金 泉,吳彥昭
(甘肅省隴南水文水資源勘測局,甘肅 成縣 742500)
西漢水位于甘肅西南部,長江上游區(qū),處于我國中心地帶。為嘉陵江一級支流,發(fā)源于甘肅天水市秦州區(qū)南部齊壽山,流經天水市齊壽鄉(xiāng)、平南鎮(zhèn)、天水鎮(zhèn),進入禮縣流經鹽官鎮(zhèn)、祁山鎮(zhèn)、永興鎮(zhèn)、城關鎮(zhèn)后折轉向南,流經石橋鎮(zhèn)、江口鄉(xiāng)、龍林鎮(zhèn)、于雷壩鎮(zhèn)急轉向東,然后進入西和縣、康縣、成縣,在陜西省略陽縣注入嘉陵江。
收集的水文氣象資料來自歷年水文年鑒[1]、甘肅省水文統(tǒng)計、甘肅省歷年水文資料整編成果、氣象局資料成果等。對各項資料經過嚴格審查,資料詳實可靠。收集到流域內及流域邊界26 處雨量站、4 處徑流站、4 處泥沙站點資料,近50 年資料。雨量站的站網密度為376 km2/站,徑流和泥沙站2446 km2/站,站點分布具有代表性。具體分布見圖1。
圖1 西漢水流域站點分布圖
選取上游的大橋雨量站,下游的鐔家壩雨量站,作為代表站對降水年內分配進行評價分析。通過分析計算得出,最大四個月(6 月 ~10 月)降水量占 60%~65%,汛期(5 月 ~10月)降水量占80%~85%,最大月降水量為7 月,降水量占全年的16%~20%,最小月降水量為12 月,降水量占全年的0.5%~0.8%。
圖2 西漢水流域降雨量年內分配變化圖
從上游到下游依次有禮縣、大橋、鐔家壩站,平洛站為支流站,根據該4 處水文站的資料,進行年內分配變化分析。西漢水徑流量年內分配很不均衡,最大四個月徑流量多集中在7 月~10 月,占年徑流量的65%~75%。汛期徑流量占全年徑流量的70%~80%,非汛期徑流占全年徑流量的20%~30%?;就邓康淖兓嗤?,具體情況見表1。
表1 西漢水非汛期、汛期徑流控制站分配情況 單位:億m3
西漢水徑流量年內季節(jié)也分配很不均衡,徑流量多集中在夏季、秋季。春季徑流量占全年徑流量的15%~20%,夏季徑流占全年徑流量的30%~35%,秋季徑流占全年徑流量的35%~40%,冬季徑流占全年徑流量的5%~12%。因而西漢水也是一個隨季節(jié)變化幅度較大的河流,具體情況見表2。
表2 西漢水季節(jié)徑流控制站分配情況 單位:億m3
泥沙監(jiān)測站和徑流站相同,通過分析計算四站的輸沙率,可以得出全年輸沙量最大的連續(xù)四個月出現在汛期6 月~9月,占全年輸沙量的56.9%。最大月份出現在7 月份,占全年輸沙量的17.8%。最小月份出現在1 月份,占全年輸沙量的2.8%。西漢水流域泥沙年內分配高度集中,極不均衡[2],輸沙量隨面積增大而增大,變化趨勢逐步放緩[3]。具體分布變化見圖3。
圖3 西漢水流域四個水文站輸沙量年內分配變化圖
采用坎德爾秩次相關法[4]再進行多年變化趨勢分析。其顯著性檢驗標準α 值選用0.1 和0.05,其U0.1/2的值為1.645,U0.05/2的值為1.96,當大于U0.05/2時變化趨勢為顯著,當小于U0.05/2大于U0.1/2為較顯著,當小于U0.1/2為不顯著。降水、徑流和泥沙都呈遞減趨勢[3][5],其中徑流和泥沙趨勢顯著[6],具體計算成果見表3。
表3 坎德爾秩次相關計算成果表
采用泰森多邊形法對全流域的面雨量計算,采用控制站面積比法求全流域的徑流、輸沙量。通過回歸分析建立回歸方程,進行年降水和年徑流對年水土流失的影響分析。
水土流失的嚴重程度,主要看輸沙量的多少。而年輸沙量反映了年水土流失狀況。為了反映年輸沙量同年降水相關性,采用1966 年~2017 年資料采用二項多項式回歸分析,年降水作為自變量,年輸沙量作為因變量,建立回歸方程為:
式中:W 為輸沙量,萬 t;P 為降水量 mm。
其回歸方程為一元二次多項式,相關系數為0.49。其相關圖為拋物線圖,見圖4,從圖可以看出年降水到達一定高點后,降水同水土流失相關程度降低。
圖4 西漢水流域泥沙降水相關圖
利用1966 年~2017 年徑流輸沙資料進行分析計算,年徑流量作為自變量,年輸沙量作為因變量,采用回歸分析法建立相關性回歸方程,其回歸方程為:
W=143.97e0.1308R
式中:W 為輸沙量,萬 t;R 為徑流量,億 m3。
泥沙同徑流相關方程為指數函數,其相關系數為0.78,其相關圖見圖5,可以看出徑流量越大對該區(qū)域的侵蝕能力越強,徑流和泥沙的關系呈正比關系。
圖5 西漢水流域徑流泥沙相關圖
從上面的分析可以看出,西漢水年水土流失和降水、徑流具有密切的相關性,徑流相關性較大。由于下墊面變化復雜,影響水土流失的因子較多,還有水利工程和植被等,為了進一步研究分析降水和徑流對泥沙變化的影響,將年降水和年徑流作為自變量,年輸沙量作為因變量,采用二次多項式回歸分析建立回歸方程,其方程為:
式中:W 為輸沙量,萬 t;R 為徑流量,億 m3;P 為降水量,mm。
表4 西漢水泥沙同降水和徑流回歸分析參數表
通過計算得出回歸方程的相關參數見表4,從表中可以得出整體相關性較好,大部分都大于0.5。為了更進一步直觀分析,繪制了三維圖形,見圖6,可以從圖中看出水土流失受徑流影響較大,受降水影響較小。當降水量最小時,徑流侵蝕力最大,當年降水增大,徑流的侵蝕力有所減小。從而可以推測出中間另一個影響因子為植被,當年降水量較好時,植被較好,徑流侵蝕能力降低,當年降水量降低時,植被變差徑流侵蝕能力增強。
圖6 西漢水流域泥沙同降水和徑流相關三維圖
通過上述的分析計算,得出西漢水流域降水、徑流和泥沙年內分配極不均勻,汛期占的比重較大。其多年變化趨勢呈減少趨勢,降水不顯著,徑流和泥沙顯著。通常認為降水和徑流對土壤的侵蝕是成正比關系,當引入年數值多因素可以看出,降水的多少同徑流的侵蝕還存在負相關的情況,主要是由降水通過對植被的影響造成,降水達到植被的需求量,也開始會對土壤的侵蝕增強。從西漢水小流域可以得出,徑流對水土的侵蝕影響較大,因而要減少水土流失最直接的辦法是降低徑流對水土的侵蝕,利用降水的有利因素恢復生態(tài)環(huán)境,增加植被的恢復,植樹造林,修建河堤工程減少徑流和降雨的侵蝕能力。