1956年～2015年渭河流域径流年内分配特征分析

李 斌，王 莉，郝晓静

(1.陕西省水利信息宣传教育中心，陕西 西安 710004；2.陕西省江河水库工作中心，陕西 西安 710018；3.陕西省城乡供水安全中心，陕西 西安 710004)

0 引言

河川径流和地表水的变化是政府部门和科技工作者关心的重要内容。随着人口的增长以及国民经济的不断发展，人们对水资源的需求日益增多，进一步导致水资源供需矛盾加剧，也对河川径流等产生一定影响。已有研究成果表明人类活动对径流影响程度大于气候[1]。张建云院士[2-3]对中国江河径流演变及其特征进行了分析，认为中国主要江河代表性水文站实测径流量呈下降趋势，黄河以南江河径流量呈非显著变化，黄河以北江河径流量呈显著性变化。鲍振鑫[4]等通过研究发现除源头外，黄河流域的月径流量整体呈减少趋势。

习近平总书记一直很关心黄河流域的生态保护和高质量发展，并多次实地考察黄河流域生态保护和发展情况[5]。渭河是黄河最大的支流，是陕西的母亲河，研究渭河水文特征对于加强水资源管理，优化水资源配置有重要的意义。有许多学者对渭河的降水及径流等进行了研究并取得有益成果[6-9]。姚正学[10]认为渭河流域上游年径流和年降水下降趋势显著，且下游区降水和径流的下降速率比上中游的快。孙悦[11]研究发现渭河上游径流总体呈明显下降趋势。王小杰[12]研究发现渭河干流各站点的月径流量均呈减少趋势，从上游到下游，月径流量减少趋势的显著性越来越弱，呈显著性减少趋势的月份越来越少。裴金萍[13]认为渭河干流中游四季径流均呈极显著递减趋势，尤其是秋季径流减少最为明显。

本文选择渭河中下游以及部分支流为研究区，以长时间径流序列为基础，分析渭河代表站径流量在年际、年内、季节等分布规律，分析其变化趋势及变化周期，以期丰富该区域水文研究内容，为渭河流域水资源的开发利用、流域水量调度及水资源管理提供参考。

1 研究区概况及资料说明

径流数据来源于陕西省江河水库工作中心统计资料、陕西省渭河管理手册等资料以及历年陕西省水资源公报[14]。所采用的测站径流数据经过审查，具有良好的周期性、代表性和一致性，可用于相应的计算分析和变化特征研究。选取渭河干流上林家村、魏家堡、咸阳、临潼和华县五个典型水文站1956年～2015年径流量数据进行分析，选取渭河支流上张家山、状头、黑峪口、涝峪口、罗敷堡六站数据1956年～2015年径流量数据进行分析。汛期[15]定义为6月～10月；季节划分按照气象划分，即春季3月～5月，夏季6月～8月，秋季9月～11月，冬季12月～次年2月。

图1 研究区及站点分布图

2 研究方法

本文采用线性回归法、Mann-Kendall趋势检验法分析渭河干流及代表支流径流的年际及年代变化，分析径流序列演变的趋势特征及其显著性，以及径流序列的年内分配规律。

3 结果分析

3.1 1956年～2015年渭河流域实测径流特征分析

1956年～2015年渭河干流林家村多年平均径流量为10.73亿m3；魏家堡多年平均径流量为27.63亿m3；咸阳多年平均径流量为38.54亿m3；临潼多年平均径流量为65.85亿m3；华县多年平均径流量为65.16亿m3。渭河左岸泾河张家山站多年平均径流量为12.89亿m3，洛河状头站多年平均径流量为6.62亿m3；渭河右岸黑河黑峪口站多年平均径流量为5.49亿m3，涝河涝峪口站多年平均径流量为1.13亿m3,南山支流罗敷河罗敷口站多年平均径流量为0.34亿m3。

