黑河金盆水库入库径流水文特征分析

摘要以黑河金盆水库为研究对象，以1954～2007年的入库径流数据为数据源，采用游程理论、模比系数变差差积对金盆水库的径流年际特征以及径流年内分布特征进行了研究。结果表明，黑河金盆水库年际径流丰枯变化剧烈，最大年径流量与最小年径流量相差6倍以上；1991年以后，入库径流呈现明显的下降趋势，17年间枯水年占82%以上，未出现连丰年，可以得出金盆水库目前正处于枯水期，易发生少水事件，易发生连枯现象；在年内径流分布方面，径流分布表现出明显的季节特点，65%以上的径流集中于夏季，冬季仅有8%的径流。

关键词黑河金盆水库；年径流量；水文特征；游程理论；模比系数差积曲线

中图分类号S271文献标识码A文章编号0517-6611（2015）05-190-02

基金项目水利部公益性行业科学专项（201301084）。

作者简介乔亮（1983- ），男，甘肃临夏人，博士研究生，研究方向：水资源配置。*通讯作者，教授，博士，博士生导师，从事水文水资源研究。

收稿日期2014-12-23

西安市位于中国大陆腹地黄河流域中部的关中盆地，截止2011年底，西安市人口为846.78万人，全市国民生产总值为3758.77亿元，占陕西省国民生产总值的30.04%，是陕西省的经济核心[1]。在国务院发布《关中-天水经济区发展规划》中，计划将西安打造成人口超1 000万的国际化大都市[2]，西安的地位在西北乃至全国达到了一个更高的层次。随着西安地位的提升，西安的饮水安全再次成为人们关注的热点。在20世纪90年代，西安经历了一段严重的水荒，西安曾是我国最为缺水的城市之一。2001年黑河饮水工程建成，西安的城市用水问题得以解决。黑河也因此被称作八百万西安人的生命河。

黑河水源地位于陕西省周至县境内，是渭河以南最大的水库，其流域总面积为1 481 km2，年平均径流量为6.67亿m3。黑河金盆水利枢纽是整个引水系统中最主要的水源地，它是一项以城市供水为主，兼有防洪调蓄、发电、农灌等综合效益的大型水利工程，总库容为2亿m3，年调节水量为4.28亿m3，其中给城市供水3.05亿m3，日平均供水80万m3。金盆水库的重要性在于它是西安市的最主要水源，占全市供水总量的80%以上。研究黑河金盆水库径流变化特征和趋势，对于促进西安合理用水、保障西安用水安全具有重要的现实意义。

游程理论和模比系数差积曲线方法在径流分析方面有广泛的应用[3-6]。如葛彩莲采用游程理论对无定河的径流进行游程概率分析，对无定河干旱产生的趋势进行了预测[4]；张继勇等采用模比系数差积曲线对大通河的年径流量变化趋势进行了研究[5]。通过研究游程理论和模比系数差积曲线在径流周期性分析和变化趋势预测中均有较好的效果。

笔者以黑河金盆水库为研究对象，以1954～2007年的入库径流数据为数据源，采用游程理论、模比系数变差差积对金盆水库的径流年际特征以及径流年内分布特征进行了研究。

1资料与方法

选取1954～2007年的黑河金盆水库入库径流量数据，重点运用游程理论和模比系数差积曲线方法对黑河金盆水库径流的年际演变特征进行了分析，对丰枯趋势作了初步预测；然后采用统计方法分析黑河金盆水库径流逐月变化情况。

游程理论可以用于年径流量的连丰及连枯特征分析，它是指在连续出现的同类事件中，在它的前后是另外一类事件。在水文丰枯变化分析中，将多年平均来水量作为标准量，凡年际来水量大于标准量的，具有正变差，属于丰水年；年际来水量小于标准量的，具有负变差，属于枯水年。当连续出现正变差或负变差时，则属于

连丰年或连枯年，连丰年称为正游程，连枯年则称为负游程[4]。

为了更加直观地反映丰枯变化趋势，在此采用径流量模比系数差积曲线法进行分析。根据模比系数差值有正有负的特点，当模比系数差值持续增大时，表明该时段内径流量持续增加；当模比系数差值持续减少时，表明该时段内径流量距平持续减少。根据这一理论，通过模比系数差积曲线可以较为直观而准确地确定径流量年际变化趋势[7]。径流量模比系数差积曲线的绘制依据以下步骤进行：①计算年径流量模比系数。径流量模比系数（Ki）可以表示为公式Ki=Qi/Q0，即第i年径流量（Qi）与多年平均径流量（Q0）之比表示；②按照公式ΔKi=Ki-1计算第i年的径流量模比系数差值（△Ki）；③依照公式Ht=ti=1（Ki-1）=ti=1ΔKi（t=1，2，3，…，n）计算模比系数差积（Ht），绘制模比系数差积曲线[5]。

2黑河金盆水库入库径流量年际演變规律

2.1径流量变化幅度分析

根据收集到的1954～2007年的来水量统计数据，绘制黑河金盆水库来水频率曲线（图1），发现黑河金盆水库年径流量的丰枯变化剧烈，离差系数达0.425，偏差系数达0.858；年径流量均值为59 409.08万m3，来水量大于平均值年份占总年份的44.29%，最小年径流量为2002年的20 236万m3，最大年径流量为1981年的124 972万m3。

