1956年～2015年渭河流域徑流年內分配特征分析

李 斌，王 莉，郝曉靜

(1.陜西省水利信息宣傳教育中心，陜西 西安 710004；2.陜西省江河水庫工作中心，陜西 西安 710018；3.陜西省城鄉供水安全中心，陜西 西安 710004)

0 引言

河川徑流和地表水的變化是政府部門和科技工作者關心的重要內容。隨著人口的增長以及國民經濟的不斷發展，人們對水資源的需求日益增多，進一步導致水資源供需矛盾加劇，也對河川徑流等產生一定影響。已有研究成果表明人類活動對徑流影響程度大于氣候[1]。張建云院士[2-3]對中國江河徑流演變及其特征進行了分析，認為中國主要江河代表性水文站實測徑流量呈下降趨勢，黃河以南江河徑流量呈非顯著變化，黃河以北江河徑流量呈顯著性變化。鮑振鑫[4]等通過研究發現除源頭外，黃河流域的月徑流量整體呈減少趨勢。

習近平總書記一直很關心黃河流域的生態保護和高質量發展，并多次實地考察黃河流域生態保護和發展情況[5]。渭河是黃河最大的支流，是陜西的母親河，研究渭河水文特征對于加強水資源管理，優化水資源配置有重要的意義。有許多學者對渭河的降水及徑流等進行了研究并取得有益成果[6-9]。姚正學[10]認為渭河流域上游年徑流和年降水下降趨勢顯著，且下游區降水和徑流的下降速率比上中游的快。孫悅[11]研究發現渭河上游徑流總體呈明顯下降趨勢。王小杰[12]研究發現渭河干流各站點的月徑流量均呈減少趨勢，從上游到下游，月徑流量減少趨勢的顯著性越來越弱，呈顯著性減少趨勢的月份越來越少。裴金萍[13]認為渭河干流中游四季徑流均呈極顯著遞減趨勢，尤其是秋季徑流減少最為明顯。

本文選擇渭河中下游以及部分支流為研究區，以長時間徑流序列為基礎，分析渭河代表站徑流量在年際、年內、季節等分布規律，分析其變化趨勢及變化周期，以期豐富該區域水文研究內容，為渭河流域水資源的開發利用、流域水量調度及水資源管理提供參考。

1 研究區概況及資料說明

徑流數據來源于陜西省江河水庫工作中心統計資料、陜西省渭河管理手冊等資料以及歷年陜西省水資源公報[14]。所采用的測站徑流數據經過審查，具有良好的周期性、代表性和一致性，可用于相應的計算分析和變化特征研究。選取渭河干流上林家村、魏家堡、咸陽、臨潼和華縣五個典型水文站1956年～2015年徑流量數據進行分析，選取渭河支流上張家山、狀頭、黑峪口、澇峪口、羅敷堡六站數據1956年～2015年徑流量數據進行分析。汛期[15]定義為6月～10月；季節劃分按照氣象劃分，即春季3月～5月，夏季6月～8月，秋季9月～11月，冬季12月～次年2月。

圖1 研究區及站點分布圖

2 研究方法

本文采用線性回歸法、Mann-Kendall趨勢檢驗法分析渭河干流及代表支流徑流的年際及年代變化，分析徑流序列演變的趨勢特征及其顯著性，以及徑流序列的年內分配規律。

3 結果分析

3.1 1956年～2015年渭河流域實測徑流特征分析

1956年～2015年渭河干流林家村多年平均徑流量為10.73億m3；魏家堡多年平均徑流量為27.63億m3；咸陽多年平均徑流量為38.54億m3；臨潼多年平均徑流量為65.85億m3；華縣多年平均徑流量為65.16億m3。渭河左岸涇河張家山站多年平均徑流量為12.89億m3，洛河狀頭站多年平均徑流量為6.62億m3；渭河右岸黑河黑峪口站多年平均徑流量為5.49億m3，澇河澇峪口站多年平均徑流量為1.13億m3,南山支流羅敷河羅敷口站多年平均徑流量為0.34億m3。

