甘肃漳河流域水情趋势演变分析

吕旭红 张永胜 陈志丕

(定西市水利科学研究所，甘肃 定西 743000)

在水文系统中，水文时间序列变化具有趋势特征，由于受到自然及人类活动的影响，流域水文时间序列的演变特征将发生变化。漳河为漳县境内最大径流，也是漳河沿岸居民安全饮水和基本农田灌溉的水源地，探析漳河流域水资源演变趋势对漳县提高水资源利用率很重要。

1 河流概况

漳河发源于甘肃省漳县木寨岭，自西南向东而流，流经漳县境内大草滩镇、殪虎桥乡、三岔镇、盐井镇、武阳5个乡镇，于孙家峡流入天水市武山县，属渭河二级支流。河流全长为83.7km，河床比降1%～5%，流域面积1272.84km2，其中漳县境内河流全长61.0km，流域面积1267.14km2。平均流量为7.362m3/s，枯水流量为0.290m3/s，多年平均径流量为1.58亿m3/a。

2 漳河流域降水特征分析

漳河流域水资源主要源于大气降水，受地形地貌、地理纬度、环境因子、季节气候等因素的影响[1]，区域内降水量的年际变化较大，对漳河流域的水资源开发利用有一定影响。

2.1 降水量逐年演变分析

依据定西市水文局漳县城区雨量站1980—2018年的降水量观测资料，本研究采用逐年平均降水量表征漳河流域年平均降水量趋势演变[2]。

由图1可知，区域降水量总体在257.0～754.3mm之间，多年平均降水量为457.2mm，且年份之间变化幅度较大，最大降水量为2018年的754.3mm，最小为1997年的257.0mm，最大值为最小值的2.94倍。自2016年开始，降水量逐年增加，促成大气降水良性循环。统计分析漳河流域连续两年及以上连丰水年、连枯水年出现的频率，结果表明:1993年之前，丰水年与枯水年交替重现；1993年之后，连枯水年出现的频率比连丰水年出现的频率大。为了剔除幅度较小的年际降水变化，突出年际变化趋势，使年际变化周期性反映得更加直观明了，用滑动平均法分别选取3年、5年、7年的滑动平均值过程线对各年际降水量进行修匀。

其滑动值平均序列表示为

图1 1980—2018年降水量演变

图2 1980—2018年滑动平均降水量演变

(1)

式中:k为滑动长度。

由图2可知，3年滑动平均值能够较直观地反映流域年际降水变化情况，因此，选取3年滑动平均值法对漳河流域降水量趋势进行分析。从趋势看，漳县城区降水量1980—1993年呈逐年下降趋势，1993年降到365.2mm，其后呈逐年上升趋势，直至2003年增加到504.4mm，递增趋势明显。2003—2018年，降雨量呈上下波动态势，无明显变化规律，但总体上呈递增趋势。分析其原因有：降雨量明显增加，促成大气降水良性循环；近年来退耕还林取得显著成效，森林覆盖面积增大；气候变暖的“雨岛效应”。

2.2 降水量年内演变分析

由图3可以看出，降水量年内分配极不均匀，各季相差悬殊较大，7—9月为汛期，降水量占全年降水量的70%，10月至次年6月的降水量仅占全年降水量的30%，尤其是11月至次年2月的降水更少。

图3 各典型年度年内降水量趋势

3 径流分析

漳河流域内漳河、龙川河、榜沙河均为季节性河流，年径流主要由大气降水补给。降水后一部分由地表径流直接汇入河流；一部分经土壤入渗地下，延期循环后以“泉”的形式复出地面再转化为河川径流。在水文系统中，水文时间序列变化具有趋势特征，由于受自然及人类大规模活动影响，流域水文时间序列的演变特征将发生变化[3]。

水资源是经济社会发展不可或缺的一种自然资源，是人类生存的基础资源之一，也是自然生态系统的重要组成部分[4]。水文水资源准则层(HD)包括两个指标：枯水期径流变差倾向率(LRR)和径流年际变差倾向率(AVR)[5]。枯水期径流变差倾向率(LRR)，反映现状开发状态下，河段径流年内分配不均匀性随年际的变化趋势；径流年际变差倾向率(AVR)，反映现状开发状态下，河段不同年份年径流的变化趋势。这两个指标都需要水文观测站的实测流量系列资料，而漳河段无水文观测站，没有实测径流系列资料，因此，根据降雨和径流的密切关系，拟用漳河流域的降水资料代替径流资料为漳河流域的水文水资源准则层赋分，以下就分析此方法的可行性和合理性。

现搜集到漳河附近流域榜河沙水文站的径流资料和降水资料，以此为例进行分析。根据榜河沙水文站的降水资料和径流资料分别进行最小二乘法曲线拟合，见图4～图7。

最小二乘法公式如下：

(2)

图4 枯水期径流变差倾向率

图5 拟合的枯水期径流变差倾向率

图6 径流年际变差倾向率

图7 拟合的径流年际变差倾向率

对比图4和图5、图6和图7可知，分别利用实测径流资料和降水资料拟合的曲线斜率基本一致，即枯水期降水变差倾向率呈上升趋势，则枯水期径流变差倾向率也呈上升趋势，这与河道径流量的形成原理也是相符的。由图4、图5可知，漳县站实测径流资料拟合曲线斜率为0.0032，实测降水资料系列拟合曲线斜率为0.0045，根据枯水期径流变差倾向率指标赋分标准，其赋分值相同，均为100分。由图6、图7可知，漳县站实测径流资料拟合曲线斜率为0.0027，根据径流年际变差倾向率指标赋分标准，赋分为78.4分；实测降水资料系列拟合曲线斜率为0.394，根据径流年际变差倾向率指标赋分标准，赋分为100分。

综上来看，用降水资料代替径流资料，虽然水文水资源准则层赋分值有一定的出入，但赋分值相差不大，降水和径流的关系是非常密切的，其总趋势是一致的，即在无水文站的情况下用降水资料代替径流资料进行河道水文水资源准则层赋分是可行的。

4 结 论

通过对流域内降水、径流等方面的观测资料进行分析，得出如下结论：

a.区域降水量年际年内变化大。1993年之前，年降水量存在丰枯水周期交替发生的规律；1993年之后枯水年连续出现的次数较多且无明显交替变化规律。从趋势看，近年来流域内降水量呈增加趋势，分析其原因有：降水量明显增加，促成大气降水良性循环；近年来退耕还林取得显著成效，森林覆盖面积增大；气候变暖的“雨岛效应”。

b.漳河流域年内降水量分配极不均匀，各季相差悬殊较大，7—9月为汛期，降水量占全年降水量的70%。

c.通过对枯水期和丰水期水文资料进行分析，用降水资料代替径流资料，虽然水文水资源准则层赋分值有一定的出入，但其曲线斜率均为正值，其总体演变趋势一致，在无水文站的情况下用降水资料代替径流资料进行河道水文水资源准则层赋分是可行的。