史慧敏

（陽(yáng)泉市水文水資源勘測(cè)站，山西 陽(yáng)泉 045000）

近年來(lái)，由于氣候變化導(dǎo)致的極端天氣頻繁發(fā)生，已經(jīng)有眾多學(xué)者對(duì)全國(guó)各區(qū)域的降水及徑流變化特性進(jìn)行了大量研究[1-5]，為了更好的掌握桃河上游的降水和徑流的變化情況，根據(jù)舊街水文站1970-2020 年51 a 的實(shí)測(cè)降水和徑流資料，對(duì)桃河上游降水和徑流的變化特性進(jìn)行分析，可以更好為陽(yáng)泉的安全度汛、水資源開(kāi)發(fā)利用、水資源合理規(guī)劃等提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

桃河屬于海河流域子牙河水系，源頭位于壽陽(yáng)縣東部的土陘嶺，自西向東橫穿陽(yáng)泉市市區(qū)，在平定縣河灘村與溫河合流后稱為綿河，全長(zhǎng)90 km，是流經(jīng)陽(yáng)泉市區(qū)最主要的河流。舊街水文站位于桃河上游，設(shè)立于1970 年6 月，桃河源頭到舊街站河流長(zhǎng)度23.9 km，流域面積274 km2，主要支流有太平溝、庫(kù)倉(cāng)溝、泉寺河、保安溝等[6]。該區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，控制流域受地形影響多有局部性暴雨洪水發(fā)生，洪水暴漲暴落，持續(xù)時(shí)間較短，徑流變化大，挾沙能力強(qiáng)，擁有典型的山溪河流特性。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

研究數(shù)據(jù)主要是舊街水文站1970-2020 年51 a的實(shí)測(cè)降水和徑流資料，采用1970-2020 年經(jīng)過(guò)山西省水文水資源勘測(cè)總站整編審查的水文資料，資料可靠，代表性良好，且具有一致性。

基于舊街水文站降水、徑流資料，采用算術(shù)平均法、滑動(dòng)平均法、線性趨勢(shì)法、M-K 趨勢(shì)分析法、雙累積曲線法、相關(guān)系數(shù)法，對(duì)桃河上游降水和徑流的年內(nèi)分配、年際變化、變化趨勢(shì)及相關(guān)關(guān)系等進(jìn)行分析。

3 研究結(jié)果

3.1 降水的變化規(guī)律

3.1.1 降水的年內(nèi)分配

桃河上游屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水主要受季風(fēng)影響，舊街站降水量年內(nèi)分配見(jiàn)圖1。

圖1 舊街站降水量年內(nèi)分配圖

根據(jù)舊街站降水量年內(nèi)分配圖可看出，桃河上游降水量在夏季和秋季較多，6～9 月（汛期）降水量占全年的73%，汛期降水主要集中于7～8 月，占全年降水量的47%；冬季和春季干旱，11～次4 月的半年，降水僅占全年的10%，12～次2 月的3 個(gè)月是全年降水最少的時(shí)期，降水量?jī)H占年降水量的3%。由此可知，桃河上游的降水年內(nèi)分配極不均勻，季節(jié)間降水量相差懸殊。

3.1.2 降水的年際變化

利用滑動(dòng)平均法和線性趨勢(shì)法對(duì)舊街站降水量的年際變化及變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 舊街站年降水量過(guò)程線圖

由圖2 可看出，桃河上游的降水量在豐、枯變化較為劇烈。最大降水量出現(xiàn)在1988 年，為806.7 mm；最小降水量出現(xiàn)在1997 年，為262.3 mm，最大年降水量是最小年降水量的3 倍。由年降水量線性趨勢(shì)線可看出，桃河上游年降水量略有增加趨勢(shì)。由5 a滑動(dòng)平均曲線可看出，桃河上游年降水量呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的波動(dòng)性，有一定的周期性。

利用M-K 趨勢(shì)分析法對(duì)舊街站的降水量變化趨勢(shì)作顯著性分析，取顯著性水平為α＝0.01，其中M-K 趨勢(shì)指標(biāo)U＝0.22，│U│＜Uα/2，說(shuō)明桃河上游近51 a 的降水呈現(xiàn)不明顯的增加趨勢(shì)。與線性趨勢(shì)法得出的結(jié)論一致。