3.1.1 實測徑流量年代變化

按不同年代分別計算渭河干流五個典型水文站徑流量變化特征，結果見表1。由表1可知：對于年徑流量，林家村站20世紀70年代、80年代大于多年平均值，90年代以來持續減少，低于多年平均值。魏家堡、咸陽、臨潼、華縣4站20世紀60年代以前年均徑流量值最大；70年代以來減少，小于多年平均值；80年代徑流量有所增大，大于多年平均值；90年代以來，徑流量急劇下降，遠小于多年平均值；進入21世紀，徑流量數據有所增加。渭河干流5站年徑流量變化呈現一致性：60年代較大；70年代減少；80年代有所增加；90年代急劇減少；新世紀以來有所增大，但仍然小于多年平均值。

渭河干流實測年徑流量變化趨勢見圖2。由圖2可知：①渭河干流5站實測年徑流量均呈現不同程度地減少趨勢。其中林家村站年徑流量線性傾向率為-0.404億m3/a；魏家堡站年徑流量線性傾向率為-0.547億m3/a；咸陽站年徑流量線性傾向率為-0.707億m3/a；臨潼站年徑流量線性傾向率為-0.808億m3/a；華縣年徑流量線性傾向率為-0.924億m3/a。②渭河支流的年徑流量均呈現的減少趨勢。其中渭河左岸涇河張家山站年徑流量線性傾向率為-0.186億m3/a；洛河狀頭年徑流量線性傾向率為-0.068億m3/a；渭河黑河黑峪口站年徑流量線性傾向率為-0.086億m3/a；右岸澇河澇峪口站年徑流量線性傾向率為-0.012億m3/a；南山支流羅敷河羅敷口站年徑流量線性傾向率為-0.003億m3/a。

圖2 渭河干流水文站實測年徑流量變化趨勢

3.1.2 實測徑流季節及汛期變化

1956年～2015年渭河流域實測徑流量年代變化見表1。林家村站汛期徑流量占年徑流量的比例為22%～95.5%，平均為77.9%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為22.1%。魏家堡站汛期徑流量占年徑流量的比例為33.4%～91.2%，平均為69.6%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為30.4%。咸陽站汛期徑流量占年徑流量的比例為26.9%～87.7%，平均為66%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為34%。臨潼站汛期徑流量占年徑流量的比例為37.5%～84.7%，平均為64.9%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為35.1%。華縣汛期徑流量占年徑流量的比例為36.8%～86.2%，平均為66.1%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為33.9%。干流五站汛期徑流量占全年的徑流量都大于64%；其中林家村站汛期徑流量占全年的徑流量約為70%。

表1 1956年～2015年渭河流域實測徑流量年代變化 單位：億m3

表2為渭河干流徑流量變化情況。由表2可知，渭河干流5站年徑流量，四季徑流量、汛期及非汛期徑流量均呈現減少趨勢。①除冬季外，渭河干流下游站徑流量的減少趨勢大于上游站的減少趨勢。越接近河口的水文站，徑流量減少的趨勢越明顯。②汛期及非汛期的徑流量均呈現減少趨勢；減少趨勢和年徑流量減少的趨勢一致。③冬季徑流量，下游臨潼站和華縣站的徑流量減少趨勢小于中游魏家堡站和咸陽站的徑流量減少趨勢。

