氣候變化和人類活動對折橋水文站水沙變化影響分析

拜亞麗

(甘肅省水環境監測中心，甘肅 蘭州 730000)

1 流域概況

大夏河屬黃河一級支流，發源于甘南高原甘、青交界的大不勒赫卡山南北麓。南源桑曲卻卡，北源大納昂，匯流后始稱大夏河。流經夏河縣、臨夏縣、臨夏市區、東鄉縣，注入黃河劉家峽水庫[1]。上游源區屬高寒濕潤的高原氣候，中游為山坡丘陵區，屬溫帶濕潤氣候，潮濕多雨，暴雨頻繁，山地陰坡為灌叢，天然林多為不能用材的水源涵養林。下游區有大量耕地，屬溫帶半干旱氣候，干燥少雨[2]。全長203 km，流域面積7 152 km2。流域主要支流有咯河、鐵龍溝、老鴉關河、大灘河、牛津河等，多年平均降水量400～900 mm，年輸沙量220萬 t，輸沙模數374 t/km2。

2 資料和方法

2.1 資料來源

本文選取折橋水文站作為大夏河流域代表水文站。折橋水文站始建于1963 年，是大夏河入黃河的控制站。資料采用折橋水文站建站至2010年整編(年鑒)數據，進行了合理性、一致性、可靠性檢查，無異常情況，資料精度符合分析要求。

2.2 研究方法

本文對折橋水文站水沙資料年際變化、年內分配、趨勢及突變進行了分析，采用了年代豐枯分析法、差積曲線法、不均勻系數、集中度、斯波曼秩次檢驗、肯德爾檢驗等方法，其中趨勢及突變分析計算通過王毓森開發的水文時間序列趨勢與突變分析系統完成[3]。

3 水沙演變分析

3.1 年際變化分析

對折橋水文站進行各年代汛期徑流量、輸沙量與多年平均水沙變化統計對比(表1)。結果表明，折橋水文站80年代以前正常偏豐，80年代以后持續偏枯，說明折橋水文站徑流量、輸沙量年際變化規律保持同步。

表1 折橋水文站年代豐枯變化分析表

從折橋水文站實測輸沙過程線(圖1)可知，折橋水文站20世紀80年代以前輸沙量比1980年代以后明顯偏多，1980年代以來，輸沙量明顯偏少。

圖1 折橋水文站實測輸沙過程線

從折橋水文站差積曲線分析圖(圖2)可知，折橋水文站20世紀80年代以前輸沙量呈遞增趨勢，此后至今一直呈遞減趨勢，且變化十分顯著。這一結論與和王漢卿[4]、張德棟[5]的研究結論一致。

圖2 折橋水文站差積曲線分析圖

3.2 年內變化分析

從折橋水文站多年月平均輸沙量年內分配過程線(圖3)可知，大夏河折橋水文站多年月平均輸沙量集中在6-10月，其中汛期多年平均輸沙量占全年輸沙量的92.6%。

圖3 折橋水文站多年月平均輸沙量年內分配過程線

進一步計算折橋水文站輸沙量的年均值、汛期均值、汛期占比、汛期變幅、不均勻系數、集中度、集中期、極比和極差(表2)。結果表明，折橋水文站汛期輸沙量占年比值86.3%～95.9%，說明輸沙量主要集中在汛期。集中期從9月2日-25日，集中度從0.722～0.846，集中程度較高。不均勻系數從1.216～1.552，反映出折橋水文站輸沙量變化并不不均。從輸沙量年內變化幅度看，相對變化幅度和絕對變化幅度倍比相差懸殊。

表2 折橋水文站輸沙量年內分配指標統計表

3.3 趨勢變化

對折橋水文站進行輸沙量趨勢檢驗統計分析(表3)，綜合判斷趨勢變化情況。結果表明，折橋水文站輸沙量變化并不不均輸沙量以8.16萬 t/a的傾向率呈顯著減少趨勢。

表3 折橋水文站輸沙量趨勢分析表

3.4 突變分析

對折橋水文站進行輸沙量突變分析(表4)，綜合判斷系列資料的變異情況，同時以突變點為界，分別計算突變前后的均值及跳躍量。結果表明，折橋水文站輸沙量發生顯著突變，突變點分別為1981年。

表4 折橋水文站輸沙量突變成果表

3.5 水沙變化特征

統計把口控制站折橋水文站年降水量、徑流量設輸沙量，分析單位降水產流產沙和單位徑流產沙情況(表5)。結果表明：折橋水文站每毫米降水量平均產生徑流量186萬 m3，產生泥沙0.54萬 t，徑流70年代-2000年以來減少，變幅在-18.3%～-4.58%之間，泥沙70年代-2000年以來減少，變幅在-46.6%～-6.70%之間；每立方米徑流量平均產生泥沙2.91 kg，70年代、90年代增加，80年代、2000年以來減少，變幅在-41.5%～12.2%之間(圖4)。

表5 折橋水文站水沙變化分析表

圖4 折橋水文站水沙變化特征柱狀圖

4 氣候變化和人類活動對折橋水文站水沙變化影響評價

本文采用乘法模型來分析氣候變化和人類活動對大夏河水沙變化影響評價[6]。令：

Ws=E×P

(1)

表6 氣候變化和人類活動對折橋水文站泥沙影響計算成果表

結果表明，折橋水文站80年代降水影響和人類活動影響各占2.64%和97.4%；90年代降水影響和人類活動影響各占1.78%和98.2%；2000年以來降水影響和人類活動影響各占-1.56%和102%；1981-2010年降水影響和人類活動影響各占-0.20%和99.8%，氣候變化對折橋水文站泥沙的變化影響程度遠小于人類活動的影響程度，人類活動是折橋水文站水沙變化的主要影響因素，這一點從黃曉明[7]、崔騰科[8]的研究成果中也能予以證明。

5 結語

(1)折橋水文站徑流量、輸沙量年際變化規律保持同步，80年代以前正常偏豐，80年代以后持續偏枯，且遞減趨勢十分顯著，輸沙量年內分配不均，集中在6-10月，有可能在1981年前后發生顯著突變。

(2)折橋水文站每毫米降水量平均產生徑流量186萬 m3，產生泥沙0.54萬 t，徑流70年代-2000年以來減少，變幅在-18.3%～-4.58%之間，泥沙70年代-2000年以來減少，變幅在-46.6%～-6.70%之間；每立方米徑流量平均產生泥沙2.91 kg，70年代、90年代增加，80年代、2000年以來減少，變幅在-41.5%～12.2%之間。

(3)以1980年之前作為基準期，定量分析結果表明：氣候變化對折橋水文站水沙變化影響程度遠小于人類活動的影響程度，人類活動是折橋水文站水沙變化的主要影響因素。