。春季徑流量占全年徑流量的15%～20%，夏季徑流占全年徑流量的30%～35%，秋季徑流占全年徑流量的35%～40%，冬季徑流占全年徑流量的5%～12%。因而西漢水也是一個隨季節變化幅度較大的河流，具體情況見表2。

表2 西漢水季節徑流控制站分配情況 單位：億m3

3.3 輸沙的年內分配變化

泥沙監測站和徑流站相同，通過分析計算四站的輸沙率，可以得出全年輸沙量最大的連續四個月出現在汛期6 月～9月，占全年輸沙量的56.9%。最大月份出現在7 月份，占全年輸沙量的17.8%。最小月份出現在1 月份，占全年輸沙量的2.8%。西漢水流域泥沙年內分配高度集中，極不均衡[2]，輸沙量隨面積增大而增大，變化趨勢逐步放緩[3]。具體分布變化見圖3。

圖3 西漢水流域四個水文站輸沙量年內分配變化圖

4 降水、徑流、泥沙多年變化趨勢

采用坎德爾秩次相關法[4]再進行多年變化趨勢分析。其顯著性檢驗標準α 值選用0.1 和0.05，其U0.1/2的值為1.645，U0.05/2的值為1.96，當大于U0.05/2時變化趨勢為顯著，當小于U0.05/2大于U0.1/2為較顯著，當小于U0.1/2為不顯著。降水、徑流和泥沙都呈遞減趨勢[3][5]，其中徑流和泥沙趨勢顯著[6]，具體計算成果見表3。

表3 坎德爾秩次相關計算成果表

5 降水、徑流對水土流失的影響

采用泰森多邊形法對全流域的面雨量計算，采用控制站面積比法求全流域的徑流、輸沙量。通過回歸分析建立回歸方程，進行年降水和年徑流對年水土流失的影響分析。

5.1 降水對水土流失的影響

水土流失的嚴重程度，主要看輸沙量的多少。而年輸沙量反映了年水土流失狀況。為了反映年輸沙量同年降水相關性，采用1966 年～2017 年資料采用二項多項式回歸分析，年降水作為自變量，年輸沙量作為因變量，建立回歸方程為：

式中：W 為輸沙量，萬 t；P 為降水量 mm。

其回歸方程為一元二次多項式，相關系數為0.49。其相關圖為拋物線圖，見圖4，從圖可以看出年降水到達一定高點后，降水同水土流失相關程度降低。

圖4 西漢水流域泥沙降水相關圖

5.2 徑流對水土流失的影響

利用1966 年～2017 年徑流輸沙資料進行分析計算，年徑流量作為自變量，年輸沙量作為因變量，采用回歸分析法建立相關性回歸方程，其回歸方程為：

W=143.97e0.1308R

式中：W 為輸沙量，萬 t；R 為徑流量，億 m3。

泥沙同徑流相關方程為指數函數，其相關系數為0.78，其相關圖見圖5，可以看出徑流量越大對該區域的侵蝕能力越強，徑流和泥沙的關系呈正比關系。

圖5 西漢水流域徑流泥沙相關圖

5.3 降水和徑流對水土流失綜合因素的影響

從上面的分析可以看出，西漢水年水土流失和降水、徑流具有密切的相關性，徑流相關性較大。由于下墊面變化復雜，影響水土流失的因子較多，還有水利工程和植被等，為了進一步研究分析降水和徑流對泥沙變化的影響，將年降水和年徑流作為自變量，年輸沙量作為因變量，采用二次多項式回歸分析建立回歸方程，其方程為：

式中：W 為輸沙量，萬 t；R 為徑流量，億 m3；P 為降水量，mm。

表4 西漢水泥沙同降水和徑流回歸分析參數表

通過計算得出回歸方程的相關參數見表4，從表中可以得出整體相關性較好，大部分都大于0.5。為了更進一步直觀分析，繪制了三維圖形，見圖6，可以從圖中看出水土流失受徑流影響較大，受降水影響較小。當降水量最小時，徑流侵蝕力最大，當年降水增大，徑流的侵蝕力有所減小。從而可以推測出中間另一個影響因子為植被，當年降水量較好時，植被較好，徑流侵蝕能力降低，當年降水量降低時，植被變差徑流侵蝕能力增強。

圖6 西漢水流域泥沙同降水和徑流相關三維圖

6 結論

通過上述的分析計算，得出西漢水流域降水、徑流和泥沙年內分配極不均勻，汛期占的比重較大。其多年變化趨勢呈減少趨勢，降水不顯著，徑流和泥沙顯著。通常認為降水和徑流對土壤的侵蝕是成正比關系，當引入年數值多因素可以看出，降水的多少同徑流的侵蝕還存在負相關的情況，主要是由降水通過對植被的影響造成，降水達到植被的需求量，也開始會對土壤的侵蝕增強。從西漢水小流域可以得出，徑流對水土的侵蝕影響較大，因而要減少水土流失最直接的辦法是降低徑流對水土的侵蝕，利用降水的有利因素恢復生態環境，增加植被的恢復，植樹造林，修建河堤工程減少徑流和降雨的侵蝕能力。