平凉市纸坊沟流域地表径流特性及其变化成因分析

白剑威

（平凉市水利水电勘测设计院 甘肃平凉 744000）

1 流域基本情况

纸坊沟流域位于甘肃省平凉市城南，地理坐标为东经106°37′～106°42′、北纬35°26′～35°33′，属泾河干流一级支沟，是陇东黄土高原沟壑区的典型代表区，也是黄河流域最早确立的重点治理小流域之一，地形地貌为黄土高原残塬沟壑区，地表地层为第四纪全新世黄土层，沟谷地带为第四纪上新世红粘土。

流域上游源于六盘山－太统山脉的虎狼山，下游横穿平凉东城区入泾河干流，流域总面积18.98km2，海拔高程1365.00～2104.00m，相对高差739.8m，主沟道长15.77km，沟道平均坡降4.34%，共有大小支沟120条总长57.24km，沟道密度3.02km／km2，植被覆盖率35.5%，流域治理度81.4%，土壤侵蚀模数7472t／km2／a。流域多年平均气温8.8℃、年降水量548.7mm、年蒸发量1499.2mm、年日照时数2381h。

流域自1954年被黄委会和甘肃省水保委员会列为黄河流域重点治理区和试验基地起，先后设立了3个固定和2个临时水文观测站，形成了流域径流观测站网，对流域地表径流进行了48年的观测，存有1955～2002年48年的径流观测资料系列。

2 流域地表径流特性

2.1 年径流特征

（1）年径流量：由流域一坝水文站1955～2002年实测径流资料及其用同站降水量资料相关插补的径流量系列，用面积比拟法推算得出全流域各年年径流量，由此统计分析得出流域多年平均年径流量85.174×104m3、平均流量0.027m3／s，最大年径流量246.86×104m3、流 量0.078m3／s（1995年），最小年径流量9.69×104m3、流 量0.003m3／s（2000年）。

（2）年径流量过程线：按分析统计的各年年径流量绘制流域年径流量过程线见图1。

2.2 月径流特征

（1）月径流量：用实测和插补的48年系列资料分析统计得出流域各年月径流量和多年平均月径流量值。

（2）多年平均月径流量分配比例：按流域年、月径流量分析统计得出，纸坊沟流域多年平均径流量85.174×104m3，多年平均各月径流量值。用多年平均各月径流量除以多年平均年径流量，得出流域多年平均月径流量分配比例见表1所列。

（3）多年平均月径流量过程线：用分析统计的多年平均各月径流量绘制的流域多年平均月径流量过程线见图2。

图1 纸坊沟流域1955～2002年年径流量过程线

图2 纸坊沟流域多年平均月径流量过程线

表1 纸坊沟流域多年平均月径流量分配比例

2.3 年径流量统计指标值

根据分析统计的流域48年年径流量值，用数理统计法分析计算得出的纸坊沟流域年径流量8项统计指标值见表2。

表2 纸坊沟流域年径流量统计特征值

2.4 不同频率年径流量

对分析统计的48年年径流量进行排序和频率分析计算，并按P－Ⅲ型适线法求得纸坊沟流域不同频率的年径流量见表3。

表3 纸坊沟流域不同频率年径流量

2.5 流域地表径流特性

综合分析流域径流观测值和特征值，纸坊沟流域地表径流具有以下特性：

（1）年径流量小。流域最大年径流量246.86×104m3、流量0.078m3／s（1995年），最小年径流量9.69×104m3、流量0.003m3／s（2000年），多年平均年径流量85.174×104m3、平均流量0.027m3／s、径流模数4.488×104m3／km2，平均径流模数是泾河流域的81.2%。

（2）年际变化幅度很大，稳定性极差。流域年径流量在丰水年和枯水年相差24.5倍，均方差达61.724，平均离差系数达72%。48年观测资料系列中偏差值在±5%范围内的只有2年，占总年数的4.2%，在±10范围内的有3年，占总年数的6.3%，在±10%以外的占96.7%。

（3）年内分配不均，且差值大。流域径流月分布过程线峰型单一凸显，多年平均年径流量大部分分布在5～10月份，径流量为71.8×104m3，占年径流量的84.3%，尤其是6～9月的汛期径流量达56×104m3，占年径流量的65.7%，而且径流量最大的9月达18.4×104m3，占了全年径流量的1／5多。

