庄浪河流域径流变化影响分析

2010-09-13贾翠霞邓居礼

中国水利 2010年5期

贾翠霞，邓居礼

（甘肃省定西水文水资源勘测局，743000，定西）

一、流域概况

庄浪河是黄河一级支流，发源于青海门源与甘肃天祝交接地的冷龙岭，河源高程4 248 m，上游称金强河，河道流向大致为东南向，河口高程1550m，全长 184.8 km，比降 7.35‰～10.7‰，流域面积 4 007 km2，于西固区河口镇汇入黄河。流域多年平均年降水量320.2 mm，多年平均年径流量1.084 亿 m3，径流深 26.0 mm，径流系数为 0.093，年输沙量 156.4万 t，年输沙模数415.0 t/km2，最大含沙量529 kg/m3，年蒸发量（20 cm 口径）在1 083.5～1655.4mm之间，其空间分布下游大于上游。

流域内设有武胜驿、红崖子2个水文站，7处雨量站。上游有上沟、小川沙沟、大川沙沟、直沟、烟洞沟等山洪沟数条，中下游有石灰沟、火石墩沙沟、大沙沟、小沙沟、教场沟、甘沙沟、毛家沙沟、康家井沙沟、费家湾沙沟等。

流域内水利工程较多，如自流引水渠道工程、管筒井工程、提灌工程、水库塘坝工程、渔业养殖工程、小水电站、城乡供水工程、污水处理工程、集雨节灌工程和“引大入秦”工程等。

二、径流变化分析

1.空间变化

根据庄浪河流域武胜驿、红崖子水文站以及各雨量站实测资料序列，统计多年平均面降水量、径流量、径流深及径流系数等特征值见表1。

由表1对比分析，有如下认识：

①面降水量、径流量、径流深及径流系数等水文特征值均随集水面积的增加而减小。

②庄浪河流域武胜驿以上区间气候阴湿，下垫面条件较好，雨水较多，径流系数大；武胜驿～红崖子中下游区间雨水较少，水量损失多，致使全流域径流系数非常小。

③庄浪河流域红崖子出口断面多年平均年径流量比上游武胜驿偏小0.742亿m3，相对偏少 40.6%，上下游水量严重不平衡。

表1 庄浪河流域基本情况统计表

2.时间变化

（1）年内变化

点绘武胜驿、红崖子站以上面降水量P及径流量W平均值年内分布，可以看出，武胜驿以上区间和全流域多年平均月降水量年内分布一致，降水主要分布在汛期（5～9 月），5～9 月降水量占全年降水量的83.5%左右，最大降水出现在7、8月份，总体逐月降水量上游区大于中下游。

武胜驿断面以上多年平均月径流量年内变化过程与降水量年内变化基本一致，即随降水的增加径流量相应增加，其中11～12月和翌年 1、2、3月径流量因主要受地下径流的补给基本稳定。红崖子站多年平均月径流量年内变化过程呈“W”形，与降水量年内变化存在不一致现象，其中12月和翌年1、2、3月径流量相对稳定，4、5、6、11 月径流减少较多。通过上下游断面多年平均月径流年内变化过程对比分析可以看出，12月和翌年1、2、3月上下游月径流量持平，属基本平衡期；4～11月下游各月径流量均小于上游，属非平衡期，而 4、5、6、11月为严重失衡期，这主要与庄浪河中下游区间4～11月季节性引水量增加有关。

（2）年际变化

武胜驿、红崖子水文站年径流量的变差系数（Cv）分别为0.30和0.43，实测最大年径流量和最小年径流量的比值分别为3.3和11.4，表明庄浪河年径流量年际变化大，而下游区间径流量年际变化比上游区间变化更大。

点绘武胜驿、红崖子站年径流量模比系数差积 Σ（ki-1）曲线（见图 1），从上游武胜驿站过程看，庄浪河1957—1961年为径流上升段，1962—1977年为径流下降段，1978—2008年为径流平稳段；从下游红崖子站过程看，庄浪河 1957—1961年、1966—1971年为径流上升段，1961—1965年、1971—1987年为径流下降段，1987—2008年为径流平稳段。由此可知，庄浪河上下游区间部分时段径流量丰枯变化存在一定差异，这与中下游区间来水量的变化及人类活动的影响有关。