表2 渭河干流徑流量變化 單位：億m3/10a

采用曼肯德爾方法檢測水文站年、季節、汛期/非汛期徑流量的顯著性，見表3。由表3可知：①渭河干流5站年徑流量系列的M-K值均小于0,年徑流量呈減少趨勢。5站年實測徑流量的M-K值超過0.05置信水平閾值-1.96；同時5站年實測徑流量的M-K值超過0.01置信水平閾值-2.56，為顯著性減少趨勢。②渭河干流5站季節徑流量系列的M-K值均小于0，均呈現減少趨勢。在0.05置信水平上，臨潼站和華縣站的冬季徑流量序列M-K值分別為-0.51和-1.76，未超過置信水平閾值-1.96；說明臨潼站和華縣冬季徑流量為非顯著減少趨勢。林家村、魏家堡、咸陽4季的徑流量以及臨潼站和華縣站的春、夏、秋三季的徑流量序列的M-K值均超過置信水平閾值-1.96；呈現顯著減少趨勢。在0.01置信水平上，林家村春季、臨潼站春季、秋季、冬季、華縣站的秋季、冬季徑流量序列M-K未超過置信水平閾值-2.56；其余站點的季節徑流量序列M-K超過置信水平閾值-2.56，呈現顯著減少趨勢。③渭河干流5站汛期和非汛期徑流量系列的M-K值均小于0；5站汛期徑流量的M-K值超過0.05置信水平閾值-1.96；同時5站年非汛期徑流量的M-K值超過0.01置信水平閾值-2.56；表明渭河汛期和非汛期的徑流量均為顯著性減少趨勢。④支流5個站代表的年徑流量均呈現減少趨勢。張家山、狀頭、黑峪口、澇峪口、羅敷堡超過0.05置信水平閾值-1.96，表明年徑流量減少趨勢顯著。

表3 渭河干流及部分支流水文站1956年～2015年實測年徑流量演變趨勢

3.2 徑流量年內分布

3.2.1 徑流量季節分配特征

渭河干流水文站實測流量季節分布見圖3。5站春季徑流量占全年徑流量的比例為14.3%～18.5%，平均為17.2%；夏季徑流量占全年徑流量的比例為32.8%～31.2%，平均為35.7%；秋季徑流量占全年徑流量的比例為38.4%～41.2%，平均為40%;冬季徑流量占全年徑流量的比例為2.3%～9.3%，平均為7.1%。夏秋兩季徑流量占全年徑流量的比例為72%～83.4%，平均為75.7%。

圖3 渭河干流代表性水文站實測流量季節分布

渭河干流水文站實測徑流量占全年徑流量比例見表4。由表4可知，秋季徑流量占全年徑流量的比例最大，夏季次之，冬季最小。

表4 渭河干流代表性水文站實測徑流量占全年徑流量比例

林家村站2001年秋季徑流量為1.95億m3，占全年徑流量2.55億m3的76.5%，為最大比例；林家村站2015年秋季徑流量為0.11億m3，占全年徑流量4.71億m3的2.3%，為最小比例。林家村站2013年夏季徑流量為10.61億m3，占全年徑流量13.1億m3的81.0%，為最大比例；林家村站2014年夏季徑流量為0.16億m3，占全年徑流量5.61億m3的2.9%，為最小比例。林家村站2015年秋季徑流量為3.34億m3，占全年徑流量4.71億m3的71%，為最大比例；林家村站2003年秋季徑流量為0.04億m3，占全年徑流量10.15億m3的0.4%，為最小比例。魏家堡站1970年冬季徑流量為2.27億m3，占全年徑流量億9.98 m3的22.7%，為最大比例；林家村站1978年秋季徑流量為0.02億m3，占全年徑流量17.61億m3的0.1%，為最小比例。林家村水文站位于寶雞峽灌區林家村樞紐下游，不能全面反映渭河上游來水情況。

根據分析，渭河干流5站20世紀70年代、90年代春季徑流量占全年的比例較大；21世紀以來春季徑流量占全年的比例較小。20世紀80年代、90年代，夏季季徑流量占全年的比例較大；20世紀70年代夏季徑流量占全年的比例較小。20世紀70年代、21世紀以來秋季徑流量占全年的比例較大；20世紀90年代秋季徑流量占全年的比例最小。各站冬季徑流量占全年的變化不明顯。

3.2.2 實測徑流量月分配特征

渭河干流水文站實測流量月分布見圖4。7月～10月份徑流量占全年徑流量的比例較大；7月份所占比例在13.5%～17.1%；8月份所占比例在12.4%～17.6%；9月份所占比例在17.1%～20.5%；10月份所占比例在14.0%～15.3%。各站9月份平均徑流量最大，林家村、魏家堡、咸陽、臨潼、華縣分別為：2.3億m3、5.3億m3、7.1億m3、11.3億m3、11.5億m3。各站10月份平均徑流量分別為：1.6億m3、4.0億m3、5.7億m3、9.2億m3、9.7億m3。