（4）年径流量周期性规律明显。从年径流量过程线图上可以看出，纸坊沟流域地表径流的年际变化11年为一个周期，连续出现枯水年的周期为6年左右，连续出现丰水年的周期亦为6年左右。

（5）径流量逐年减少。从流域1960～1999年40年的地表径流年径流量分段分析出，流域每10年年均径流量减少10.7%～41.4%，累计减少了68.1%，总体上年径流量减少幅度较大。

（6）和降水关系密切。从分析计算得出的纸坊沟流域年径流量统计指标值知，流域地表年径流量与降水量的б、Cv、Cs等统计指标值很接近，基本特征几乎与降水量一致，充分说明纸坊沟流域地表径流是由雨水补给并随其变化而变化的。由其相同频率下的年降水量和年径流深计算得出流域多年平均径流系数为0.082，在频率为20%～95%时，径流系数为0.103～0.018。

（7）径流量峰值推后于降水量峰值。从流域降水量和径流量过程线图上反映出，在同一周期中径流量峰值推后于降水量峰值一个时段，虽然周期长短相同，但峰顶与峰谷来临时段上有差异，反映出了地表径流有一个形成过程和地下径流补给地表径流的特性。

3 地表径流变化趋势及其成因

3.1 地表径流变化趋势

综合分析流域48年来观测记录的地表年径流量，总体上呈逐年减少的趋势，且减少幅度不断加大。从流域1960～1999年40年的地表径流年径流量分段分析，流域每10年年径流量减少10.7%～41.4%，累积减少了68.1%，平均每年减少1.7%。流域1960～1999年年径流量变化趋势分析比较情况见表4，变化趋势见图3。

表4 纸坊沟流域1960～1999年年径流量变化趋势分析比较

图3 纸坊沟流域1955～2002年年径流量变化趋势

3.2 地表径流变化成因

从纸坊沟流域48年观测记录的地表年径流量资料系列统计分析，流域地表年径流量逐年减少，平均每年减少1.7%，最大时期年均减少4.14%，最小时期年均减少1.07%，并且减少幅度不断加大。

分析其原因，主要有以下两点：

（1）由于降水量的减少而减少。由纸坊沟流域同期年降水量分段分析，流域每10年平均年降水量减少2.2%～7.3%，累计减少了11.9%，平均每年减少0.3%。统计分析的流域1960～1999年年降水量变化情况见表5。

由于纸坊沟流域地处黄土高原沟壑区的残塬沟壑带，沟道地表径流无地下径流和侧向水流补给，主要由天然降水补给，所以，地表径流量大小的变化随着天然降水量多少的变化而变化。由于同期年降水量逐年减少，则流域地表径流量随之减少。按其观测数据分析，降水量的减少对同期流域地表径流量减少的影响程度达8.8%。

表5 纸坊沟流域1960～1999年年降水量变化趋势分析比较

（2）由于流域植被覆盖度和治理度的提高而减少。根据地表径流产汇流原理，流域下垫面的质地是影响降水形成径流的主要因素之一。纸坊沟流域在建立治理站即设立观测站前，植被稀疏，梁峁沟台几乎为自然坡状，坡谷面拦截渗漏天然降水的能力差，降水容易形成地表径流，地表径流就大，而经过半个多世纪的不间断治理，人工植树280.6hm2，人工种草175.1hm2，修造梯田718.8hm2，并修筑水平沟、鱼鳞坑、水簸箕、涝池、水窖、沟道谷坊、截水堰、小型水库、淤地坝等多处，使流域植被覆盖度达到了35.5%，流域治理程度达到了81.4%，流域治理度平均每年提高3.1%，种植的林草特别是修筑的坡地梯田大大提高了坡谷面拦截渗漏天然降水的能力，减少了地表径流的产流量，从而使地表径流量减少。按其观测数据分析，流域治理度的提高对同流域地表径流量减少的影响程度达91.2%。

1 薛辉.羊道沟小流域暴雨径流资料分析［J］.山西水土保持科技，2006.（1）.