甘肅漳河流域水情趨勢演變分析

呂旭紅 張永勝 陳志丕

(定西市水利科學研究所，甘肅 定西 743000)

在水文系統中，水文時間序列變化具有趨勢特征，由于受到自然及人類活動的影響，流域水文時間序列的演變特征將發生變化。漳河為漳縣境內最大徑流，也是漳河沿岸居民安全飲水和基本農田灌溉的水源地，探析漳河流域水資源演變趨勢對漳縣提高水資源利用率很重要。

1 河流概況

漳河發源于甘肅省漳縣木寨嶺，自西南向東而流，流經漳縣境內大草灘鎮、殪虎橋鄉、三岔鎮、鹽井鎮、武陽5個鄉鎮，于孫家峽流入天水市武山縣，屬渭河二級支流。河流全長為83.7km，河床比降1%～5%，流域面積1272.84km2，其中漳縣境內河流全長61.0km，流域面積1267.14km2。平均流量為7.362m3/s，枯水流量為0.290m3/s，多年平均徑流量為1.58億m3/a。

2 漳河流域降水特征分析

漳河流域水資源主要源于大氣降水，受地形地貌、地理緯度、環境因子、季節氣候等因素的影響[1]，區域內降水量的年際變化較大，對漳河流域的水資源開發利用有一定影響。

2.1 降水量逐年演變分析

依據定西市水文局漳縣城區雨量站1980—2018年的降水量觀測資料，本研究采用逐年平均降水量表征漳河流域年平均降水量趨勢演變[2]。

由圖1可知，區域降水量總體在257.0～754.3mm之間，多年平均降水量為457.2mm，且年份之間變化幅度較大，最大降水量為2018年的754.3mm，最小為1997年的257.0mm，最大值為最小值的2.94倍。自2016年開始，降水量逐年增加，促成大氣降水良性循環。統計分析漳河流域連續兩年及以上連豐水年、連枯水年出現的頻率，結果表明:1993年之前，豐水年與枯水年交替重現；1993年之后，連枯水年出現的頻率比連豐水年出現的頻率大。為了剔除幅度較小的年際降水變化，突出年際變化趨勢，使年際變化周期性反映得更加直觀明了，用滑動平均法分別選取3年、5年、7年的滑動平均值過程線對各年際降水量進行修勻。

其滑動值平均序列表示為

圖1 1980—2018年降水量演變

圖2 1980—2018年滑動平均降水量演變

(1)

式中:k為滑動長度。

由圖2可知，3年滑動平均值能夠較直觀地反映流域年際降水變化情況，因此，選取3年滑動平均值法對漳河流域降水量趨勢進行分析。從趨勢看，漳縣城區降水量1980—1993年呈逐年下降趨勢，1993年降到365.2mm，其后呈逐年上升趨勢，直至2003年增加到504.4mm，遞增趨勢明顯。2003—2018年，降雨量呈上下波動態勢，無明顯變化規律，但總體上呈遞增趨勢。分析其原因有：降雨量明顯增加，促成大氣降水良性循環；近年來退耕還林取得顯著成效，森林覆蓋面積增大；氣候變暖的“雨島效應”。

2.2 降水量年內演變分析

由圖3可以看出，降水量年內分配極不均勻，各季相差懸殊較大，7—9月為汛期，降水量占全年降水量的70%，10月至次年6月的降水量僅占全年降水量的30%，尤其是11月至次年2月的降水更少。

圖3 各典型年度年內降水量趨勢

3 徑流分析

漳河流域內漳河、龍川河、榜沙河均為季節性河流，年徑流主要由大氣降水補給。降水后一部分由地表徑流直接匯入河流；一部分經土壤入滲地下，延期循環后以“泉”的形式復出地面再轉化為河川徑流。在水文系統中，水文時間序列變化具有趨勢特征，由于受自然及人類大規模活動影響，流域水文時間序列的演變特征將發生變化[3]。

水資源是經濟社會發展不可或缺的一種自然資源，是人類生存的基礎資源之一，也是自然生態系統的重要組成部分[4]。水文水資源準則層(HD)包括兩個指標：枯水期徑流變差傾向率(LRR)和徑流年際變差傾向率(AVR)[5]。枯水期徑流變差傾向率(LRR)，反映現狀開發狀態下，河段徑流年內分配不均勻性隨年際的變化趨勢；徑流年際變差傾向率(AVR)，反映現狀開發狀態下，河段不同年份年徑流的變化趨勢。這兩個指標都需要水文觀測站的實測流量系列資料，而漳河段無水文觀測站，沒有實測徑流系列資料，因此，根據降雨和徑流的密切關系，擬用漳河流域的降水資料代替徑流資料為漳河流域的水文水資源準則層賦分，以下就分析此方法的可行性和合理性。

現搜集到漳河附近流域榜河沙水文站的徑流資料和降水資料，以此為例進行分析。根據榜河沙水文站的降水資料和徑流資料分別進行最小二乘法曲線擬合，見圖4～圖7。

最小二乘法公式如下：

(2)

圖4 枯水期徑流變差傾向率

圖5 擬合的枯水期徑流變差傾向率

圖6 徑流年際變差傾向率

圖7 擬合的徑流年際變差傾向率

對比圖4和圖5、圖6和圖7可知，分別利用實測徑流資料和降水資料擬合的曲線斜率基本一致，即枯水期降水變差傾向率呈上升趨勢，則枯水期徑流變差傾向率也呈上升趨勢，這與河道徑流量的形成原理也是相符的。由圖4、圖5可知，漳縣站實測徑流資料擬合曲線斜率為0.0032，實測降水資料系列擬合曲線斜率為0.0045，根據枯水期徑流變差傾向率指標賦分標準，其賦分值相同，均為100分。由圖6、圖7可知，漳縣站實測徑流資料擬合曲線斜率為0.0027，根據徑流年際變差傾向率指標賦分標準，賦分為78.4分；實測降水資料系列擬合曲線斜率為0.394，根據徑流年際變差傾向率指標賦分標準，賦分為100分。

綜上來看，用降水資料代替徑流資料，雖然水文水資源準則層賦分值有一定的出入，但賦分值相差不大，降水和徑流的關系是非常密切的，其總趨勢是一致的，即在無水文站的情況下用降水資料代替徑流資料進行河道水文水資源準則層賦分是可行的。

4 結 論

通過對流域內降水、徑流等方面的觀測資料進行分析，得出如下結論：

a.區域降水量年際年內變化大。1993年之前，年降水量存在豐枯水周期交替發生的規律；1993年之后枯水年連續出現的次數較多且無明顯交替變化規律。從趨勢看，近年來流域內降水量呈增加趨勢，分析其原因有：降水量明顯增加，促成大氣降水良性循環；近年來退耕還林取得顯著成效，森林覆蓋面積增大；氣候變暖的“雨島效應”。

b.漳河流域年內降水量分配極不均勻，各季相差懸殊較大，7—9月為汛期，降水量占全年降水量的70%。

c.通過對枯水期和豐水期水文資料進行分析，用降水資料代替徑流資料，雖然水文水資源準則層賦分值有一定的出入，但其曲線斜率均為正值，其總體演變趨勢一致，在無水文站的情況下用降水資料代替徑流資料進行河道水文水資源準則層賦分是可行的。