西汉水流域降水径流对水土流失的影响分析

金 泉，吴彦昭

（甘肃省陇南水文水资源勘测局，甘肃 成县 742500）

1 流域概况

西汉水位于甘肃西南部，长江上游区，处于我国中心地带。为嘉陵江一级支流，发源于甘肃天水市秦州区南部齐寿山，流经天水市齐寿乡、平南镇、天水镇，进入礼县流经盐官镇、祁山镇、永兴镇、城关镇后折转向南，流经石桥镇、江口乡、龙林镇、于雷坝镇急转向东，然后进入西和县、康县、成县，在陕西省略阳县注入嘉陵江。

2 水文资料

收集的水文气象资料来自历年水文年鉴[1]、甘肃省水文统计、甘肃省历年水文资料整编成果、气象局资料成果等。对各项资料经过严格审查，资料详实可靠。收集到流域内及流域边界26 处雨量站、4 处径流站、4 处泥沙站点资料，近50 年资料。雨量站的站网密度为376 km2/站，径流和泥沙站2446 km2/站，站点分布具有代表性。具体分布见图1。

图1 西汉水流域站点分布图

3 降水、径流、泥沙年内分配

3.1 降水量代表站的年内分配变化

选取上游的大桥雨量站，下游的镡家坝雨量站，作为代表站对降水年内分配进行评价分析。通过分析计算得出，最大四个月（6 月 ～10 月）降水量占 60%～65%，汛期（5 月 ～10月）降水量占80%～85%，最大月降水量为7 月，降水量占全年的16%～20%，最小月降水量为12 月，降水量占全年的0.5%～0.8%。

图2 西汉水流域降雨量年内分配变化图

3.2 流域内径流年内分配变化分析

从上游到下游依次有礼县、大桥、镡家坝站，平洛站为支流站，根据该4 处水文站的资料，进行年内分配变化分析。西汉水径流量年内分配很不均衡，最大四个月径流量多集中在7 月～10 月，占年径流量的65%～75%。汛期径流量占全年径流量的70%～80%，非汛期径流占全年径流量的20%～30%。基本同降水量的变化相同，具体情况见表1。

表1 西汉水非汛期、汛期径流控制站分配情况 单位：亿m3

西汉水径流量年内季节也分配很不均衡，径流量多集中在夏季、秋季。春季径流量占全年径流量的15%～20%，夏季径流占全年径流量的30%～35%，秋季径流占全年径流量的35%～40%，冬季径流占全年径流量的5%～12%。因而西汉水也是一个随季节变化幅度较大的河流，具体情况见表2。

表2 西汉水季节径流控制站分配情况 单位：亿m3

3.3 输沙的年内分配变化

泥沙监测站和径流站相同，通过分析计算四站的输沙率，可以得出全年输沙量最大的连续四个月出现在汛期6 月～9月，占全年输沙量的56.9%。最大月份出现在7 月份，占全年输沙量的17.8%。最小月份出现在1 月份，占全年输沙量的2.8%。西汉水流域泥沙年内分配高度集中，极不均衡[2]，输沙量随面积增大而增大，变化趋势逐步放缓[3]。具体分布变化见图3。

图3 西汉水流域四个水文站输沙量年内分配变化图

4 降水、径流、泥沙多年变化趋势

采用坎德尔秩次相关法[4]再进行多年变化趋势分析。其显著性检验标准α 值选用0.1 和0.05，其U0.1/2的值为1.645，U0.05/2的值为1.96，当大于U0.05/2时变化趋势为显著，当小于U0.05/2大于U0.1/2为较显著，当小于U0.1/2为不显著。降水、径流和泥沙都呈递减趋势[3][5]，其中径流和泥沙趋势显著[6]，具体计算成果见表3。

表3 坎德尔秩次相关计算成果表

5 降水、径流对水土流失的影响

采用泰森多边形法对全流域的面雨量计算，采用控制站面积比法求全流域的径流、输沙量。通过回归分析建立回归方程，进行年降水和年径流对年水土流失的影响分析。

5.1 降水对水土流失的影响

水土流失的严重程度，主要看输沙量的多少。而年输沙量反映了年水土流失状况。为了反映年输沙量同年降水相关性，采用1966 年～2017 年资料采用二项多项式回归分析，年降水作为自变量，年输沙量作为因变量，建立回归方程为：

式中：W 为输沙量，万 t；P 为降水量 mm。

其回归方程为一元二次多项式，相关系数为0.49。其相关图为抛物线图，见图4，从图可以看出年降水到达一定高点后，降水同水土流失相关程度降低。

图4 西汉水流域泥沙降水相关图

5.2 径流对水土流失的影响

利用1966 年～2017 年径流输沙资料进行分析计算，年径流量作为自变量，年输沙量作为因变量，采用回归分析法建立相关性回归方程，其回归方程为：

W=143.97e0.1308R

式中：W 为输沙量，万 t；R 为径流量，亿 m3。

泥沙同径流相关方程为指数函数，其相关系数为0.78，其相关图见图5，可以看出径流量越大对该区域的侵蚀能力越强，径流和泥沙的关系呈正比关系。

图5 西汉水流域径流泥沙相关图

5.3 降水和径流对水土流失综合因素的影响

从上面的分析可以看出，西汉水年水土流失和降水、径流具有密切的相关性，径流相关性较大。由于下垫面变化复杂，影响水土流失的因子较多，还有水利工程和植被等，为了进一步研究分析降水和径流对泥沙变化的影响，将年降水和年径流作为自变量，年输沙量作为因变量，采用二次多项式回归分析建立回归方程，其方程为：

式中：W 为输沙量，万 t；R 为径流量，亿 m3；P 为降水量，mm。

表4 西汉水泥沙同降水和径流回归分析参数表

通过计算得出回归方程的相关参数见表4，从表中可以得出整体相关性较好，大部分都大于0.5。为了更进一步直观分析，绘制了三维图形，见图6，可以从图中看出水土流失受径流影响较大，受降水影响较小。当降水量最小时，径流侵蚀力最大，当年降水增大，径流的侵蚀力有所减小。从而可以推测出中间另一个影响因子为植被，当年降水量较好时，植被较好，径流侵蚀能力降低，当年降水量降低时，植被变差径流侵蚀能力增强。

图6 西汉水流域泥沙同降水和径流相关三维图

6 结论

通过上述的分析计算，得出西汉水流域降水、径流和泥沙年内分配极不均匀，汛期占的比重较大。其多年变化趋势呈减少趋势，降水不显著，径流和泥沙显著。通常认为降水和径流对土壤的侵蚀是成正比关系，当引入年数值多因素可以看出，降水的多少同径流的侵蚀还存在负相关的情况，主要是由降水通过对植被的影响造成，降水达到植被的需求量，也开始会对土壤的侵蚀增强。从西汉水小流域可以得出，径流对水土的侵蚀影响较大，因而要减少水土流失最直接的办法是降低径流对水土的侵蚀，利用降水的有利因素恢复生态环境，增加植被的恢复，植树造林，修建河堤工程减少径流和降雨的侵蚀能力。