圖4 渭河干流水文站實測流量月分布

林家村2015年9月的徑流量為0.04億m3、1981年9月的徑流量為9.19億m3、前者僅占后者的0.44%，占平均值的1.8%。臨潼站1997年9月的徑流量為1.26億m3、1964年9月的徑流量為38.1億m3、前者僅占后者3.3%，占平均值的11.2%。華縣站1997年9月的徑流量為1.43億m3、1964年9月的徑流量為43.79億m3、前者僅占后者的3.27%，占多平均值的12.4%。這些也說明，即使在平均月徑流量最大的9月份，渭河干流各站實測月徑流量年際之間差異也較大。

4 討論

林家村水文站位于寶雞峽灌區渠首樞紐下游，因此，林家村水文站的徑流數據不能完全反映渭河上游自然來水情況。林啟才[16]通過研究認為寶雞峽灌區農業灌溉引用渭河水對渭河生態產生了顯著影響。寶雞峽灌區以渭河為主要的水源，渠首引水每年5億多平方米。該項工程是一項重點水利工程，緩解灌區及關中西部地區水源不足的問題，當同時也減少了渭河徑流量。

姜姍姍[17]通過對關中地區1958年～2008年水文氣象要素進行趨勢檢驗分析，發現近50 a來該區域地表徑流量呈現顯著下降趨勢,而降雨量和潛在蒸散發量沒有明顯的變化，說明徑流的變化主要受人類活動的影響，這和本文研究成果一致。渭河流域徑流變化主要由氣候變化和人類活動引起，20世紀60年代～70年代，渭河流域年降水量偏多；而1990年～2000年以后降水量銳減，降水變化與徑流變化的趨勢一致。張樹磊[18]根據近30 a植被變化分析可知，認為中國水土保持工程取得了良好的生態效果，但同時也導致流域徑流量減少。

陜西渭河流域1961年～2013年的年均降水量為624.18 mm，降水整體呈減少趨勢，以13.12 mm/(10 a)的速率減少；20世紀90年代后期～2013年，平均降水呈上升趨勢[19]。根據陜西省水資源公報[14]，2000年～2018年，陜西黃河流域平均降水為559.2 mm，2003年平均降水最大為696.1 mm，2004年平均降水為455.6 mm。19 a中，5 a為平水年，8 a降水偏枯，6 a降水偏豐；2011年～2018年8 a中，5 a為豐水年，3 a為平水年。數據表明，新世紀陜西黃河流域降水呈增加趨勢，增加趨勢為3 mm/a。渭河支流的馮家山水庫、石頭河水庫、金盆水庫、羊毛灣水庫、桃曲坡水庫等大中型水利工程，在促進經濟社會發展的同時，也客觀上減少了渭河干流的徑流量。

圖5 陜西黃河流域平均降水(2000年～2018年)

5 結論

本文分析了1956年～2015年渭河流域徑流年內分配變化及成因得到以下主要結論。

(1)渭河干流5個水文站年徑流量20世紀60年代較大；70年代減少；80年代有所增加；90年代急劇減少；21世紀以來有所增大，但仍然小于多年平均值；渭河干流5站年徑流量變化呈現一致性。

(2)渭河干流5站年徑流量、四季徑流量、汛期及非汛期徑流量均呈現減少趨勢。除冬季外，渭河干流下游站徑流量的減少趨勢大于上游站的減少趨勢；越接近河口的水文站，徑流量減少的趨勢越明顯。

(3)干流五站汛期徑流量占全年的徑流量都大于64%；汛期及非汛期的徑流量減少趨勢和年徑流量減少的趨勢一致。年實測徑流量、汛期和非汛期的徑流量均呈現為顯著性減少趨勢。