黑河金盆水庫入庫徑流水文特征分析

摘要以黑河金盆水庫為研究對象，以1954～2007年的入庫徑流數據為數據源，采用游程理論、模比系數變差差積對金盆水庫的徑流年際特征以及徑流年內分布特征進行了研究。結果表明，黑河金盆水庫年際徑流豐枯變化劇烈，最大年徑流量與最小年徑流量相差6倍以上；1991年以后，入庫徑流呈現明顯的下降趨勢，17年間枯水年占82%以上，未出現連豐年，可以得出金盆水庫目前正處于枯水期，易發生少水事件，易發生連枯現象；在年內徑流分布方面，徑流分布表現出明顯的季節特點，65%以上的徑流集中于夏季，冬季僅有8%的徑流。

關鍵詞黑河金盆水庫；年徑流量；水文特征；游程理論；模比系數差積曲線

中圖分類號S271文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）05-190-02

基金項目水利部公益性行業科學專項（201301084）。

作者簡介喬亮（1983- ），男，甘肅臨夏人，博士研究生，研究方向：水資源配置。*通訊作者，教授，博士，博士生導師，從事水文水資源研究。

收稿日期2014-12-23

西安市位于中國大陸腹地黃河流域中部的關中盆地，截止2011年底，西安市人口為846.78萬人，全市國民生產總值為3758.77億元，占陜西省國民生產總值的30.04%，是陜西省的經濟核心[1]。在國務院發布《關中-天水經濟區發展規劃》中，計劃將西安打造成人口超1 000萬的國際化大都市[2]，西安的地位在西北乃至全國達到了一個更高的層次。隨著西安地位的提升，西安的飲水安全再次成為人們關注的熱點。在20世紀90年代，西安經歷了一段嚴重的水荒，西安曾是我國最為缺水的城市之一。2001年黑河飲水工程建成，西安的城市用水問題得以解決。黑河也因此被稱作八百萬西安人的生命河。

黑河水源地位于陜西省周至縣境內，是渭河以南最大的水庫，其流域總面積為1 481 km2，年平均徑流量為6.67億m3。黑河金盆水利樞紐是整個引水系統中最主要的水源地，它是一項以城市供水為主，兼有防洪調蓄、發電、農灌等綜合效益的大型水利工程，總庫容為2億m3，年調節水量為4.28億m3，其中給城市供水3.05億m3，日平均供水80萬m3。金盆水庫的重要性在于它是西安市的最主要水源，占全市供水總量的80%以上。研究黑河金盆水庫徑流變化特征和趨勢，對于促進西安合理用水、保障西安用水安全具有重要的現實意義。

游程理論和模比系數差積曲線方法在徑流分析方面有廣泛的應用[3-6]。如葛彩蓮采用游程理論對無定河的徑流進行游程概率分析，對無定河干旱產生的趨勢進行了預測[4]；張繼勇等采用模比系數差積曲線對大通河的年徑流量變化趨勢進行了研究[5]。通過研究游程理論和模比系數差積曲線在徑流周期性分析和變化趨勢預測中均有較好的效果。

筆者以黑河金盆水庫為研究對象，以1954～2007年的入庫徑流數據為數據源，采用游程理論、模比系數變差差積對金盆水庫的徑流年際特征以及徑流年內分布特征進行了研究。

1資料與方法

選取1954～2007年的黑河金盆水庫入庫徑流量數據，重點運用游程理論和模比系數差積曲線方法對黑河金盆水庫徑流的年際演變特征進行了分析，對豐枯趨勢作了初步預測；然后采用統計方法分析黑河金盆水庫徑流逐月變化情況。

游程理論可以用于年徑流量的連豐及連枯特征分析，它是指在連續出現的同類事件中，在它的前后是另外一類事件。在水文豐枯變化分析中，將多年平均來水量作為標準量，凡年際來水量大于標準量的，具有正變差，屬于豐水年；年際來水量小于標準量的，具有負變差，屬于枯水年。當連續出現正變差或負變差時，則屬于

連豐年或連枯年，連豐年稱為正游程，連枯年則稱為負游程[4]。

為了更加直觀地反映豐枯變化趨勢，在此采用徑流量模比系數差積曲線法進行分析。根據模比系數差值有正有負的特點，當模比系數差值持續增大時，表明該時段內徑流量持續增加；當模比系數差值持續減少時，表明該時段內徑流量距平持續減少。根據這一理論，通過模比系數差積曲線可以較為直觀而準確地確定徑流量年際變化趨勢[7]。徑流量模比系數差積曲線的繪制依據以下步驟進行：①計算年徑流量模比系數。徑流量模比系數（Ki）可以表示為公式Ki=Qi/Q0，即第i年徑流量（Qi）與多年平均徑流量（Q0）之比表示；②按照公式ΔKi=Ki-1計算第i年的徑流量模比系數差值（△Ki）；③依照公式Ht=ti=1（Ki-1）=ti=1ΔKi（t=1，2，3，…，n）計算模比系數差積（Ht），繪制模比系數差積曲線[5]。

2黑河金盆水庫入庫徑流量年際演變規律

2.1徑流量變化幅度分析

根據收集到的1954～2007年的來水量統計數據，繪制黑河金盆水庫來水頻率曲線（圖1），發現黑河金盆水庫年徑流量的豐枯變化劇烈，離差系數達0.425，偏差系數達0.858；年徑流量均值為59 409.08萬m3，來水量大于平均值年份占總年份的44.29%，最小年徑流量為2002年的20 236萬m3，最大年徑流量為1981年的124 972萬m3。

