張昌順

(甘肅省水文站,甘肅 蘭州 730000)

1 區(qū)域自然概況

據(jù)地質(zhì)學家研究,受地球自轉(zhuǎn)離心力作用,太平洋、印度洋、歐亞板塊相向擠壓移動和右旋扭曲影響,在我國西部形成世界屋脊之稱的青藏高原與黃河流域一、二級階地。其中洮河大夏河流域位于黃河流域第一階梯東部邊緣一隅,屬海拔4 000 m以上的第一階梯向海拔1 000～2 000 m第二階梯的過渡地帶。區(qū)域內(nèi)山巒疊嶂,密布以高寒草甸叢和高寒草原,平均海拔3 000 m左右,屬流域重要水源涵養(yǎng)區(qū)。西風環(huán)流使印度洋上空的暖濕氣流爬越世界屋脊,在此區(qū)域平面東移,垂向下沉、并引起增溫和水汽蒸凝,形成了洮河大夏河流域干旱、半干旱的氣候條件。洮河大夏河均屬黃河一級支流,主要流經(jīng)甘肅省甘南州、定西市、臨夏州至劉家峽匯入黃河,相鄰兩流域分隔于瑪曲西傾山北支的太子山脈,最高峰海拔4 368 m,洮河甘肅省內(nèi)流域面積23 960 km2,徑流量46.56億 m3、年均降水345 mm,大夏河甘肅省內(nèi)流域面積7 154 km2,徑流量10.25億 m3、年均降水465 mm。區(qū)域內(nèi)太子山山峰晶瑩、山麓翠綠,降水量為區(qū)域內(nèi)極值區(qū)。

2 水資源區(qū)劃分意義

影響水資源特性的因素有很多,在無法實現(xiàn)區(qū)域全要素逐項研究的情況下,較大范圍內(nèi)水資源空間和時間分布各有不同的特征和一定范圍內(nèi)的相似性為水資源分區(qū)的變化規(guī)律提供了研究可能。水資源區(qū)劃常規(guī)方法是基于區(qū)劃內(nèi)主要指標的計算和實地調(diào)查綜合分析確定分區(qū)界限,把特定區(qū)域劃分為若干個有著明顯差異的水資源條件地區(qū),主要反映水資源的數(shù)量、質(zhì)量的差異,兼顧各部門的用水需求,開展水資源供需平衡分析以服務于區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展需要。

水資源開發(fā)利用的過程要基于尊重自然規(guī)律和經(jīng)濟合理為基礎(chǔ),統(tǒng)一區(qū)域內(nèi)水資源變化的相似性,按照變化的最大差異性進行劃分水資源分區(qū)。經(jīng)充分考慮水資源時空分布的差異與聯(lián)系,統(tǒng)籌經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境,自然規(guī)律與人工干預后,為分區(qū)制定合理的水資源可持續(xù)發(fā)展方案提供措施和建議,因時、因地制定區(qū)域工省效宏的高質(zhì)量發(fā)展方案。

3 水資源區(qū)劃分常用方法

為充分反映水資源的地區(qū)特征,通常選擇兩個以上的水資源區(qū)劃指標,以基本指標為主,輔助指標作限制。對水資源一級區(qū),以較概況和較穩(wěn)定的水資源特征值為基本指標;對較低級的單元,則以較具體的和較易改變的特征值為基本指標。對我省黃河流域水資源分區(qū)劃分基本指標是以流域完整性原則,盡可能保持河流水系的完整性,黃河干流根據(jù)主要水文站分為河段;以有利于算清水賬,有利于水資源配置和規(guī)劃為輔助指標。具體是要與全國分區(qū)相銜接,并保持與全國一致,同時也基本反映了甘肅省水資源及其開發(fā)利用條件的地區(qū)差異;合并自然條件相同的支流;按地形、地貌等下墊面條件和行政區(qū)界為輔助因素且有利于進行地表水資源的估算和水資源供需平衡分析,兼顧大型水利樞紐和重要水文站的控制作用。

4 水資源區(qū)劃常用方法應用

表1 洮河大夏河流域水資源區(qū)劃常用方法劃分統(tǒng)計表

5 資料代表性分析

在洮河大夏河區(qū)域內(nèi),選擇15個面上分布均勻的降水代表站的逐年實測資料系列,以降水量為基本指標繪制模比系數(shù)差積曲線分析各站點資料代表性,據(jù)曲線顯示,在資料系列區(qū)間內(nèi)均出現(xiàn)豐水年、平水年、枯水年轉(zhuǎn)變,且各相關(guān)站點豐枯變化較一致,所選資料代表性和一致性較好(圖1)。

