洮河流域近36a主要水文要素时空分布特征研究

刘红兵，王汉卿

(甘肃省临洮水文水资源勘测局，甘肃 临洮 730500)



洮河流域近36a主要水文要素时空分布特征研究

刘红兵，王汉卿

(甘肃省临洮水文水资源勘测局，甘肃 临洮 730500)

洮河是黄河上游一级支流，近36年来受气候变化和人类活动影响，流域水文要素发生重要变化。在收集洮河流域1980-2015年主要水文要素特征气温、降水、蒸发、径流和泥沙资料的基础上，按不同的年代区间进行统计计算分析，建立以气温距平、降水等值线、蒸发等值面、径流深及输沙模数等值线为分析依据，掌握了主要水文要素在时空上分布特征和变化规律，研究结果表明：流域主要水文要素特征为，不同年代气温升高幅度不同，平均上升幅度在0.6℃～1.0℃。整个流域降水量总体变化趋势表现为减少，蒸发量变化不明显等特点。

水文要素；时空分布；变化规律；洮河流域

洮河作为黄河上游一条典型的区域性河流，近36年来随着气候变化和人类活动的影响，洮河流域各水文要素已经发生了重要的变化。虽已有研究对洮河流域水文气象要素进行了一定讨论，但尚缺乏进一步系统的对主要水文要素时空分布特征进行分析。本文通过统计流域主要的气温、降水、蒸发、径流和泥沙资料，通过绘制图表建立时空变化关系，试图总结主要水文要素变化规律。

1 流域特征

洮河是黄河上游一级支流，也是甘肃境内的一条重要河流，洮河干流全长673 km，集水面积为25 527 km2。其间主要有科才河、括合曲、博拉河、卡车沟、车巴沟、大峪沟、迭藏河、冶木河、漫坝河、东峪沟、三岔河、广通河等支流加入。根据《甘肃省水文分区》[1]洮河流域地跨甘南高原和陇中黄土高原两大地貌单元，从地理分布上来看，因地形高差大，垂直分带明显，自上而下多年平均气温2.3℃～7.0℃，多年平均降水量312～613 mm，多年平均水面蒸发量1 200～1 700 mm。另外根据2015年《甘肃省水资源公报》、《甘肃省河流泥沙公报》数据统计，洮河流域多年平均水资源量为48.51×108m3；同时洮河也是一条高含沙河流，带来的泥沙占刘家峡水库来沙量的30%以上，年输沙量为2 592×104t。

2 资料统计

1980至2015年数据主要从《甘肃省水文统计》(1932-2000)[上、下册]、《黄河流域水文特征值统计》(1919-2000)[第1册]、《黄河流域水文资料》(1964-1989、2006-2015)[4卷1册]等成果资料中统计整理，其中部分缺测采用气象资料或按趋势插补，共计1782站年。主要收集洮河干流碌曲、下巴沟(洮)、岷县、李家村和红旗5个重要水文站月年平均径流量、输沙量资料；尕海、碌曲、博拉、下巴沟、多坝、腰坡、岷县、会川、冶力关、李家村、尧甸、流川、牙塘、沙塄和中孚等16个雨量站月年降水量资料；碌曲、下巴沟、多坝、岷县、冶力关、李家村、尧甸、临洮、牙塘、三甲集和红旗等11个蒸发站月年平均蒸发资料；收集3个区域代表站碌曲、下巴沟、红旗月年平均气温资料。

图1 综合年平均气温变化趋势图

图2 碌曲站年平均气温距平图

图3 下巴沟站年平均气温距平图

图4 红旗站年平均气温距平图

3 要素时空分布

3.1 气温

采用区域代表站碌曲、下巴沟、红旗近36 a系列年平均气温值。绘制气温变化趋势见图1，明显显示为三个不同空间带状区域，从流域空间分布来看从上而下气温逐渐升高。另外，绘制洮河流域代表站年平均气温距平见图2～图4，从年际时空变化方面分析。而距平是某一系列数值中的某一个数值与平均值的差，分正距平和负距平。年平均气温距平就是一系列年平均气温与多年平均气温的差值。年平均气温距平增高就是说明这个差值增大了，相应时间段内的温度出现了异常。