3.1.1 实测径流量年代变化

按不同年代分别计算渭河干流五个典型水文站径流量变化特征，结果见表1。由表1可知：对于年径流量，林家村站20世纪70年代、80年代大于多年平均值，90年代以来持续减少，低于多年平均值。魏家堡、咸阳、临潼、华县4站20世纪60年代以前年均径流量值最大；70年代以来减少，小于多年平均值；80年代径流量有所增大，大于多年平均值；90年代以来，径流量急剧下降，远小于多年平均值；进入21世纪，径流量数据有所增加。渭河干流5站年径流量变化呈现一致性：60年代较大；70年代减少；80年代有所增加；90年代急剧减少；新世纪以来有所增大，但仍然小于多年平均值。

渭河干流实测年径流量变化趋势见图2。由图2可知：①渭河干流5站实测年径流量均呈现不同程度地减少趋势。其中林家村站年径流量线性倾向率为-0.404亿m3/a；魏家堡站年径流量线性倾向率为-0.547亿m3/a；咸阳站年径流量线性倾向率为-0.707亿m3/a；临潼站年径流量线性倾向率为-0.808亿m3/a；华县年径流量线性倾向率为-0.924亿m3/a。②渭河支流的年径流量均呈现的减少趋势。其中渭河左岸泾河张家山站年径流量线性倾向率为-0.186亿m3/a；洛河状头年径流量线性倾向率为-0.068亿m3/a；渭河黑河黑峪口站年径流量线性倾向率为-0.086亿m3/a；右岸涝河涝峪口站年径流量线性倾向率为-0.012亿m3/a；南山支流罗敷河罗敷口站年径流量线性倾向率为-0.003亿m3/a。

图2 渭河干流水文站实测年径流量变化趋势

3.1.2 实测径流季节及汛期变化

1956年～2015年渭河流域实测径流量年代变化见表1。林家村站汛期径流量占年径流量的比例为22%～95.5%，平均为77.9%；非汛期径流量占年径流量的比例为22.1%。魏家堡站汛期径流量占年径流量的比例为33.4%～91.2%，平均为69.6%；非汛期径流量占年径流量的比例为30.4%。咸阳站汛期径流量占年径流量的比例为26.9%～87.7%，平均为66%；非汛期径流量占年径流量的比例为34%。临潼站汛期径流量占年径流量的比例为37.5%～84.7%，平均为64.9%；非汛期径流量占年径流量的比例为35.1%。华县汛期径流量占年径流量的比例为36.8%～86.2%，平均为66.1%；非汛期径流量占年径流量的比例为33.9%。干流五站汛期径流量占全年的径流量都大于64%；其中林家村站汛期径流量占全年的径流量约为70%。

表1 1956年～2015年渭河流域实测径流量年代变化 单位：亿m3

表2为渭河干流径流量变化情况。由表2可知，渭河干流5站年径流量，四季径流量、汛期及非汛期径流量均呈现减少趋势。①除冬季外，渭河干流下游站径流量的减少趋势大于上游站的减少趋势。越接近河口的水文站，径流量减少的趋势越明显。②汛期及非汛期的径流量均呈现减少趋势；减少趋势和年径流量减少的趋势一致。③冬季径流量，下游临潼站和华县站的径流量减少趋势小于中游魏家堡站和咸阳站的径流量减少趋势。