3.径流变化趋势

①分别点绘上下游非灌溉期（12～3月）和灌溉期（4～11月）径流量 W 时序累积值相关图（见图2），图中相关线上 1.0、1.1、0.56、0.46、0.54（无量纲）均为直线斜率的倒数（k），当 k＜1.0时，下游径流量小于上游径流量，当k相对变小时，则径流量相对减小，反之则增大。从图2非灌溉期相关图看出，k值大于1.0，下游径流量大于上游，12～3月为上下游水量基本平衡期，从灌溉期相关线上看出，k值均小于1.0，下游径流量小于上游，4～11月为上下游水量非平衡期，说明长期以来庄浪河上下游水量不平衡，且非平衡期主要是灌溉期（4～11月）。另外，相关线上在1975年前后发生了转折，在转折点后径流量相对减少，并在1995年前后出现新转折，径流量相对增加。径流量的变化趋势表明，年径流量的变化除了受降水因素的影响外，还受到其他因素的影响，如20世纪70年代中期以后人类活动频繁，径流量相对减少，加剧了上下游水量不平衡现象，90年代后 “引大入秦”工程跨流域引水灌溉，回归水量加入，径流有增加趋势。

②分别点绘上下游武胜驿、红崖子站以上年面雨量P面与年径流量W时序累积值相关图（见图3），图中关系线上 0.46、0.39、0.32（单位：106m3/mm）为直线斜率的倒数，即径流相对降水量的变率。由图3可以看出，武胜驿站以上的关系线上没有明显的转折点，其雨—水关系相对稳定；而红崖子站以上的关系线在1975年前后有明显转折点，其径流量相对减少，即1975—2003年比1957—1975年减少了17.9%，经粗略计算，庄浪河在转折后累积径流量减少量为7.52亿m3。由此可知，庄浪河流域在20世纪70年代中期以来径流量的衰减变化主要在下游区，“引大入秦”工程跨流域引水灌溉对径流变化影响较小。

图1 武胜驿、红崖子站年径流量模比系数差积Σ（ki-1）曲线

图2 上下游非灌溉期和灌溉期径流量W时序累积值相关图

图3 上下游年面雨量P面与年径流量W时序累积值相关图

三、影响径流变化的主要因素

影响径流变化的因素很多，概括起来可分为自然因素和人类活动因素两大类。

1.自然因素

自然因素的影响主要是降水和下垫面因素的影响。

①降水因素包括年降水量、降雨时空分布、降雨强度等，一般情况下，降水多的年份径流量大，两者成正相关关系，降水量的年内分配、空间分布及降水强度对径流的影响十分明显，暴雨相对集中的年份径流量较大。例如：1969年8月庄浪河中下游发生较大暴雨，24小时降雨达47.0 mm，红崖子站出现较大洪水，洪峰流量为144 m3/s，武胜驿仅为25.0 m3/s，造成下游径流量增多，从而唯一出现上下游水量平衡年份，这正是降雨时空分布不均匀所致。

②下垫面因素主要指流域地形、土质和植被情况。例如，庄浪河武胜驿以上区间地形、土质基本稳定，植被条件好，年降水量较大，其输水率高，对径流变化影响较小，而中下游属黄土丘陵沟壑区，地区分割破碎，自然植被稀疏，降水稀少、变率大，主要以暴雨产生瞬间沟道洪峰为主，水土流失严重，水量损失多，输水率低，补给庄浪河流域的径流小，同时对径流变化的影响较大。

2.人类活动因素

人类活动对庄浪河流域径流的影响可综合为两个方面：一方面，水利水保工程措施、工农业及人类生活用水量增加，改变了流域下垫面条件，减轻了水土流失，使年径流量减少；另一方面，跨流域引水灌溉回归水量的加入，增大了河川径流量。永登县引水灌溉历史悠久，距今已有2 000多年，20世纪70年代以来，流域内水土保持和兴修水利工程等人类活动更加频繁，截至2008年，境内用于工农业生产和人民生活的水利工程，有自流引水渠道58条，提灌工程131处，饮水工程97处，水库、塘坝蓄调水工程44处，管筒井提水工程425处，生态绿化提水工程8处。现已发展有效灌溉面积3万多hm2，生态林绿化面积5.2万hm2。1990年以后，干旱山区集雨节灌工程发展迅速，已建成雨水集流水窖26 958眼，集雨节灌水窖12 123眼，饮水涝池365座，节灌涝池26座。而这些水利水保工程措施80%以上分布于庄浪河中下游区。由于流域内人类活动频繁，引水量不断增加，一方面增加了水量蒸发，另一方面导致地下水严重下降，使河流枯期径流减少，因而河流径流量相应减少。另外，“引大入秦”工程1994年10月建成通水，其中庄浪河中下游区年灌溉面积达2 933万hm2，年引水量为1 983.83万m3，由于灌溉回归水量的不断加入，又增加了河川的径流量。从图2看出该流域上下游水量不平衡，自20世纪70年代中期以后径流量有减少趋势，而90年代中期以后径流量又有增加趋势，就是这两种相反的人类活动对径流影响的反映。