張克陽，陳沫宇

（河北省張家口水文水資源勘測局，河北　張家口　075000）

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近30年來清水河上游西溝降水徑流變化及原因分析

張克陽，陳沫宇

（河北省張家口水文水資源勘測局，河北張家口075000）

摘 要：現(xiàn)階段氣候變化以及劇烈的人類活動，導致降雨-徑流形成機理及規(guī)律發(fā)生了變化。合理分析降雨-徑流變化規(guī)律及其影響因素，是水文學以及生態(tài)環(huán)境學中重要的研究領(lǐng)域。以西溝流域為例，采用統(tǒng)計學方法，在上下游歷史洪水的對比分析和年際降雨、徑流變化曲線趨勢分析的基礎(chǔ)上，建立降水-徑流雙累積曲線以及單次降雨-徑流相關(guān)圖，定量分析降雨-徑流的變化規(guī)律，進而分析總結(jié)出其影響因素。研究結(jié)果表明，西溝流域降雨呈年際波動變化，徑流呈現(xiàn)逐步減少的趨勢，2000年為徑流突變年份，這是由于降水、地下水資源開發(fā)利用、水利工程以及其他人為活動因素共同作用影響造成的。

關(guān)鍵詞：西溝流域；降雨；徑流；降雨-徑流變化

近年來，永定河上游官廳水庫入庫流量呈逐年遞減趨勢，致使官廳水庫水量減少。為改善官廳水庫面臨的水資源緊張現(xiàn)狀，海委每年都要組織上游各大水庫向官廳水庫調(diào)水。張家口地處官廳水庫上游，是其主要的供水城市，隨著張家口市經(jīng)濟的不斷

1　流域概況

西溝屬于永定河水系清水河的支流，流域面積706 km2，屬于山溪性（季節(jié)性）河流，流域狹長，呈長方形，形狀系數(shù)0.28，主流由東北流向西南，河道兩側(cè)有一些小支流交錯匯入，主河道長50.3 km，河道縱坡13.5‰，流域平均寬度14.1 km，分水嶺海拔高度在1 970 m左右。該流域位于壩上高原與壩下交界處，冷暖空氣交匯，屬于降水多發(fā)地段，降水多集中在6—9月，尤以7、8月為多，多年平均年降水量428 mm。流域?qū)儆趬紊细咴瓪夂颍昶骄鶜鉁?℃。

2　流域降雨-徑流關(guān)系分析

2.1上下游歷史洪水調(diào)查對比分析

啕來廟水文站于1983年建立，是西溝流域出口控制站，距下游清水河控制站——張家口水文站10 km。西溝流域面積占清水河流域總面積的30.7%。西溝流域含沙量較大，啕來廟站監(jiān)測到最大含沙量為915 kg/L，主要由于20世紀70、80年代過度墾荒放牧導致的水土流失嚴重、植被覆蓋率差。通過啕來廟站和張家口站歷年洪峰流量（見表1）對比發(fā)現(xiàn)，啕來廟站的洪峰總量約占下游張家口站洪量的73%。因此，分析啕來廟站的降水-徑流關(guān)系，對張家口市的城市防洪和水資源合理利用有很大意義。

表1　啕來廟站與張家口站歷年洪峰流量m3/s

2.2流域降水-徑流變化趨勢分析

筆者采用滑動平均法［3，4］檢驗實測降雨和徑流的變化趨勢，降水系列為西溝流域內(nèi)10個雨量站的1984—2013年年降水量加權(quán)平均后得到的流域面雨量，年降水量變化曲線如圖1所示。徑流量采用流域出口啕來廟站1984—2013年實測年徑流量，年徑流量變化曲線如圖2所示。經(jīng)計算，流域多年平均年降水量為398.9 mm，多年平均年徑流量為0.105 5×108m3。從圖1—2可以明顯看出，降水序列在不同年際間呈波動變化，降水量最大的年際是1994—1996年間，降水量達594.6 mm；最小的年際是1999—2001年間，為316.9 mm；年徑流量整體呈現(xiàn)遞減趨勢，2000年前呈波動變化趨勢，2000年后呈明顯減少趨勢，1984—1999年際間徑流量均值為0.159 2×108m3，而2000—2013年際間徑流量均值為0.044 2×108m3，同時年際間的最大值和最小值均呈減少趨勢。