表2 渭河干流径流量变化 单位：亿m3/10a

采用曼肯德尔方法检测水文站年、季节、汛期/非汛期径流量的显著性，见表3。由表3可知：①渭河干流5站年径流量系列的M-K值均小于0,年径流量呈减少趋势。5站年实测径流量的M-K值超过0.05置信水平阈值-1.96；同时5站年实测径流量的M-K值超过0.01置信水平阈值-2.56，为显著性减少趋势。②渭河干流5站季节径流量系列的M-K值均小于0，均呈现减少趋势。在0.05置信水平上，临潼站和华县站的冬季径流量序列M-K值分别为-0.51和-1.76，未超过置信水平阈值-1.96；说明临潼站和华县冬季径流量为非显著减少趋势。林家村、魏家堡、咸阳4季的径流量以及临潼站和华县站的春、夏、秋三季的径流量序列的M-K值均超过置信水平阈值-1.96；呈现显著减少趋势。在0.01置信水平上，林家村春季、临潼站春季、秋季、冬季、华县站的秋季、冬季径流量序列M-K未超过置信水平阈值-2.56；其余站点的季节径流量序列M-K超过置信水平阈值-2.56，呈现显著减少趋势。③渭河干流5站汛期和非汛期径流量系列的M-K值均小于0；5站汛期径流量的M-K值超过0.05置信水平阈值-1.96；同时5站年非汛期径流量的M-K值超过0.01置信水平阈值-2.56；表明渭河汛期和非汛期的径流量均为显著性减少趋势。④支流5个站代表的年径流量均呈现减少趋势。张家山、状头、黑峪口、涝峪口、罗敷堡超过0.05置信水平阈值-1.96，表明年径流量减少趋势显著。

表3 渭河干流及部分支流水文站1956年～2015年实测年径流量演变趋势

3.2 径流量年内分布

3.2.1 径流量季节分配特征

渭河干流水文站实测流量季节分布见图3。5站春季径流量占全年径流量的比例为14.3%～18.5%，平均为17.2%；夏季径流量占全年径流量的比例为32.8%～31.2%，平均为35.7%；秋季径流量占全年径流量的比例为38.4%～41.2%，平均为40%;冬季径流量占全年径流量的比例为2.3%～9.3%，平均为7.1%。夏秋两季径流量占全年径流量的比例为72%～83.4%，平均为75.7%。

图3 渭河干流代表性水文站实测流量季节分布

渭河干流水文站实测径流量占全年径流量比例见表4。由表4可知，秋季径流量占全年径流量的比例最大，夏季次之，冬季最小。

表4 渭河干流代表性水文站实测径流量占全年径流量比例

林家村站2001年秋季径流量为1.95亿m3，占全年径流量2.55亿m3的76.5%，为最大比例；林家村站2015年秋季径流量为0.11亿m3，占全年径流量4.71亿m3的2.3%，为最小比例。林家村站2013年夏季径流量为10.61亿m3，占全年径流量13.1亿m3的81.0%，为最大比例；林家村站2014年夏季径流量为0.16亿m3，占全年径流量5.61亿m3的2.9%，为最小比例。林家村站2015年秋季径流量为3.34亿m3，占全年径流量4.71亿m3的71%，为最大比例；林家村站2003年秋季径流量为0.04亿m3，占全年径流量10.15亿m3的0.4%，为最小比例。魏家堡站1970年冬季径流量为2.27亿m3，占全年径流量亿9.98 m3的22.7%，为最大比例；林家村站1978年秋季径流量为0.02亿m3，占全年径流量17.61亿m3的0.1%，为最小比例。林家村水文站位于宝鸡峡灌区林家村枢纽下游，不能全面反映渭河上游来水情况。

根据分析，渭河干流5站20世纪70年代、90年代春季径流量占全年的比例较大；21世纪以来春季径流量占全年的比例较小。20世纪80年代、90年代，夏季季径流量占全年的比例较大；20世纪70年代夏季径流量占全年的比例较小。20世纪70年代、21世纪以来秋季径流量占全年的比例较大；20世纪90年代秋季径流量占全年的比例最小。各站冬季径流量占全年的变化不明显。