3.2 徑流的變化規(guī)律

3.2.1 徑流的年內(nèi)分配

桃河上游徑流的來(lái)源主要為大氣降水，徑流的年內(nèi)分配主要受降雨影響，舊街站徑流年內(nèi)分配見(jiàn)圖3。

圖3 舊街站徑流年內(nèi)分配圖

根據(jù)舊街站徑流年內(nèi)分配圖可看出，在11～次4 月舊街站基本為河干狀態(tài)，5 月開(kāi)始緩慢上升，6 月開(kāi)始急劇增加，至7～8 月達(dá)到最大，9 月有所減少，10 月急劇減少，直至11 月再次回到河干。說(shuō)明桃河上游屬于季節(jié)性河流，徑流量在年內(nèi)的分配基本全部集中在汛期，6～9 月這4 個(gè)月的徑流量占全年的93%，而非汛期非常干旱，11～次4 月的6 個(gè)月基本一直處于河干狀態(tài)。由此可知，桃河上游的徑流年內(nèi)分配極不均勻，季節(jié)間徑流量相差懸殊。

3.2.2 徑流的年際變化及變化趨勢(shì)

利用滑動(dòng)平均法和線性趨勢(shì)法對(duì)舊街站徑流量的年際變化及變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 舊街站年徑流量過(guò)程線圖

由舊街站年徑流量過(guò)程線圖過(guò)程線可看出，舊街站徑流量年際變化很大，且有明顯的下降趨勢(shì)。在1977 年出現(xiàn)最大徑流量5 550 萬(wàn)m3，在2001 年出現(xiàn)最小徑流量109 萬(wàn)m3，最大年徑流量是最小年徑流量的51 倍，豐枯變化懸殊。由年徑流量線性趨勢(shì)線可看出，舊街站年徑流量呈現(xiàn)明顯的減小趨勢(shì)，線性遞減率約為每10 a 364 萬(wàn)m3。由5a 滑動(dòng)平均曲線可看出，舊街站年徑流量呈現(xiàn)帶有波動(dòng)性的減小趨勢(shì)，有一定的周期性。

利用M-K 趨勢(shì)分析法對(duì)舊街站的徑流量變化趨勢(shì)作顯著性分析，取顯著性水平為α＝0.01，其中M-K 趨勢(shì)指標(biāo)U＝-4.13，│U│＞Uα/2，說(shuō)明舊街站近47 a 的徑流呈現(xiàn)明顯的減小趨勢(shì)，通過(guò)99%顯著性檢驗(yàn)。與線性趨勢(shì)法得出的結(jié)論一致。

3.3 降水與徑流的關(guān)系

分別通過(guò)降水與徑流的累積曲線來(lái)分析降水和徑流的變化情況，結(jié)果如圖5、圖6。

圖5 舊街站降水量累積曲線

圖6 舊街站徑流量累積曲線

根據(jù)舊街站降水量累積曲線可看出，1970-2020 年舊街站的累積降水量穩(wěn)定增大，沒(méi)有出現(xiàn)較大偏差，降水量累積曲線的趨勢(shì)線為直線，其決定系數(shù)為0.999 2，說(shuō)明桃河上游降水量受到的其他因素影響不大，具有很強(qiáng)的一致性。

根據(jù)舊街站徑流量累積曲線可看出，1970-2016 年舊街站的累積徑流量的增加趨勢(shì)呈現(xiàn)分段遞減的狀態(tài)，第一階段為1970-1995 年，該時(shí)段決定系數(shù)為0.985 8；第二階段為1996-2020年，該時(shí)段決定系數(shù)為0.981 1。說(shuō)明在1996 年前后桃河上游的徑流出現(xiàn)了明顯的減少。

分別通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)階段降水徑流的相關(guān)分析，進(jìn)一步分析桃河上游降水與徑流之間的關(guān)系，結(jié)果如圖7。

圖7 舊街站降水徑流相關(guān)關(guān)系曲線

根據(jù)舊街站降水徑流相關(guān)關(guān)系曲線可以看出，第一階段1970-1995 年降水徑流關(guān)系的決定系數(shù)為0.760 6，第二階段1996-2020 年的決定系數(shù)為0.618 8，兩階段的決定系數(shù)逐漸減小，說(shuō)明在1996 年之后，徑流很可能受到了人類活動(dòng)干擾等除降水之外的因素的影響。

4 結(jié)論

（1）桃河上游降水年內(nèi)分配極不均勻，季節(jié)間降水量相差懸殊。降水量年際變化很大，呈現(xiàn)不明顯的增加趨勢(shì)。

（2）徑流年內(nèi)分配極不均勻，季節(jié)間徑流量相差懸殊。徑流量年際變化很大，有明顯的下降趨勢(shì)。

（3）桃河上游降水量變化趨勢(shì)不明顯，具有很強(qiáng)的一致性，但徑流有明顯的下降趨勢(shì)。說(shuō)明徑流很可能受到了人類活動(dòng)干擾等除降水之外的因素的影響。