下墊面變化條件下徑流量修訂方法的探討

張文會(huì)，李鵬德

(寧夏水文水資源勘測(cè)局 固原分局，寧夏 固原 756000)

0 引 言

由于人類活動(dòng)對(duì)下墊面的擾動(dòng)，流域內(nèi)水文系列一致性發(fā)生了一定的變化。目前，國(guó)內(nèi)外水文系列修訂方法主要有逐項(xiàng)調(diào)查法、模型法、蒸發(fā)插值法等，但這些方法存在著計(jì)算精度不高、還原項(xiàng)目難以考慮完全、天然徑流還原基礎(chǔ)較難一致等問(wèn)題。本次采用雙累計(jì)相關(guān)法(年降雨量累計(jì)值與天然年徑流量累計(jì)值相關(guān))，將徑流量“還現(xiàn)”到現(xiàn)狀下墊面條件下的徑流量，即“向后還原”來(lái)實(shí)現(xiàn)徑流量系列的修訂。

小河是茹河一級(jí)支流，是涇河二級(jí)支流，發(fā)源于甘肅省環(huán)縣廟兒掌西南墩墩灣，在寧夏彭陽(yáng)縣城匯入茹河干流，流域面積1 127 km2，主河道長(zhǎng)74.6 km，河道平均比降30.7‰。自2005年以來(lái)，小河水量銳減，水資源短缺等問(wèn)題越來(lái)越突出，已成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素。黃家河水文站是小河中游控制站，因此對(duì)其變化原因進(jìn)行分析研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基本情況

黃家河水文站位于寧夏固原市原州區(qū)河川鄉(xiāng)黃家河村，E106°28′47.6″，N35°59′28.6″，是黃河流域涇河水系茹河一級(jí)支流，小河中游區(qū)域代表站。該站設(shè)立于1981年1月1日，測(cè)驗(yàn)斷面以上集水面積為693 km2，至河源30.8 km，至河口44.2 km，流域?yàn)辄S土丘陵溝壑區(qū)，植被差，水土流失嚴(yán)重。

上游設(shè)有寨科、黨家溝、官?gòu)d、王洼、馬河、共和、馬坪、石岔、黃家河等雨量站，站網(wǎng)密度77 km2/站。

上游建有廟臺(tái)中型水庫(kù)，控制面積87.5 km2；陽(yáng)洼、遼坡2座小(Ⅰ)型水庫(kù)，控制面積20.86 km2；梁壕、水頭2座小(Ⅱ)型水庫(kù)，控制面積8.2 km2；羊路灣、蘆草溝等34座骨干壩，控制面積141.35 m2，扣除上游水庫(kù)、骨干壩重復(fù)面積后水利工程總控制面積為226.6 km2，占黃家河站控制面積的33%。

《茹河流域一期(2001-2005年)、二期(2006-2009年)水土保持生態(tài)工程可行性研究報(bào)告》(黃河上中游管理局規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院)及工程實(shí)施情況，一期工程從2001年4月至2005年12月，二期工程從2006年4月至2009年12月，其中一期工程實(shí)施的水保措施多，通過(guò)坡改梯、退耕還林還草為主體，種草養(yǎng)畜為依托，梁峁坡防護(hù)林建設(shè)與溝道工程相嵌配套的高效農(nóng)林牧復(fù)合型、多功能型的水土流失綜合防治體系，見表1。

表1 小河流域梯田、林草地面積統(tǒng)計(jì)表 /km2

2 降雨和徑流系列趨勢(shì)與變異分析

黃家河水文站處半干旱地區(qū)，降水徑流關(guān)系較復(fù)雜，即使在同樣的下墊面條件下，由于受降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度、降雨在流域上的分布等因素，同樣的次降雨形成的徑流量差別也很大。黃家河站降雨徑流關(guān)系點(diǎn)子較散亂，降雨徑流相關(guān)性達(dá)不到定線要求，本次采用雙累計(jì)相關(guān)法(年降雨量累計(jì)值與天然年徑流量累計(jì)值相關(guān))，對(duì)1981-2018年天然徑流系列進(jìn)行一致性分析。

統(tǒng)計(jì)黃家河站1981-2018年系列降雨、徑流資料及年值累計(jì)值，見表2。繪制降雨、徑流累計(jì)關(guān)系曲線，見圖1。可以看出，1981-2004年和2005-2018年兩條直線斜率不一致，變化大，反映了2005-2018年徑流系列不一致。

表2 黃家河站流域年降雨量與徑流量變化統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表2

圖1 黃家河站P-R雙累計(jì)曲線圖

3 徑流量一致性的修訂

因黃家河站上游建有水平梯田、林草等水保措施，流域的下墊面發(fā)生了變化，對(duì)產(chǎn)匯流有一定影響，2005-2018年與1981-2004年的資料具有不一致性，應(yīng)對(duì)其一致性進(jìn)行修正。

由于沒有理論根據(jù)和試驗(yàn)成果，故本次修正采用試算法，對(duì)1981-2004年系列徑流量減小不同百分比進(jìn)行試算，直至1981-2004年與2005-2018年兩個(gè)系列線性斜率基本一致。通過(guò)試算，1981-2004年系列徑流量減小45%，見表3。點(diǎn)繪黃家河站修訂后的∑P-∑R雙累計(jì)曲線圖，見圖2。可以看出，修正后的雙累計(jì)直線斜率基本一致，無(wú)明顯轉(zhuǎn)折變化，說(shuō)明修正值基本合理。

表3 黃家河站徑流量還現(xiàn)計(jì)算表

圖2 黃家河站修訂后∑P-∑R雙累計(jì)曲線圖

4 結(jié) 論

1) 本文以黃家河水文站為分析對(duì)象，采用雙累計(jì)相關(guān)法(年降雨量累計(jì)值與天然年徑流量累計(jì)值相關(guān))，對(duì)1981-2018年天然徑流系列進(jìn)行一致性分析，確定了2005年為變異點(diǎn)。

2) 通過(guò)1981-2004年徑流量直線斜率試算，確定1981-2004年系列徑流量按減小45%進(jìn)行修訂，使之與2005-2018年徑流量系列線性斜率一致，實(shí)現(xiàn)了下墊面影響較大水文序列一致性的修訂。