气候变化和人类活动对折桥水文站水沙变化影响分析

拜亚丽

(甘肃省水环境监测中心，甘肃 兰州 730000)

1 流域概况

大夏河属黄河一级支流，发源于甘南高原甘、青交界的大不勒赫卡山南北麓。南源桑曲却卡，北源大纳昂，汇流后始称大夏河。流经夏河县、临夏县、临夏市区、东乡县，注入黄河刘家峡水库[1]。上游源区属高寒湿润的高原气候，中游为山坡丘陵区，属温带湿润气候，潮湿多雨，暴雨频繁，山地阴坡为灌丛，天然林多为不能用材的水源涵养林。下游区有大量耕地，属温带半干旱气候，干燥少雨[2]。全长203 km，流域面积7 152 km2。流域主要支流有咯河、铁龙沟、老鸦关河、大滩河、牛津河等，多年平均降水量400～900 mm，年输沙量220万 t，输沙模数374 t/km2。

2 资料和方法

2.1 资料来源

本文选取折桥水文站作为大夏河流域代表水文站。折桥水文站始建于1963 年，是大夏河入黄河的控制站。资料采用折桥水文站建站至2010年整编(年鉴)数据，进行了合理性、一致性、可靠性检查，无异常情况，资料精度符合分析要求。

2.2 研究方法

本文对折桥水文站水沙资料年际变化、年内分配、趋势及突变进行了分析，采用了年代丰枯分析法、差积曲线法、不均匀系数、集中度、斯波曼秩次检验、肯德尔检验等方法，其中趋势及突变分析计算通过王毓森开发的水文时间序列趋势与突变分析系统完成[3]。

3 水沙演变分析

3.1 年际变化分析

对折桥水文站进行各年代汛期径流量、输沙量与多年平均水沙变化统计对比(表1)。结果表明，折桥水文站80年代以前正常偏丰，80年代以后持续偏枯，说明折桥水文站径流量、输沙量年际变化规律保持同步。

表1 折桥水文站年代丰枯变化分析表

从折桥水文站实测输沙过程线(图1)可知，折桥水文站20世纪80年代以前输沙量比1980年代以后明显偏多，1980年代以来，输沙量明显偏少。

图1 折桥水文站实测输沙过程线

从折桥水文站差积曲线分析图(图2)可知，折桥水文站20世纪80年代以前输沙量呈递增趋势，此后至今一直呈递减趋势，且变化十分显著。这一结论与和王汉卿[4]、张德栋[5]的研究结论一致。

图2 折桥水文站差积曲线分析图

3.2 年内变化分析

从折桥水文站多年月平均输沙量年内分配过程线(图3)可知，大夏河折桥水文站多年月平均输沙量集中在6-10月，其中汛期多年平均输沙量占全年输沙量的92.6%。

图3 折桥水文站多年月平均输沙量年内分配过程线

进一步计算折桥水文站输沙量的年均值、汛期均值、汛期占比、汛期变幅、不均匀系数、集中度、集中期、极比和极差(表2)。结果表明，折桥水文站汛期输沙量占年比值86.3%～95.9%，说明输沙量主要集中在汛期。集中期从9月2日-25日，集中度从0.722～0.846，集中程度较高。不均匀系数从1.216～1.552，反映出折桥水文站输沙量变化并不不均。从输沙量年内变化幅度看，相对变化幅度和绝对变化幅度倍比相差悬殊。

表2 折桥水文站输沙量年内分配指标统计表

3.3 趋势变化

对折桥水文站进行输沙量趋势检验统计分析(表3)，综合判断趋势变化情况。结果表明，折桥水文站输沙量变化并不不均输沙量以8.16万 t/a的倾向率呈显著减少趋势。

表3 折桥水文站输沙量趋势分析表

3.4 突变分析

对折桥水文站进行输沙量突变分析(表4)，综合判断系列资料的变异情况，同时以突变点为界，分别计算突变前后的均值及跳跃量。结果表明，折桥水文站输沙量发生显著突变，突变点分别为1981年。

表4 折桥水文站输沙量突变成果表

3.5 水沙变化特征

统计把口控制站折桥水文站年降水量、径流量设输沙量，分析单位降水产流产沙和单位径流产沙情况(表5)。结果表明：折桥水文站每毫米降水量平均产生径流量186万 m3，产生泥沙0.54万 t，径流70年代-2000年以来减少，变幅在-18.3%～-4.58%之间，泥沙70年代-2000年以来减少，变幅在-46.6%～-6.70%之间；每立方米径流量平均产生泥沙2.91 kg，70年代、90年代增加，80年代、2000年以来减少，变幅在-41.5%～12.2%之间(图4)。

表5 折桥水文站水沙变化分析表

图4 折桥水文站水沙变化特征柱状图

4 气候变化和人类活动对折桥水文站水沙变化影响评价

本文采用乘法模型来分析气候变化和人类活动对大夏河水沙变化影响评价[6]。令：

Ws=E×P

(1)

表6 气候变化和人类活动对折桥水文站泥沙影响计算成果表

结果表明，折桥水文站80年代降水影响和人类活动影响各占2.64%和97.4%；90年代降水影响和人类活动影响各占1.78%和98.2%；2000年以来降水影响和人类活动影响各占-1.56%和102%；1981-2010年降水影响和人类活动影响各占-0.20%和99.8%，气候变化对折桥水文站泥沙的变化影响程度远小于人类活动的影响程度，人类活动是折桥水文站水沙变化的主要影响因素，这一点从黄晓明[7]、崔腾科[8]的研究成果中也能予以证明。

5 结语

(1)折桥水文站径流量、输沙量年际变化规律保持同步，80年代以前正常偏丰，80年代以后持续偏枯，且递减趋势十分显著，输沙量年内分配不均，集中在6-10月，有可能在1981年前后发生显著突变。

(2)折桥水文站每毫米降水量平均产生径流量186万 m3，产生泥沙0.54万 t，径流70年代-2000年以来减少，变幅在-18.3%～-4.58%之间，泥沙70年代-2000年以来减少，变幅在-46.6%～-6.70%之间；每立方米径流量平均产生泥沙2.91 kg，70年代、90年代增加，80年代、2000年以来减少，变幅在-41.5%～12.2%之间。

(3)以1980年之前作为基准期，定量分析结果表明：气候变化对折桥水文站水沙变化影响程度远小于人类活动的影响程度，人类活动是折桥水文站水沙变化的主要影响因素。