圖1　年降水量變化曲線

圖2　年徑流量變化曲線

為更好地分析降水-徑流變化規(guī)律及影響因素，筆者采用雙累積曲線法（Double mass analysis）對降水-徑流的變化趨勢進行分析。雙累積曲線法基本思想是兩個變量按同一時間長度逐步累加，其中一個變量作為橫坐標、另一個變量作為縱坐標，其拐點可作為分析變量階段性變化的依據(jù)。當只有降水發(fā)生變化而無其他因素影響時，雙累積曲線應為一直線；當受到人類活動等其他因素影響時，曲線就會發(fā)生偏移，偏移的大小反映了人類活動影響的劇烈程度，因此降水與徑流的雙累積曲線可以揭示人類活動影響的階段性變化。年降水與年徑流雙累積曲線，如圖3所示。從圖3可以看出，雙累積曲線在1984—2013年間存在一個拐點，將整個降水徑流系列劃分為2個階段，即1984—1999和2000—2013年。對以上2個階段分別進行擬合直線，其擬合直線的斜率逐漸增大，說明以上2個階段存在明顯變化，降水對徑流的影響程度在減弱，而其他影響因素在增強。

圖3　年降水與年徑流雙累積曲線

2.3次降水-徑流關(guān)系分析

通過以上對流域降水-徑流變化趨勢分析可知，進入21世紀以來降雨-徑流關(guān)系發(fā)生了明顯變化。為進一步研究其變化規(guī)律，筆者選取了啕來廟站1994—2013年共18次較大洪水過程的降水徑流系列，并對每次洪水過程進行基流分割。由于該流流域內(nèi)沒有工礦企業(yè)用水大戶，也無大的水利攔蓄工程，所以無需進行用水量還原計算。降水系列選取域內(nèi)10個雨量站觀測的產(chǎn)生徑流的次降水量進行面雨量加權(quán)計算，點繪了次降雨-徑流相關(guān)圖，如圖4所示。從圖4可以看出，直線上方的點基本上為2000年以后的點據(jù)，這也說明從2000年以來可能有其他因素在影響降水-徑流機制的變化。

圖4　次降雨-徑流相關(guān)關(guān)系

3　降水-徑流變化影響因素分析

3.1降水影響

2000年以來，上游年度降水總量無明顯變化，汛期單次降水的雨強較小，產(chǎn)流較少，所以下游河道難以形成較大的洪峰。

3.2地下水資源開發(fā)利用影響

流域內(nèi)沒有大的工礦企業(yè)，地下水開采量主要用于人畜飲水，農(nóng)田灌溉用水大部分利用河道中的基流或潛流，地下水埋深總體呈下降趨勢，對流域內(nèi)降水入滲也會產(chǎn)生影響。

3.3水利工程影響

自2000年以來張家口市相繼實施了京津風沙源治理工程水土保持項目和《21世紀初期首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃》水土保持項目，清水河上游西溝被列為張家口市水土流失重點治理地區(qū)。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計，2000—2007年西溝小流域共投資4 000多萬元，挖魚鱗坑17萬個，修建水平溝1.5萬道，全流域內(nèi)全部實行封山育林禁牧。經(jīng)過治理，流域內(nèi)植被覆蓋率大大增加，河道內(nèi)洪水泥沙含量明顯下降，洪水發(fā)生次數(shù)有所減少，2008年以后沒有發(fā)生較大規(guī)模的洪水；同時，山坡植被增加了，降水入滲量增大了，葉面截留的水量和地表截留的水量也相應增加。在土壤含水量未達到飽和的情況下，單次降水雨強如果不是很大，產(chǎn)流也不會太大，不會形成較大的地面徑流，這也是近年來啕來廟站徑流減少的主要原因之一。

3.4其他人為影響

近年來，張家口城市改造建設(shè)力度不斷加大，加上附近高速公路的陸續(xù)建設(shè)，施工原材料的需求逐步增加。西溝河道內(nèi)淤積了大量的工程所需的沙子，一經(jīng)采砂，河道內(nèi)就形成許多大坑，也一定程度上影響了下游的來水量。

4　結(jié)語

在西溝流域1984—2013年徑流實測資料和降水量資料的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)計學方法分析徑流和降水變化趨勢，分析了其降水-徑流變化的影響因素，得到如下結(jié)論：

