兴隆河流域水文及生态特征变化探析

2018-04-25

地下水 2018年2期

(甘肃省兰州水文水资源勘测局，甘肃兰州 730000)

兴隆河是黄河一级支流宛川河左岸支流，发源于祁连山山系东延部分——马衔山山脉，流域位于甘肃省榆中县南部，是榆中县城市用水主要水源地。流域上中游的兴隆山国家级自然森林保护区，是距兰州市最近的天然森林保护区，流域下游为黄土剥蚀地貌，植被稀少，多垦为农田。流域上中游属高寒半湿润性多雨气候，下游属于温带半干旱气候。流域内设有榆中水文站及石骨岔、蕨麻台、峡口、夏官营4个雨量站。榆中水文站位于流域出山口下游，集水面积89.0 km2，石骨岔和蕨麻台2个雨量站分处河流上游东西两岸山区，峡口雨量站设于出山口，夏官营站布设于流域下游。本文以实测资料分析兴隆河流域洪水泥沙等水文要素时间演变趋势，通过探讨影响水文要素时间变化的因素，揭示流域生态的年际变化情况。

图1 兴隆河流域年最大30 min、1 h暴雨量时序变化图

图2 兴隆河流域年最大洪峰流量时序变化图

1 流域水文要素时间演变特征

1.1 水文要素时间演变趋势分析

点绘兴隆河流域1983—2012年年最大30 min、1 h暴雨量及榆中水文站实测年最大洪峰流量、含沙量时间分布图，添加线性趋势线，见图1、图2、图3。从图中可看出，年最大30 min、1 h暴雨量及洪峰流量、含沙量总体趋势皆明显递减。

图3 兴隆河流域年最大含沙量时序变化图

使用基于秩的非参数Mann-Kendall统计检验法对上述图示结论进行验证，结果显示：

(1)流域年最大30 min暴雨量正态统计变量Z=-3.05，其绝对值>2.32，通过信度99%的显著性(显著性水平α=0.01)趋势检验，表明减小趋势明显。(2)流域年最大1小时暴雨量正态统计变量Z=-3.54，其绝对值>2.32，通过信度99%的显著性(显著性水平α=0.01)趋势检验，表明减小趋势明显。(3)实测年最大洪峰流量正态统计变量Z=-3.83，其绝对值>2.32，通过信度99%的显著性(显著性水平α=0.01)趋势检验，表明减小趋势明显。(4)实测年最大含沙量正态统计变量Z=-5.16，其绝对值>2.32，通过信度99%的显著性(显著性水平α=0.01)趋势检验，表明减小趋势明显。

1.2 水文要素时间演变过程突变分析

分别对流域年最大30 min、1 h暴雨量及洪峰流量、含沙量做非参数Mann-Kendall法突变检测，结果见图4～图7。

由图4表明，流域年最大30分钟降水量分别于1987年、1990年发生了2次突变，1983—1987年数据系列为减小趋势，1988～1990年数据系列出现增加趋势，1991年后一直保持减小趋势。

由图5表明，流域年最大1小时降水量未发生突变，数据系列一直保持减小趋势。

由图6所示，流域年最大洪峰流量分别于1999年、2003年发生了2次突变，1983—1999年数据系列总体为增大趋势，2000—2003年数据系列大幅递减，2004年后递减强度放缓。

图7中流域年最大含沙量在2006年发生了突变，突变之前数据系列曾有增大迹象，突变之后急剧减小。

图4 流域年最大30 min降水量跳跃性诊断成果图

图5 流域年最大1 h降水量跳跃性诊断成果图

图6 流域年最大洪峰流量跳跃性诊断成果图

图7 流域年最大含沙量跳跃性诊断成果图

2 流域生态环境时间演变特征

通常情况下，降水和下垫面因素的变化是引起流域洪峰流量与含沙量变化的主要原因。一方面时段降水量减少，单位面积上暴雨量减少，流域汇流后形成的洪峰流量就变小，由于暴雨雨强变小，雨水冲刷能力减弱，洪水含沙量变小，另一方面流域生态环境向好，下垫面截雨滞洪能力变强，在同等降雨条件下，洪峰流量与含沙量皆变小。

兴隆河洪水一般由流域内短历时暴雨形成，暴雨历时一般不超过1 h。流域内年最大30 min、1 h降水量的减小趋势表明，降水是影响流域洪峰流量、含沙量减小的主要因素。

年最大30 min降水量时间演变过程中的2次突变(1987年、1990年)点与年最大洪峰流量2次突变(1999年、2003年)点不同步，与流域年最大含沙量的突变过程也不一致；年最大1 h降水量时间演变过程未发生突变，与流域年最大洪峰流量、年最大含沙量变化过程不同步；流域年最大洪峰流量与年最大含沙量突变过程亦不同步。这些信息说明，降水量时间演变过程的减小趋势不是流域洪峰流量、含沙量减小的唯一原因，下垫面因素对兴隆河水沙变化过程也产生着重要影响。

Mann-Kendall统计检验结果年最大含沙量Z的绝对值(5.16)大于年最大洪峰流量Z的绝对值(3.83)，说明流域年最大含沙量时间序列减小趋势较年最大洪峰流量减小趋势显著。对比图1.6与图1.7中的UFK线，不难发现流域年最大洪峰流量UFK从1998年起全部小于0，但线形有升有降，而年最大含沙量UFK从2003年起全部小于0，且线形持续降低，这再次证明含沙量减小趋势比洪峰流量变化趋势明显。造成这一现象的原因，只能是流域植被覆盖率增加、生态环境持续向好所致。事实上，由于封山禁牧、退耕还林(草)等环保工程的效益逐步显现，兴隆河流域的生态环境确实得到了不断改善，这一点人们仅凭肉眼就能观测到。