2.2徑流量連續豐枯變化分析

統計金盆水庫的豐枯變化發現，在全部樣本的54年中，豐水年為25年，豐水比率為46.3%，其中1954～1980、1981～2007、1991～2007年豐水年比例分別為51.85%、40.74%、17.65%；枯水年為29年，枯水比率為53.7%，枯水比率稍大于豐水比率，其中1954～1980、1981～2007、1991～2007年枯水年比例分別為48.15%、59.26%、82.35%。在豐水年和枯水年的年數對比上，1954～1980年豐、枯水年是基本相等的，豐水年的比例還稍高于枯水年比例；1981～2007年枯水年已明顯大于豐水年的年數。而這種差距在1991～2007年變得非常大，枯水年年數接近于5倍豐水年數，枯水年的比例達82.35%。從不同時期枯水年所占的比例可以看出，近年來黑河金盆水庫絕大多數年份年度來水量低于歷史平均水平。從連豐和連枯的年份數量來看，54年中出現2年以上連豐的情況僅有5次；大于5年的連豐年有3次，2次均出現在1954～1964年；而1991年以來未出現連豐年。研究期內出現連枯年大于2年的次數共有6次，其中連枯4年的出現了2次，連枯6年和7年的各出現了1次；連枯最長的7年出現在1991～1997年。

2.3入庫徑流演變的趨勢分析

從黑河金盆水庫1954～2007年序列徑流量模比系數差積曲線（圖2）可以看出，1954～1964年的11年中，金盆水庫入庫徑流基本保持了上升的趨勢，趨于豐水；1964～1979年徑流量模比系數差積處于下降狀態，趨于枯水；1980～1984年則顯示出急速增長的趨勢，這5年是金盆水庫少有的徑流量快速增多的年份；1985～1990年則基本呈現了穩中有升的狀態，模比系數差積在1990年達到最高值；自1991年以后，模比系數差積呈現出快速下降的勢態，甚至在2002年出現負值，說明1991年后徑流量明顯減少，顯現出枯水年增多的趨勢。

3黑河金盆水庫入庫徑流年內演變規律分析

由于地處大陸半干旱氣候帶，金盆水庫的入庫徑流具有明顯的季節性變化，從其逐月徑流量變化（表1）可以看出，黑河金盆水庫的年內豐水期主要在7、8、9和10月4個月份，4個月的入庫徑流合計達到全年徑流量的65.29%；其中7月徑流量最大，占全年徑流量的19.157%；而年內枯水期主要是12、1、2和3月4個月份，其入庫徑流合計僅為全年入庫徑流的8.06%。從逐月的最大月徑流量與最小月徑流量的比值可以看出，5、6、8和12月的比值較大，說明這4個月的徑流變化激烈，易出現汛情和旱情。

4小結

（1）在近半個多世紀，黑河金盆水庫入庫徑流量豐枯變化劇烈，離差系數達0.425，偏差系數為0.858，最大年徑流量與最小年徑流量相差6倍。

（2）通過游程理論分析，雖然總體看來黑河金盆水庫的豐水年和枯水年的數量以及連豐年和連枯年出現的次數基本持平，但在近20年來枯水年出現的次數遠遠高于豐水年

的次數，1991～2007年的17年間枯水年占82%以上，未出現連豐年。可見金盆水庫目前正處于枯水期，易發生少水事件，易發生連枯現象。

（3）年徑流量在研究期內的大體變化趨勢處于波動狀態，1954～1964年入庫徑流基本保持了上升的趨勢；1964～1979年徑流量模比系數差積處于下降狀態；1980～1984年則顯示出急速增長的趨勢；1985～1990年基本呈現了穩中有升的狀態； 自1991年以后，模比系數差積呈現出快速下降的勢態，甚至在2002年出現負值，說明1991年后徑流量明顯減少，顯現出枯水年增多的趨勢。

（4）從月徑流量分析可以看出，黑河金盆水庫徑流主要集中于夏季的6～9月份，屬于豐水季；12月～次年3月徑流偏少，屬于枯水季；5、6、8和12月的徑流變化激烈，易出現汛情和旱情，需要重點監控。

參考文獻

[1] 陜西省統計局.2012，陜西省統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2012.

[2] 國務院.關中-天水經濟區發展規劃[EB/OL].（2009）http：//www.shaanxi.gov.cn/0/1/6/17/786/68552.htm.

[3] 郭純一，李成林，趙鳳偉.柴河水庫入庫徑流變化特征分析[J].東北水利水電，2009（5）：30-33.

[4] 葛彩蓮.應用游程理論分析無定河流域氣象干旱[J].水利科技與經濟，2012，18（9）：58-59.

[5] 張繼勇，侯曉明.大通河流域徑流分析及水資源評價[J].人民黃河，1997（12）：29-32.

[6] 孫美平，李忠勤，姚曉軍，等.1959-2008年烏魯木齊河源1號冰川融水徑流變化及其原因[J].自然資源學報，2012，27（4）：650-660.

[7] 肖德順，趙義峰，安志清.伊犁地區降水特征及變化趨勢分析[J].干旱區資源與環境，2006，20（4）：47-50.

責任編輯黃小燕責任校對李巖