（1）1984—2013年降水序列在不同年際間呈波動變化，降水無明顯突變點；年徑流量整體呈現(xiàn)遞減趨勢，2000年為其突變點，同時年際間的最大值和最小值均呈減少趨勢。

（2）建立了降水-徑流雙累積曲線，可以用來檢驗人類活動對徑流的影響。結(jié)果表明，在西溝流域徑流減少的原因中，降雨對其影響不突出，人類活動在其中扮演著更為重要的作用。為進一步研究降雨-徑流變化規(guī)律，點繪1994-2013年間18次較大洪水的單次降水-徑流相關(guān)圖，結(jié)果表明，2000年以來可能有其他因素在影響降水-徑流機制的變化。

（3）基于以上降水-徑流關(guān)系分析，明確了西溝流域降水-徑流變化主要的影響因素有降水、地下水資源開發(fā)利用、水利工程影響以及其他人為影響。

筆者的研究分析是對總量影響的初步研究分析，對于降水-徑流關(guān)系相互作用機理辨識仍存在一定差距，還需要更仔細的數(shù)據(jù)及深入的研究工作，并采用多種方法進行結(jié)果的相應校核。

參考文獻

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中圖分類號：TV11；P33

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7328（2016）03-0037-04

DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2016.03.013

收稿日期：2016—04—25

作者簡介：張克陽（1970—），男，高級工程師，主要從事水文水資源研究工作。發(fā)展，該市水資源也處于十分緊張的狀況，市區(qū)的主河道清水河也逐漸干涸。為了改善張家口市區(qū)及清水河的生態(tài)環(huán)境，張家口市政府加大城市改造力度，投入大量資金對清水河進行河道改造，共修建橡膠壩33道，蓄水水量將達到300多萬m3。如今的清水河已建設(shè)成為市區(qū)的景觀河，成為張家口城市規(guī)劃建設(shè)的主線。在對清水河改造的過程中不僅要重視其生態(tài)效應，同時也不能忽略河流上游的發(fā)源地［1］。清水河發(fā)源于崇禮縣境內(nèi)，河長1 000 km，共有3條大的支流即東溝、西溝和正溝，其中西溝是清水河的主要支流。在西溝和正溝兩支流上分別建有啕來廟水文站和崇禮水文站，其中啕來廟水文站位于西溝出口處大橋村，是西溝的出口控制站。清水河歷史發(fā)生的較大規(guī)模的洪水基本上都來自西溝，這與西溝特有的地形條件有很大的關(guān)系。進入21世紀以來，隨著各級主管部門對西溝流域水土保持及河道治理工程的逐步實施，西溝流域近10多年來沒有較大洪水發(fā)生，啕來廟水文站年徑流量出現(xiàn)相對減少趨勢?；谶麃韽R水文站歷史洪水發(fā)生情況、近年洪水減少情況以及下游張家口市嚴峻的防汛形勢，筆者根據(jù)啕來廟水文站建站以來1984—2013年的實測資料，對降水-徑流關(guān)系的變化趨勢進行了分析［2］，探討歷年降水-徑流的演變規(guī)律，為下游張家口市的水資源合理開發(fā)利用以及城市橡膠壩的防洪調(diào)度提供依據(jù)。

Analysis on the Change and Reasons for the Change of Rainfall-runoff in Xigou Basin in the Upstream of Qingshui River in the Past Three Decades

ZHANG Ke-yang，CHEN Mo-yu
（Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Zhangjiakou，Hebei Province，Zhangjiakou 075000，China）

Abstract：At the present stage，climatic change and frequent human activities have caused the change of formation mecha?nism and rules of rainfall-runoff.It is a significant research field of hydrology and ecological environment study to reason?ably analyze the changing pattern of rainfall-runoff and influential factors.This research takes Xigou Basin as an example，adopting statistical method，based on contrastive analysis of the previous bloods in upstream and downstream and of the vari?ation tendency of yearly rainfall-runoff，and creates a double mass curve of rainfall-runoff and single rainfall-runoff corre?logram.It conducts a quantitative analysis on the changing pattern of rainfall-runoff and further concludes the influential factors.The results indicate that the rainfall of Xigou Basin has annual fluctuation and there is a tendency of gradual de?crease in runoff.In 2000 the runoff changed suddenly，which is caused by rainfall，development of groundwater resources，hydraulic engineering and other human activities.

Key words：Xigou Basin；rainfall；runoff；change of rainfall-runoff