硯瓦川流域降雨徑流泥沙變化研究

摘要? ? 本文通過黃土高塬溝壑區硯瓦川中尺度流域降雨徑流泥沙資料分析其特征，結果表明，硯瓦川流域處于半干旱地區，年降雨量主要集中在雨季，枯水期的降雨量非常少，因而年降雨量與汛期降雨量有非常相似的變化趨勢和特征。硯瓦川流域降雨量年內分配不均，降水主要在集中在7—8月，汛期降雨量占全年降雨量的77.4%。年際變化較小，趨勢不明顯。硯瓦川流域徑流量、泥沙量的變化與降雨量密切相關，具有基本相同的規律和特點。徑流量和泥沙量呈逐年減小的變化趨勢。

關鍵詞? ? 硯瓦川流域;降雨;徑流;泥沙;相關關系

中圖分類號? ? S157.1? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）11-0194-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

1? ? 區域概況與資料來源

1.1? ? 研究區域概況

硯瓦川流域地處甘肅省慶陽市西峰區、寧縣境內，系涇河二級支流，位于東經107°37′32″～107°55′00″、北緯35°30′17″～35°44′14″之間，流域總面積376.69 km2，集水區長度35 km，溝道比降1.29%，涉及西峰區、寧縣的8個鄉鎮。硯瓦川流域具有典型的黃土高塬溝壑區地貌特征，地質構造較為單一，地表基本為黃土所覆蓋。流域屬暖溫帶森林草原地帶植被類型，天然草原植被以鐵桿蒿群落和白羊草加本氏針茅群落為主。區域多年平均降雨量為544.9 mm，年際變率大，其相對年變率為19.0%;春季年變率為29.2%，夏季年變率為29.4%，秋季年變率為34.2%，冬季年變率為50.7%。降水的季節分布不均，主要集中在7—9月，約占全年降水量的68%左右，并且多以暴雨形式出現。

1976年，為探討較大流域水土保持綜合治理效益，黃河水利委員會西峰水土保持科學試驗站在硯瓦川流域出口設立徑流泥沙測站進行觀測，該站控制流域面積329.0 km2。測流設施為拋物線型量水堰，主要觀測降雨、水位、流量、泥沙（含沙量、輸沙率）、蒸發等[1-3]。在硯瓦川流域內先后布設硯瓦川、永豐、秦霸嶺、司家老戶等23處雨量站。隨著時間的變化，雨量站點有增減，2007年開始逐步恢復調整有24處雨量站進行雨量觀測至今，流域內站網密度為13.7 km2/站。

1.2? ? 資料來源

以硯瓦川流域24個雨量站1976—2017年逐日降雨量作為基本數據，雨量站位置分布見圖1。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 降雨變化特征

2.1.1? ? 降雨量年際變化。根據硯瓦川流域所布設的24個雨量站的實測降雨資料統計（圖2），流域多年平均（1976—2017年）降雨量為523.4 mm，其中降雨量最大值814.1 mm（2003年），最小值297.2 mm（1995年），極值比為2.7∶1.0。其中年降雨量≥600 mm的年份，共出現了10年，占總年數的23.8%，年降雨量≥400mm而<600 mm的有28年，占總年數的66.7%，有4年年降雨量<400 mm，占總年數的9.5%。

2.1.2? ? 降雨量年內變化。硯瓦川流域降水量年內分配高度集中，季節分配很不均勻。1976—2017年5—9月汛期降雨量為405.1 mm，占全年降雨量的77.4%。其中，7—8月降雨量為212.9 mm，占全年降雨量40.7%，占汛期降雨量的52.6%;有效降雨量338.5 mm，占全年降雨量64.7%。

2.1.3? ? 降雨量的空間分布。從硯瓦川流域來看，流域各站的降雨量均值存在一定差異。選擇1978—2017年硯瓦川流域10個站汛期降雨量資料進行分析，流域汛期平均降雨量為407.89 mm。均值最大為秦霸嶺雨量站，汛期降雨量418 mm，較流域均值大2.42%;均值最小為元馬雨量站，較流域均值小4.83%。各測站汛期降雨量自北向南略有減小。

