阳泉市桃河水文特性分析

李纯纪

（阳泉市水文水资源勘测分局，山西 阳泉 045000）

1 流域概况

桃河是绵河的一级支流，自西向东纵贯阳泉市区，其支流分布在阳泉市郊区、矿区、城区和平定县各乡镇。境内河道长80 km，流域面积1 086 km2，平均纵坡11.3‰。多年平均径流量0.608亿m3，多年平均清水量0.093 m3/s。

桃河流域位于太行山区，西高东低，属砂页岩土石区。境内山高谷深、地势起伏、沟壑纵横，森林覆盖率仅为13%，水土流失严重，生态环境恶劣；矿产资源丰富，是山西省重要的煤炭能源、化工、建材生产基地之一。阳泉水文站设于1955年，位于阳泉市市区桃河中游段，断面以上控制流域面积490 km2，分布有汛期水文站1个、雨量站14个、报汛雨量站5个。

2 气候特征

流域属典型的温带大陆性季风气候，四季分明，春季干旱严重，夏季炎热多雨，秋季降温迅速，冬季寒冷干燥，多年（1955—2000年）平均气温11.3℃。1月最冷，平均气温4.6℃，极端最低气温为1954年12月29日的-19.1℃；7月最热，平均气温24.3℃，极端最高气温为1955年7月24日和1999年7月24日的40.2℃。无霜期150 d，最大冻土深度68 cm，主导风向为西北风，夏季多偏东风，最大风速19 m/s。年均日照时数2 732.3 h，多年平均水面蒸发量1 202 mm，属半湿润地区。

由阳泉市气象局1955—2010年气温资料分析可知，桃河流域气温呈非连续增暖趋势，20世纪90年代较50年代上升了0.9℃，其中1985年是一个突变点，此后增温极为明显，且夜间气温增温幅度高于白天增温幅度，冬季增温幅度高于夏季增温幅度。2010年7月29日，最高气温达41.5℃，创历史新高。

3 降水

流域受东亚季风环流影响，降水存在明显的季节性变化：冬、春季受干冷内蒙古高压控制，当极地和变性极地气团过境时，会产生少量固体降水物。夏季东南风盛行，是桃河流域主要降水季节。首先，夏季太平洋副高势力加强，向北推进，逼近我国海岸，成为流域降水的主要水汽来源。其次，西南季风侵入华北上空，从印度洋带来赤道暖湿气流，是流域的另一重要水汽来源，因其水汽含量丰沛，在有利的天气形势下，常产生大量降水；另外，太平洋的水汽除由东南方向直接入境外，常由西进台风先期送入我国西南地区，在适应的环流形势导引下，转向北进，由南、西南方向入境，构成流域降水的又一水汽输送机制。秋季极地高压气团逐步返回蒙古高原，除9月降水较多外，桃河流域遵循大范围天气形势，迅速转入枯季。

3.1 降水量的年内分配

桃河流域降水量的年内分配为单峰型，全年降水量主要集中在汛期，尤其是在7—8月，该阶段的降水量约占全年降水量的50%以上；连续最大4个月的降水量发生在6—9月，占全年降水量的72.3%～79.3%；12月至次年3月降水量仅为全年降水量的5%。降水量在季节上的分配情况为：春季占12.2%，夏季占63.7%，秋季占21.1%，冬季占2.9%，夏季降雨多以短历时、高强度暴雨形式出现。

3.2 降水量的年际变化

流域内降水量年际分布不均，个别年份1 d水量超过枯水年全年的降水量。桃河流域多年平均降水量（1956—2000年）为520.7 mm，离差系数 Cv为0.23，偏态系数Cs与离差系数Cv之比为2.0。年最大降水量为866.4 mm（1963年），年最小降水量仅为215.3 mm（1997年），小于丰水年日最大降水量为263.3 mm（1966年），极值比为3.5，丰枯相差悬殊。从流域分布来看，年降水量由东南向西至桃河上游逐渐减少，变差系数从0.34降到0.28。

连续枯水是流域降水量年际变化的又一规律，对水资源开发利用影响很大。连续45年的降水量资料显示：1978—1981年和1997—2000年出现2次连续四年干旱，1967—2000年中仅1988年为丰水年，表明70年代后桃河流域降水量处于相对偏枯水阶段，降水量呈逐年下降趋势，降幅达6.5%。

4 径流

径流是降落在流域表面的雨水，在水文循环过程中，除消耗于植物截流、下渗、蒸发和填洼的部分外，其余部分在重力作用下从地面（经过坡地、沟、谷、溪、涧等）和地下汇集到小河，并沿河槽下泄的水流。径流量的大小受降雨量、时空分布、流域形态和人类活动等因素的影响。

4.1 径流量的年内分配

地表径流量的年内分配与降水的年内分配极为相似，主要集中在夏秋两季，其集中程度取决于雨季持续时间和雨季降水量集中程度，同时又受下垫面因素影响。桃河中、上游地区主要为砂页岩类的土石山区，无泉水补给，表现为典型的夏雨型。据阳泉水文站1955—2000年实测数据分析：汛期6—9月径流量占全年径流量的82.2%，7—10月径流量占全年径流量的83%，其中七八月份径流量占全年径流量的60.4%，径流量集中程度相对较高。特别是近十年来，桃河全年大部分时间为干河，一年当中仅有几场历时不长的洪水过程，河流的季节性特点尤为明显，径流量年内分配不均，是桃河流域的一个重要特征。

4.2 径流量的年际变化

桃河流域植被稀少，水分涵养能力差，地表对径流的调蓄作用小，径流主要来源于降水补给，河川基流小，洪峰水量集中。径流的年际变化用年径流量离差系数Cv和极值比来反映，Cv和极值比愈大，径流量年际变化越显著。1956—2000年系列多年平均径流量为6 240万m3，Cv为 0.85，极值比为 31.7。另外，随着时间的推移，桃河流域年径流量呈下降趋势，下降幅度为16.5%，居全市各流域之首，1990年以来流域年径流量皆不达多年平均值。

4.3 洪水的年际变化

桃河属典型的季节性河流，洪水均由暴雨形成，其特点为汇流速度快、来势猛、流速大、暴涨暴落、峰高、量大、历时短，一般在几小时至1~2 d之间，多夹带大量卵石等推移质泥沙。阳泉水文站建站以来实测最大洪峰流量为2 200 m3/s，发生于1959年，最大调查洪峰流量2 810 m3/s，发生于1945年。以多年的实测资料为依据，对逐年最大洪峰进行频率分析可知，多年平均洪峰流量为410 m3/s，Cv=1.35，Cs/Cv=3.5，不同频率设计洪峰流量见表1。

表1 阳泉水文站设计洪峰流量

5 泥沙

桃河流域来沙主要集中在汛期6—9月，期间产沙量最大的时期又集中在暴雨洪水期7—8月，据统计，6—9月的输沙量占全年输沙量的95.4%，7—8月的输沙量占全年输沙量的83.8%。有些年份甚至一次洪水过程输沙量占全年输沙量的90%以上。产沙和输沙在短时段内高度集中是桃河流域输沙量年内分配的一个重要特征。据阳泉水文站观测资料表明：桃河多年平均含沙量24.9 kg/m3，最大含沙量为1969年的458 kg/m3；多年平均输沙量 1.08×106t，最大输沙量为1966 年的 5.36×106t；多年平均输沙模数 2 144 t/km2。近年来，由于桃河流域径流量减少，输沙模数降低了一个数量级，但含沙量仍然很大，造成水库淤积、河川抬高，加大了防洪压力，直接威胁着国家和人民生命财产安全。