圖1 洮河大夏河流域降水站點代表性分析

6 譜系群分析法計算

現(xiàn)以洮河大夏河流域水資源區(qū)劃為例對譜系群分析法的應用分析情況如下:各站組合計算相關(guān)系數(shù),然后采用逐次形成法依次進行連接合群,反復進行直到所選代表站都已合群完為止,這時,大于或等于一定置信水平下相關(guān)系數(shù)臨界值的群,即可作為水資源區(qū)劃的依據(jù)。

以降水量作為基本指標的水資源區(qū)劃分譜系群分析法步驟是:

在區(qū)域內(nèi)選擇資料較好的16個基本雨量代表站,站點布設(shè)均勻,計算泰森面積相差不大,站點密度適中,采用近30年實測降水資料相互逐站計算相關(guān)系數(shù),計算公式為:

(1)

j,k=1、2、3、...M(站號),j≠k;

i=1、2、3、...N(年號)。

根據(jù)計算得M(M-1)/2=105個相關(guān)系數(shù)。

根據(jù)從+1→-1計算相關(guān)系數(shù)確定最相似至最不相似的系數(shù)矩陣的下三角(見表2)。

表2 洮河大夏河流域依降水劃分水資源分區(qū)測站相關(guān)系數(shù)矩陣表

由105個相關(guān)系數(shù)組成一個對稱相關(guān)采用逐次形成法依次進行聯(lián)結(jié)合群,聯(lián)結(jié)合群的原則是:

若兩站在已形成群中首次出現(xiàn),這兩個站另成新群;

若兩站中一個站已在分好的群中,另一個站就計入該群;

若兩站已分別在的兩個群中,則把這兩群聯(lián)結(jié)在一起;

若兩站都已出現(xiàn)在分好的相同群中,這兩站不再分群。

通過上述方法反復進行聯(lián)結(jié)合群計算,直至所有的站都已合群完成為止。

根據(jù)實測年降水量資料系列,確定置信水平α=0.01,對顯著相關(guān)系數(shù)通過查算檢驗表得臨界值r0.01=0.65,若以0.67作為標準臨界值。

可在圖2中分為四個大群,根據(jù)測站位置將整個洮河大夏河區(qū)域分為四個大區(qū),分區(qū)降水量特征值見表3。

圖2 洮河大夏河流域依降水劃分水資源分區(qū)譜系圖

表3 洮河大夏河流域依降水量指標分區(qū)劃分統(tǒng)計表

洮河大夏河流域分數(shù)獨立的黃河一級支流,其分水嶺太子山區(qū)站點的年降水量大于700 mm,屬區(qū)域內(nèi)高值區(qū),譜系圖分析結(jié)果屬單獨的分區(qū);洮河上游、洮河中游、大夏河中上游、洮河大夏河下游共5個分區(qū)較符合區(qū)域內(nèi)降水分布特性,計算結(jié)果與區(qū)域?qū)嶋H情況符合度較高,該方法可行。

7 譜系群分析法應用

水資源區(qū)劃的指標一般以水資源的數(shù)量、質(zhì)量指標為基本指標,以影響城市生活農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水年內(nèi)的徑流分配、年最小徑流等為輔助指標,在基本指標中,水資源數(shù)量可用多年平均或不同頻率的年、月徑流量,地下水平衡量或水資源可利用量來表示;水資源質(zhì)量可用反映水質(zhì)本底情況的礦化度、總硬度、總堿度或pH值等指標來反映?；谏鲜鏊Y源區(qū)劃指標的譜系群分析法作為科學的度量標準能夠較好地反映水資源變化在同一分區(qū)的相似性和不同分區(qū)的差異性。

8 結(jié)語

(1)通過洮河大夏河區(qū)域內(nèi)測站實測資料系列的相關(guān)性分析計算,經(jīng)流域?qū)φ?相關(guān)站點降水量呈現(xiàn)較好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)法計算的分區(qū)能較好的反映區(qū)域內(nèi)各分區(qū)的降水量特點,與當?shù)氐慕邓匦?地形地貌及成雨條件吻合度較高,對水資源分區(qū)與計算提供了可行可操作的分析方法。

(2)水資源區(qū)劃的指標是多種多樣的,可根據(jù)優(yōu)先滿足生活、生態(tài)、生產(chǎn)用水需要,統(tǒng)籌選用基本指標和輔助指標的系列實測資料應用譜系群分析法計算,其結(jié)果能較科學、合理、準確的進行水資源分區(qū)劃分。

(3)雖然水資源區(qū)劃的指標有多種,對甘肅省以農(nóng)業(yè)用水需求來說,應選擇水量作為主要指標進行水資源區(qū)劃分的結(jié)果更具實際應用價值。有了水,即便來水期與用水期不適應,也可以通過調(diào)節(jié)來改變,而沒有水或水量不足則比較難以補救。水量的多寡各年雖有所不同,但就多年平均值來說,還是相對穩(wěn)定的。