从图2～图4显示，代表站过去36年的气温总体呈上升趋势，平均上升幅度在0.6℃～1.0℃之间。但不同年代气温的平均升高幅度有所不同，碌曲站20世纪80年代后期至90年代初气温增加幅度较大，而到21世纪初气温在0℃以下递减的梯度明显加大；另外下巴沟、红旗区域代表站在20世纪末至21世纪初气温增加的梯度变大，而红旗的气温距平变化趋势较明显。

3.2 降水[2-4]

绘制多年平均、1980～1989年、1990～1999年、2000～2015年降水量等值线时空分布见图5-图8，分析如下：

1)从图5看出，主要受地域的差异影响，降水量自南向北逐渐减少。主要分以下几个区域：降水量高值区分布在岷县以南迭藏河和广通河上游牙塘附近，年降水量在600～900 mm之间；中下游下巴沟～李家村段降水量等值线趋于500～600 mm之间；而李家村以下区域降水量明显减少，也是降水量低值区，年降水量在200～400 mm。

2)对图6与图5比较，中、下游冶木河、漫坝河、东峪沟和三岔河小流域年平均降水量有所增加，年平均降水量增加幅度在50～100 mm之间，其它区域降水量增加幅度不太明显。

图5 多年平均降水量等值线图 图6 1980～1989年平均降水量等值线图

图7 1990～1999年平均降水量等值线图 图8 2000～2015年平均降水量等值线图

3)从图7看出，降水量时空分布变化不太剧烈，下巴沟以上区域年降水量有增加的趋势，降水量在500～700 mm；而中下游地区年降水量呈逐渐减少趋势，减少趋势在30～50 mm之间；其它区域降水量基本保持不变。

4)从图8看出，降水量时空变化趋势剧烈，上游地区降水量明显增多，年降水量在500～800 mm之间；中、下游地区降水量呈现减少趋势，减少趋势在60～80 mm之间。

3.3 蒸发[5-6]

绘制蒸发量等值面时空分布图来分析蒸发的空间特征变化，全流域共划分为8个颜色代表区域，不同的颜色区域代表不同的年蒸发量，颜色越深代表某个区域蒸发量越大，反之颜色越浅蒸发量相对越小。多年平均、1980～1989年、1990～1999年、2000～2015年蒸发量等值面时空分布见图9～图12，分析如下：

1)图9所示，多年平均蒸发量空间分布基本表现为从东到西，从北至南呈现减少的趋势，蒸发量变化呈纬度增加，相应蒸发量代表的颜色也逐渐由浅变深。根据等值面渐变区域来看，主要有几个区域变化较明显：(1)碌曲以上区域自下而上从淡红色变为淡黄色，年蒸发量大致在900～1 000 mm之间变化，碌曲以上至洮河的源头大都为草原区域，紫外线辐射相对较强，致使蒸发量相对较大。(2)大峪沟、车巴沟、牙塘河流域一带的年蒸发量为700～800mm左右，自北向南由淡红色逐渐变为白色，反应出蒸发量自北向南逐渐呈减少趋势，其中大峪沟和车巴沟流域为石山森林区，牙塘河上游为太子山林区，森林覆盖面积较大，流域植被较好，区域气候比较湿润，蒸发量相对较小。(3)李家村以下区域是蒸发量高值区域，年平均蒸发量在1 200～1 300 mm之间，红旗附近区域内年蒸发量在1 200～1 400 mm之间变化，这一区域地处陇西黄土丘陵区植被较差，且气温相对较高，多年平均气温在9.0℃，年最高气温在34.3℃左右，是蒸发量较大的主要原因。