3.2.2 实测径流量月分配特征

渭河干流水文站实测流量月分布见图4。7月～10月份径流量占全年径流量的比例较大；7月份所占比例在13.5%～17.1%；8月份所占比例在12.4%～17.6%；9月份所占比例在17.1%～20.5%；10月份所占比例在14.0%～15.3%。各站9月份平均径流量最大，林家村、魏家堡、咸阳、临潼、华县分别为：2.3亿m3、5.3亿m3、7.1亿m3、11.3亿m3、11.5亿m3。各站10月份平均径流量分别为：1.6亿m3、4.0亿m3、5.7亿m3、9.2亿m3、9.7亿m3。

图4 渭河干流水文站实测流量月分布

林家村2015年9月的径流量为0.04亿m3、1981年9月的径流量为9.19亿m3、前者仅占后者的0.44%，占平均值的1.8%。临潼站1997年9月的径流量为1.26亿m3、1964年9月的径流量为38.1亿m3、前者仅占后者3.3%，占平均值的11.2%。华县站1997年9月的径流量为1.43亿m3、1964年9月的径流量为43.79亿m3、前者仅占后者的3.27%，占多平均值的12.4%。这些也说明，即使在平均月径流量最大的9月份，渭河干流各站实测月径流量年际之间差异也较大。

4 讨论

林家村水文站位于宝鸡峡灌区渠首枢纽下游，因此，林家村水文站的径流数据不能完全反映渭河上游自然来水情况。林启才[16]通过研究认为宝鸡峡灌区农业灌溉引用渭河水对渭河生态产生了显著影响。宝鸡峡灌区以渭河为主要的水源，渠首引水每年5亿多平方米。该项工程是一项重点水利工程，缓解灌区及关中西部地区水源不足的问题，当同时也减少了渭河径流量。

姜姗姗[17]通过对关中地区1958年～2008年水文气象要素进行趋势检验分析，发现近50 a来该区域地表径流量呈现显著下降趋势,而降雨量和潜在蒸散发量没有明显的变化，说明径流的变化主要受人类活动的影响，这和本文研究成果一致。渭河流域径流变化主要由气候变化和人类活动引起，20世纪60年代～70年代，渭河流域年降水量偏多；而1990年～2000年以后降水量锐减，降水变化与径流变化的趋势一致。张树磊[18]根据近30 a植被变化分析可知，认为中国水土保持工程取得了良好的生态效果，但同时也导致流域径流量减少。

陕西渭河流域1961年～2013年的年均降水量为624.18 mm，降水整体呈减少趋势，以13.12 mm/(10 a)的速率减少；20世纪90年代后期～2013年，平均降水呈上升趋势[19]。根据陕西省水资源公报[14]，2000年～2018年，陕西黄河流域平均降水为559.2 mm，2003年平均降水最大为696.1 mm，2004年平均降水为455.6 mm。19 a中，5 a为平水年，8 a降水偏枯，6 a降水偏丰；2011年～2018年8 a中，5 a为丰水年，3 a为平水年。数据表明，新世纪陕西黄河流域降水呈增加趋势，增加趋势为3 mm/a。渭河支流的冯家山水库、石头河水库、金盆水库、羊毛湾水库、桃曲坡水库等大中型水利工程，在促进经济社会发展的同时，也客观上减少了渭河干流的径流量。

图5 陕西黄河流域平均降水(2000年～2018年)

5 结论

本文分析了1956年～2015年渭河流域径流年内分配变化及成因得到以下主要结论。

(1)渭河干流5个水文站年径流量20世纪60年代较大；70年代减少；80年代有所增加；90年代急剧减少；21世纪以来有所增大，但仍然小于多年平均值；渭河干流5站年径流量变化呈现一致性。

(2)渭河干流5站年径流量、四季径流量、汛期及非汛期径流量均呈现减少趋势。除冬季外，渭河干流下游站径流量的减少趋势大于上游站的减少趋势；越接近河口的水文站，径流量减少的趋势越明显。

(3)干流五站汛期径流量占全年的径流量都大于64%；汛期及非汛期的径流量减少趋势和年径流量减少的趋势一致。年实测径流量、汛期和非汛期的径流量均呈现为显著性减少趋势。