2.2? ? 徑流泥沙變化

從硯瓦川流域各年代徑流量的變化（圖3）來看，1976—1979年年均徑流量為854.25萬m3，年均洪水徑流量為370.14萬m3;2010—2017年年均徑流量為686.69萬m3，年均洪水徑流量為275.11萬m3，較20世紀70年代年均徑流量增加了19.59%，洪水徑流量減少了25.67%。

硯瓦川流域1976—2017年的多年平均年輸沙量大約為62.57萬t，其中汛期輸沙量為61.16萬t，占全年輸沙量的97.75%，7—8月輸沙量44.39萬t，占全年輸沙量的70.94%，占汛期輸沙量72.58%;多年平均洪水輸沙量60.7萬t，占全年輸沙量的97.01%;最大年輸沙量為396.88萬t（1984年），最小年輸沙量為0.99萬t（2008年）。硯瓦川流域多年平均輸沙模數為1 901.72 t/km2。

從圖2、3可以看出，硯瓦川流域降雨量增加，徑流量和泥沙量增加;降雨量減小，徑流量和泥沙量減小。因此，降雨量與徑流量、泥沙量成正比。

2.3? ? 徑流泥沙與降雨因子回歸分析

點繪硯瓦川流域單因子降雨指標汛期降雨量、7—8月降雨量、有效降雨量、最大1 d降雨量、最大3 d降雨量、最大7 d降雨量、最大15 d降雨量、最大30 d降雨量與洪水、洪沙關系相關圖，各方程見表1。洪水徑流量與降雨因子的回歸分析表明，汛期降雨量與洪水徑流量相關性相對較高，5種模型中多項式模型相關系數最高（圖4）。

硯瓦川流域洪水徑流量與輸沙量的回歸分析表明，5種模型中多項式模型相關系數最高（圖5）。

3? ? 結論

硯瓦川流域處于半干旱地區，年降雨量主要集中在雨季，枯水期的降雨量非常少，因而年降雨量與汛期降雨量有非常相似的變化趨勢和特征[4-5]。硯瓦川流域降雨量年內分配不均，降水主要集中在7—8月，汛期降雨量占全年降雨量的77.4%。年際變化較小，趨勢不明顯。

硯瓦川流域徑流量、泥沙量變化與降雨量密切相關，具有基本相同的規律和特點[6]。徑流量和泥沙量呈逐年減小的變化趨勢。降雨因子中汛期降雨量與洪水徑流量多項式模型相關性相對較高，洪水徑流量與輸沙量有多項式相關關系。

4? ? 參考文獻

[1] 劉泉，李鵬，李占斌，等.模擬降雨條件下坡地徑流泥沙特征研究[J].水土保持研究，2015，22（3）：1-5.

[2] 展小云，曹曉萍，郭明航，等.徑流泥沙監測方法研究現狀與展望[J].中國水土保持，2017（6）：13-17.

[3] 曾赟，魏琳.土地利用和氣候變化對四川省紫色丘陵區徑流泥沙變化的影響研究[J].水土保持通報，2013，33（3）：1-6.

[4] 郭愛軍，暢建霞，王義民，等.近50年涇河流域降雨-徑流關系變化及驅動因素定量分析[J].農業工程學報，2015，31（14）：165-171.

[5] 毛德華，曹艷敏，李錦慧，等.洞庭湖入出湖徑流泥沙年內變化規律及成因分析[J].水資源與水工程學報，2017，28（1）：32-39.

[6] 蔣德麒，趙誠信，陳章霖.黃河中游小流域徑流泥沙來源初步分析[J].地理學報，1966（1）：20-36.

基金項目? ?中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室開放研究基金項目“黃土高塬溝壑區典型流域徑流輸沙對降雨的變化響應”（IWHR-SKL-KF201808）。

作者簡介? ?許小梅（1979-），女，甘肅鎮原人，高級工程師，從事水土流失動態監測與水土保持科學研究工作。

收稿日期? ?2020-02-26