图9 多年平均蒸发量等值面空间分布图 图10 1980～1989年平均蒸发量等值面空间分布图

图11 1990～1999年平均蒸发量等值面空间分布图 图12 2000～2015年平均蒸发量等值面空间分布图

2)图10～图12所示：(1)20世纪80年代与多年平均等值面比较有两个区域变化较明显，其中大峪沟流域一带年平均蒸发量在1 000～1 100 mm之间，控制区域逐渐有向南扩展的趋势，与多年平均蒸发量等值面比较，变化幅度在-40～80 mm之间；另外一个为冶力关至李家村区域，控制区域有所减小，与多年平均等值面比较，变化幅度在-20～30 mm之间，年平均蒸发量在900～1 000 mm之间。(2)20世纪90年代，碌曲至下巴沟区域、下游洮河以西一带，年平均蒸发量有所减少，与80年代年平均蒸发量等值面比较，变化幅度在-20～30 mm之间；大峪沟流域一带由南向北逐渐扩展，蒸发量有减小趋势，与80年代年平均蒸发量等值面比较，变化幅度在-30～50 mm之间；其它区域内年平均蒸发量有所减少，但减少的幅度较小，颜色控制区域变化不太明显；(3)2000-2015年内年平均蒸发量等值面空间变化趋势趋于平缓，蒸发比较大的区域主要在下游和上游部分地区。岷县至多坝区域内蒸发等值面逐渐向北扩展至新城沟上游太石山和羊沙河上游的娃娃山附近一带，区域内的年蒸发量有减少的趋势。

3.4 径流[7-9]

绘制多年平均、1980～1989年、1990～1999年和2000～2015年径流深等值线空间分布见图13～图16，绘图时采用年代区间系列年平均径流深值，分析如下：

1)由于下垫面不同，特别在下游黄土区，径流与降水分布有明显差异。高山区径流大，丘陵平原河谷区径流小；石山林区径流大，黄土区径流小。上游甘南高原年径流深一般在100～300 mm，迭山区在400～500 mm，洮河流经岷县境内北折拐弯带是一山间谷地，年径流深150～200 mm，太子山区500～600 mm，下游黄土区90～300 mm。相同降水条件下，不同下垫面流域，其径流量相差悬殊。

2)出现几个特殊变化区域如下：(1)大峪沟、车巴沟、卡车沟流域上游植被相对较好，径流深大致在400～500 mm之间；(2)广通河上游牙塘河属于太子山石林区，径流深在300～400 mm之间；(3)中下游地区由于河流下垫面组成情况不一样，径流深也成明显分成几个不同区域特征，东峪沟径流深大致在20～50 mm之间；(4)不同年代下巴沟(洮)径流深等值线变化趋势较明显，主要是测验河段上游1 km和5 km处，分别建有安果、峡村水电站。致使河段经常断流、河干，导致径流量减少趋势明显；(5)李家村以上流域径流深变化出现特殊区域，由于2008年7月份在李家村水文站断面左岸新修一条电站退水渠，又因受上游160 m处肖家河二期电站退水，另主河道下游166 m处洮惠渠进水口修建拦水坝一座，受闸门升降，导致河道径流非自然状态。

图13 多年平均径流深等值线空间分布图 图14 1980～1989年平均径流深等值线空间分布图

图15 1990～1999年平均径流深等值线空间分布图 图16 2000～2015年平均径流深等值线空间分布图

3.5 泥沙[10-12]

按不同年代区间对洮河干流5个泥沙代表站近36a资料系列进行统计，绘制多年平均、1980～1989年、1990～1999年和2000～2015年输沙模数等值线空间分布见图17～图20。绘图时加入了下巴沟(博)、冶力关、王家磨、康乐、尧甸、临洮及三甲集水文站多年平均输沙模数数据，分析如下：