2.2径流量连续丰枯变化分析

统计金盆水库的丰枯变化发现，在全部样本的54年中，丰水年为25年，丰水比率为46.3%，其中1954～1980、1981～2007、1991～2007年丰水年比例分别为51.85%、40.74%、17.65%；枯水年为29年，枯水比率为53.7%，枯水比率稍大于丰水比率，其中1954～1980、1981～2007、1991～2007年枯水年比例分别为48.15%、59.26%、82.35%。在丰水年和枯水年的年数对比上，1954～1980年丰、枯水年是基本相等的，丰水年的比例还稍高于枯水年比例；1981～2007年枯水年已明显大于丰水年的年数。而这种差距在1991～2007年变得非常大，枯水年年数接近于5倍丰水年数，枯水年的比例达82.35%。从不同时期枯水年所占的比例可以看出，近年来黑河金盆水库绝大多数年份年度来水量低于历史平均水平。从连丰和连枯的年份数量来看，54年中出现2年以上连丰的情况仅有5次；大于5年的连丰年有3次，2次均出现在1954～1964年；而1991年以来未出现连丰年。研究期内出现连枯年大于2年的次数共有6次，其中连枯4年的出现了2次，连枯6年和7年的各出现了1次；连枯最长的7年出现在1991～1997年。

2.3入库径流演变的趋势分析

从黑河金盆水库1954～2007年序列径流量模比系数差积曲线（图2）可以看出，1954～1964年的11年中，金盆水库入库径流基本保持了上升的趋势，趋于丰水；1964～1979年径流量模比系数差积处于下降状态，趋于枯水；1980～1984年则显示出急速增长的趋势，这5年是金盆水库少有的径流量快速增多的年份；1985～1990年则基本呈现了稳中有升的状态，模比系数差积在1990年达到最高值；自1991年以后，模比系数差积呈现出快速下降的势态，甚至在2002年出现负值，说明1991年后径流量明显减少，显现出枯水年增多的趋势。

3黑河金盆水库入库径流年内演变规律分析

由于地处大陆半干旱气候带，金盆水库的入库径流具有明显的季节性变化，从其逐月径流量变化（表1）可以看出，黑河金盆水库的年内丰水期主要在7、8、9和10月4个月份，4个月的入库径流合计达到全年径流量的65.29%；其中7月径流量最大，占全年径流量的19.157%；而年内枯水期主要是12、1、2和3月4个月份，其入库径流合计仅为全年入库径流的8.06%。从逐月的最大月径流量与最小月径流量的比值可以看出，5、6、8和12月的比值较大，说明这4个月的径流变化激烈，易出现汛情和旱情。

4小结

（1）在近半个多世纪，黑河金盆水库入库径流量丰枯变化剧烈，离差系数达0.425，偏差系数为0.858，最大年径流量与最小年径流量相差6倍。

（2）通过游程理论分析，虽然总体看来黑河金盆水库的丰水年和枯水年的数量以及连丰年和连枯年出现的次数基本持平，但在近20年来枯水年出现的次数远远高于丰水年

的次数，1991～2007年的17年间枯水年占82%以上，未出现连丰年。可见金盆水库目前正处于枯水期，易发生少水事件，易发生连枯现象。

（3）年径流量在研究期内的大体变化趋势处于波动状态，1954～1964年入库径流基本保持了上升的趋势；1964～1979年径流量模比系数差积处于下降状态；1980～1984年则显示出急速增长的趋势；1985～1990年基本呈现了稳中有升的状态； 自1991年以后，模比系数差积呈现出快速下降的势态，甚至在2002年出现负值，说明1991年后径流量明显减少，显现出枯水年增多的趋势。

（4）从月径流量分析可以看出，黑河金盆水库径流主要集中于夏季的6～9月份，属于丰水季；12月～次年3月径流偏少，属于枯水季；5、6、8和12月的径流变化激烈，易出现汛情和旱情，需要重点监控。

参考文献

[1] 陕西省统计局.2012，陕西省统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2012.

[2] 國务院.关中-天水经济区发展规划[EB/OL].（2009）http：//www.shaanxi.gov.cn/0/1/6/17/786/68552.htm.

[3] 郭纯一，李成林，赵凤伟.柴河水库入库径流变化特征分析[J].东北水利水电，2009（5）：30-33.

[4] 葛彩莲.应用游程理论分析无定河流域气象干旱[J].水利科技与经济，2012，18（9）：58-59.

[5] 张继勇，侯晓明.大通河流域径流分析及水资源评价[J].人民黄河，1997（12）：29-32.

[6] 孙美平，李忠勤，姚晓军，等.1959-2008年乌鲁木齐河源1号冰川融水径流变化及其原因[J].自然资源学报，2012，27（4）：650-660.

[7] 肖德顺，赵义峰，安志清.伊犁地区降水特征及变化趋势分析[J].干旱区资源与环境，2006，20（4）：47-50.

责任编辑黄小燕责任校对李岩