渭河武山站以上水沙變化特點分析

劉社強

摘要：依據渭河武山水文站及以上區域21個雨量站1975-2015年的水文觀測數據，對武山站以上區域的水沙變化及影響因素進行了分析。結果表明：①武山站以上區域降水量、徑流量、輸沙量均呈下降趨勢，以1988年為界比較，降水量減小了4.9%，徑流量減小了48.7%，輸沙量減小了36.0%；②年降水量序列不存在明顯的變化趨勢，徑流量、輸沙量分別在1988年、2004年發生了一次減少突變。

關鍵詞：水沙變化；武山站；渭河；1975-2015年

1研究區概況

渭河武山站位于甘肅省武山縣城北，于1974年7月1日設立，集水面積為8 080 km2，距河口693 km。研究區（流域）形狀近似扇形（見圖1），渭河自西北向東南流經渭源、隴西兩縣，于武山縣折轉向東。右岸植被較好，產流量大，含沙量小，主要支流有漳河、榜沙河；左岸為黃土丘陵區，植被差，產流量小，含沙量大，為該區域主要產沙區，主要支流有秦祁河、咸河。

區域內主要受大陸性季風氣候影響，年內降水極不均勻，暴雨多發生在夏秋兩季，7-8月最多。地形起伏變化較大，由降水匯流形成的洪水多為陡漲陡落型，浪大流急，水草、生活垃圾及其他漂浮物較多。

武山站測驗河段基本順直，左右兩岸均為石砌河堤，基本斷面上游約400 m處有一座公路橋，約700 m處有一處滾水壩，基本斷面下游約800 m處有一座人行便橋。測驗河段內河床組成為沙卵石，斷面沖淤變化較大，水流常因洪水來源不同在斷面左右擺動，水位流量關系受洪水漲落及沖淤的影響較大。

2水文要素變化

2.1區域降水量

由圖2可以看出，武山站以上年降水量變幅較小。由表1可知，研究區年均降水量的變化不是十分明顯，1985-1994年年均降水量比1975-1984年的小27.3mm，比多年（1975-2015年）均值小1.1 mm；1995-2004年年均降水量減幅最大，比多年均值小39.7 mm；2004年以后年均降水量有所增大，距平為2.6%。

2.2徑流量

根據武山站1975-2015年的年徑流量資料（見圖3）可以看出，徑流量減小趨勢十分明顯。由表2可知徑流量變化較為顯著，1985-1994年年均徑流量比1975-1984年的小1.562億m3：1995-2004年年均徑流量比1975-1984年的小4.889億m3，距平為-48.7%；2005-2015年年均徑流量比1975-1984年的小3.630億m3，距平為-22.5%。

2.3輸沙量

由圖4可以看出，武山站輸沙量減小趨勢也十分明顯。由表3可知輸沙量的變化與徑流量變化并不完全一致，1985-1994年年均輸沙量比1975-1984年的大330萬t；1995-2004年年均輸沙量開始減小，比1985-1994年小1 260萬t，距平為-18.6%；2004年以后輸沙量減幅加大，距平為-54.8%。

3變化成因分析

3.1突變分析

由渭河武山站以上區域年降水量、年徑流量、年輸沙量的M-K突變點檢驗可知：年降水量不存在明顯的變化趨勢：年徑流量和年輸沙量序列均存在顯著的減小趨勢，年徑流量在1988年前后發生了一次減少突變，年輸沙量在2004年前后發生了一次減少突變。

3.2降水量與徑流量、徑流量與輸沙量的關系

由圖5可以看出，在相同降水量條件下，1989年后的多數年份徑流量明顯小于1988年前的，說明武山站以上區域的降水徑流關系發生了變化。降水徑流關系的變化除受雨強變化的影響外，人類活動也是變化的主要原因。隨著水土保持、退耕還林、集雨節水工程等措施的實施，武山站以上區域2015年的植被覆蓋度與20世紀80年代相比增加了25%，這些因素的變化是導致水沙量減少的重要原因。

由圖6可以看出，在相同徑流量條件下，2005年后多數年份的輸沙量明顯小于2004年前的，說明渭河武山站以上區域的徑流量輸沙量關系也發生了變化。輸沙量的減少除與大暴雨場次、洪峰流量500 m3/s以上洪水場次及徑流量明顯減小有關外，還受人類活動因素的影響。區域內退耕還林、水土保持工程措施的實施，逐步改善了武山站以上區域的流域下墊面狀況。2004年以來，在自然和人類活動因素的綜合作用下，該區域水土流失大幅減少。

3.3水沙年內變化分析

由表4可以看出，兩系列各月平均值相比，1989-2015年年降水量、徑流量、輸沙量分別減小4.9%、48.7%、36.0%。降水量、徑流量、輸沙量的月變化各有特點。年降水量雖減少不多，但年內非汛期（1、2、4、10月）降水量增大0.3%-60.3%，其他月份降水量減小3.4%-12.2%。研究區內大部分區域土壤為超滲產流區，非汛期降水量的增大、主汛期降水量及大暴雨場次的減少均有利于土壤下滲，不利于產生地面徑流；受降雨及人類活動影響，多年平均徑流量減小48.7%，4-12月徑流量減幅均在40.0%以上，其中9月為65.0%，1-3月徑流量減幅較小，均在40.0%以下，使年內各月流量趨于“均勻”，這可能與相應月份降水量的增大有關。輸沙量的變化與降水量、降水強度、產匯流大小、植被狀況、人類活動等因素有關。多年平均輸沙量減小36.0%，5月、7-10月輸沙量減少較多，其中9月為66.7%，這與徑流量的變化一致；6月輸沙量增大5.8%，可能與人類活動因素有關。

另外，武山站洪峰流量逐年減小的趨勢明顯。根據實測資料統計，1975-1992年大部分年份的年最大流量在500 m3/s以上，年最大流量超過1 000 m3/s的年份有7 a，歷年最大洪峰流量發生在1978年，為2 480 m3/s。從1993年開始，武山站未發生洪峰流量大于1（100 m3/s的洪水，2011年最大流量僅為88.5 m3/s，大部分年份的年最大流量在500 m3/s以下。歷年（1975-2015年）最大含沙量的變化趨勢并不明顯，大部分年份最大含沙量在500 kg/m3以上，歷年最大含沙量為902 kg/m3（2002年），年最大含沙量序列中最小值發生在2014年，為376 kg/m3，說明區域內局部植被、下墊面條件差，在小范圍暴雨（驅動力）作用下，小水攜大沙的高含沙洪水并未減少。

4結語

（1）渭河武山站以上區域水、沙量均呈減少趨勢，以1988年為界比較，降水量減小了4.9%，徑流量減小了48.7%，輸沙量減小了36.0%。與徑流量、輸沙量相比，降水量減小趨勢不是十分明顯。年內各月的變化趨勢與年變化趨勢并不一致。

（2）經突變分析得知，年降水量序列不存在明顯的變化趨勢；徑流量、輸沙量分別在1988年、2004年前后發生了一次減少突變。