1)从图17-图20明显看出，不同年代输沙模数等值线时空变化不太明显。另外，从图分析发现洮河泥沙主要来源于李家村水文站以下区域。该区域处于甘肃中部干旱黄土山丘区，水土流失特别严重。李家村以下的泥沙含量常常达到500 kg/m3以上，成为洮河的主要产沙区域，年输沙量占洮河总输沙量的78%以上。在这些高含沙的支流上，东峪沟临洮站多年平均输沙模数4 540 t/km2，占洮河总输沙量的12.6%，水土流失极为严重。广通河三甲集站多年平均年输沙模数1 740 t/km2，占洮河总输沙量的10.9%。东峪沟和广通河年输沙总量占到了洮河总量的近25%。

图17 多年平均输沙模数等值线空间分布图 图18 1980～1989年平均输沙模数等值线空间分布图

图19 1990～1999年平均输沙模数等值线空间分布图 图20 2000～2015年平均输沙模数等值线空间分布图

2)洮河泥沙年际变化上虽然不太明显，但不同年代阶段性变化突出。就以十年计的短时间尺度而言，上世纪80年代以后，人类活动对流域下垫面的改变不断加剧，由于盲目地砍伐森林，植被遭到破坏，使地表侵蚀加剧，水土流失严重。90年代后，洮河流域植被破坏与恢复，水土流失治理，水利工程拦沙和工程建设增沙。2000年以来，洮河流域加大了对水能资源的梯级开发力度，大量泥沙被拦截是导致近十年输沙量减少的主要原因。截至2015年流域内建有中小水库30座，总库容为10.47×108m3；水电站79处，总装机容量为1 144.62 MW；电力泵站207处，修坝建库拦截了水库上游的大量泥沙，导致通过河道进入下游的泥沙减少。

4 结语

(1)气温距平空间分布来看从上至下逐渐升高，但流域不同年代气温的升高幅度有所不同，平均上升幅度在0.6℃～1.0℃。

(2)降水系列等值线空间分布综合分析，发现中、下游下巴沟～李家村段不同年代区间降水量基本趋于稳定，但整个流域空间总体变化趋势表现为减少。

(3)从蒸发等值面变化来看年平均蒸发变化趋势不太明显，但有些区域蒸发没有增加反逐渐减少，究其原因关系比较复杂，影响因素较多。

(4)不同年代径流深等值线明显看出自岷县向北、向西两个方向流域径流深逐渐减小，80年代以后径流深逐渐减小，径流量也相对减少趋势明显。

(5)通过不同年代输沙模数等值线反映出泥沙年际变化上不太明显，但不同年代阶段性变化突出。90年代后，由于修坝建库拦截了大量泥沙，导致通过河道进入下游的泥沙减少。

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The Study on the Temporal and Spatial Distribution of Main Hydrological Elements in the Tao River Basin in Recent 36 Years

LIU Hong-bing，WANG Han-qing

(Gansu Lintao Hydrology and Water Resources Survey Bureau, Lintao 730500，Gansu )

Tao River is a tributary of the upper reaches of the Yellow River. In the past 36 years, it has been affected by climate change and human activities. Based on the calculation of temperature, precipitation, evaporation, runoff and sediment data of the main hydrological elements in the Tao River Basin from 1980 to 2015, the statistical analysis was carried out according to different age intervals. It is based on the analysis of the anomalies of temperature anomalies, precipitation contours, evaporation isosurface , runoff depth and sediment transport modulus, holding the distribution characteristics and variation regularity of the main hydrological elements in time and space .The results show that the main hydrological elements in the basin are characterized by different temperatures in different ages ,the average increasing in the range of 0.6℃～1.0℃. The overall trend of precipitation in the whole basin is reduced and the change of evaporation is not obvious.

hydrological elements; temporal and spatial distribution; change rule; Tao River Basin

2017-01-13

刘红兵(1973-)，男，甘肃临洮人，工程师，主要从事水文资料分析计算及水资源调查等工作。

TV211.1+1

B

1004-1184(2017)03-0103-04