柴河流域水沙特征分析

吉相臣，周新川，白天竺

(辽宁省水文水资源勘测局铁岭分局，辽宁铁岭 112000)

流域水沙变化一直是河流地貌、水利工程等领域倍受关注的问题，同时也是气候和土地利用变化环境效应研究的重要内容。本文依据柴河流域的代表站柴河水文站1975～2009年的降水、径流和输沙率资料，分析了柴河流域的水沙变化的基本特征，并探讨了柴河流域的水沙变化趋势。

柴河发源于清原县英额门乡转向湖老虎顶子西南侧，在开原市上肥地乡东升村东南进入铁岭市。流经上肥地、下肥地、靠山屯、柴河堡等山区乡镇，于铁岭县大甸子镇太平寨进入柴河水库，进而在银州区双安桥北双岔河汇入辽河。

该流域属北温带季风型大陆性气候。冬季寒冷期长达5个月，最冷月份在1月，平均气温在－14.5℃左右，极度低温为－35℃;夏季炎热，一般可持续3个月，最热月份在7月，平均气温在23℃ －24℃左右，极度高温为36.5℃。

柴河水文站是柴河流域的唯一控制站，实测多年平均降水量为732.3 mm，平均含沙量 549g/m3，平均输沙率7.29 kg/s。

1 柴河流域现状分析

降雨量、径流量、输沙量逐月过程线是流域内水文气象因素、下垫面因素和人类活动因素统合作用的反映，表示了降雨量、径流量、输沙量年内变化的规律。而年际据变化变异系数则能反映出不同年份间的波动大小，由此分析得出研究区域降雨、径流、输沙量的变化特征。

1.1 降雨量年内分配和年际变化

柴河流域受副热带高压、季风和气旋等多种气候因素影响，降水量年内分配不均，降水总量偏多且比较集中。

柴河站汛期6～9月集中了全年72.1%的降水量，其余8个月相对来说降雨偏少，呈单峰型，峰值出现在7月(见表1和图1)。降雨量年际变化变异系数为0.21，实测最大降雨量为最小降雨量的2.26倍，降雨年际分配不均。

1.2 径流量年内分配和年际变化

柴河站径流主要由降水补给，降雨是径流的最主要来源。相应的，径流量也集中在6～9月，占全年平均径流量的76.9%，呈单峰型，峰值也出现在7月(见表1和图1)，与降水逐月过程线形成良好的对应关系。

径流量年际变化变异系数为0.70，实测最大径流量为最小径流量的16.8倍，径流量年际分配也不均。逐年降雨量和径流量也表现出较好的相关性，降雨量和径流量的相关系数为 0.847，可 以 用 线 性 回 归 方 程 y = 0.008 8 x－ 4.205 9 表示。

1.3 径流量年内分配和年际变化

输沙量在径流量相对集中的6～9月这4个月中所占比例高达98.6，输沙量在年内时程上的变化差异较大。输沙量在主汛期峰值相对径流量要延后，出现在7、8月，而且尤其集中，占到年总输沙量的95.7%(见表1和图1)。究其原因，由于柴河属山区性河流，坡陡流急，洪水过程短且暴涨暴落，导致大量泥沙进入河道;同时由于洪水期流量及流速的加大，增强了河流的挟沙能力，挟沙能力大于含沙量从而发生侵蚀，将平水期淤积在河道的泥沙重新挟沙径流，增加了径流的输沙量。反观非汛期径流量较小，挟沙能力严重不足，导致输沙量过小。

输沙量的年际变化变异系数为2.78，实测最大输沙量为最小输沙量和10 150倍，年际变化较降雨量和径流量要大的多，而且输沙量与径流量的相关系数只有0.687，输沙量与降雨量的相关系数仅有0.509，相关性不显著，也说明输沙量受到多种因素影响的较大程度的影响。

表1 柴河站降水量、径流量和输沙量统计表

图1 降水、径流、输沙量逐月过程线

2 降雨量、径流量、输沙量变化趋势

本文采用了趋势线和Kendall秩次相关法对降雨量、径流量和输沙量呈现的变化趋势进行了分析判断。

根据实测资料，得到柴河水文站降水量、径流量和输沙量的逐年变化趋势曲线及一次直线的趋势方程(见图2)。从该图中可以看出，降水量、径流量总体上呈现出下降趋势，输沙量则出现了上升趋势。

图2 降水、径流、输沙量逐年变化趋势

利用Kendall秩次相关法分析判断具体的趋势性。Kendall秩次相关法是判断时间序列趋势性的常用方法，在诸多领域均得到比较广泛的应用。其方法如下:

对时间序列x1，x2，…，xn(n为样本数)，所有对偶观测值(xi，xj，j＞ i)中 xi＜ xj出现的个数为 P。顺序(i，j)的子集是(i=1，j=2，3，…，n)、(i=2，j=3，4，…，n)，…，(i=n－1，j=n)，则有

式中:τ为Kendall秩统计量;M为 Kendall秩次相关系数;P 为系列中所有对偶观测值(xi，xj，i＜j)中，xi＜ xj出现的次数;n为系列长度。当n增加时，统计量Kendall秩次相关系数U很快收敛于标准正态分布。

给定显著水平 α，其检验临界值为U1－α/2。当|U|＜Uα/2，序列趋势不显著;当 |U|＞ Uα/2，序列趋势显著;且U＞0，序列呈上升趋势，U＜0，序列呈下降趋势。

运用Kendall秩次相关法进行计算，结果见表2，得出降雨序列UP=－0.04，没有通过检验，即降雨量有下降趋势但趋势并不显著;径流量UQ=－0.38，没有通过检验，即径流量有下降趋势但趋势并不显著;输沙量US=0.78，没有通过检验，即输沙量有上升趋势但趋势并不显著。

表2 Kendall秩次相关法分析结果

3 结语

(1)柴河流域降雨和径流主要集中在6～9月，均呈单峰型，峰值出现在7月，降雨和径流形成良好的对应关系。输沙量较降雨量和径流量年内分配波动性更大，7、8两月占到年总输沙量的95%以上。

(2)柴河流域降雨量和径流量均有下降趋势但趋势并不显著，输沙量有上升趋势但趋势并不显著。在降雨量和径流量没有明显变化的情况下，由于生态环境受到一定的破坏，致使水土流失加剧，输沙量却呈现上升趋势，考虑到本流域山高坡陡，雨季集中且多发暴雨等因素，需要加大对该流域水土流失治理的力度。