1956年～2015年渭河流域徑流年內(nèi)分配特征分析

李 斌，王 莉，郝曉靜

(1.陜西省水利信息宣傳教育中心，陜西 西安 710004；2.陜西省江河水庫(kù)工作中心，陜西 西安 710018；3.陜西省城鄉(xiāng)供水安全中心，陜西 西安 710004)

0 引言

河川徑流和地表水的變化是政府部門(mén)和科技工作者關(guān)心的重要內(nèi)容。隨著人口的增長(zhǎng)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)水資源的需求日益增多，進(jìn)一步導(dǎo)致水資源供需矛盾加劇，也對(duì)河川徑流等產(chǎn)生一定影響。已有研究成果表明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)徑流影響程度大于氣候[1]。張建云院士[2-3]對(duì)中國(guó)江河徑流演變及其特征進(jìn)行了分析，認(rèn)為中國(guó)主要江河代表性水文站實(shí)測(cè)徑流量呈下降趨勢(shì)，黃河以南江河徑流量呈非顯著變化，黃河以北江河徑流量呈顯著性變化。鮑振鑫[4]等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)除源頭外，黃河流域的月徑流量整體呈減少趨勢(shì)。

習(xí)近平總書(shū)記一直很關(guān)心黃河流域的生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，并多次實(shí)地考察黃河流域生態(tài)保護(hù)和發(fā)展情況[5]。渭河是黃河最大的支流，是陜西的母親河，研究渭河水文特征對(duì)于加強(qiáng)水資源管理，優(yōu)化水資源配置有重要的意義。有許多學(xué)者對(duì)渭河的降水及徑流等進(jìn)行了研究并取得有益成果[6-9]。姚正學(xué)[10]認(rèn)為渭河流域上游年徑流和年降水下降趨勢(shì)顯著，且下游區(qū)降水和徑流的下降速率比上中游的快。孫悅[11]研究發(fā)現(xiàn)渭河上游徑流總體呈明顯下降趨勢(shì)。王小杰[12]研究發(fā)現(xiàn)渭河干流各站點(diǎn)的月徑流量均呈減少趨勢(shì)，從上游到下游，月徑流量減少趨勢(shì)的顯著性越來(lái)越弱，呈顯著性減少趨勢(shì)的月份越來(lái)越少。裴金萍[13]認(rèn)為渭河干流中游四季徑流均呈極顯著遞減趨勢(shì)，尤其是秋季徑流減少最為明顯。

本文選擇渭河中下游以及部分支流為研究區(qū)，以長(zhǎng)時(shí)間徑流序列為基礎(chǔ)，分析渭河代表站徑流量在年際、年內(nèi)、季節(jié)等分布規(guī)律，分析其變化趨勢(shì)及變化周期，以期豐富該區(qū)域水文研究?jī)?nèi)容，為渭河流域水資源的開(kāi)發(fā)利用、流域水量調(diào)度及水資源管理提供參考。

1 研究區(qū)概況及資料說(shuō)明

徑流數(shù)據(jù)來(lái)源于陜西省江河水庫(kù)工作中心統(tǒng)計(jì)資料、陜西省渭河管理手冊(cè)等資料以及歷年陜西省水資源公報(bào)[14]。所采用的測(cè)站徑流數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)審查，具有良好的周期性、代表性和一致性，可用于相應(yīng)的計(jì)算分析和變化特征研究。選取渭河干流上林家村、魏家堡、咸陽(yáng)、臨潼和華縣五個(gè)典型水文站1956年～2015年徑流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選取渭河支流上張家山、狀頭、黑峪口、澇峪口、羅敷堡六站數(shù)據(jù)1956年～2015年徑流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。汛期[15]定義為6月～10月；季節(jié)劃分按照氣象劃分，即春季3月～5月，夏季6月～8月，秋季9月～11月，冬季12月～次年2月。

圖1 研究區(qū)及站點(diǎn)分布圖

2 研究方法

本文采用線(xiàn)性回歸法、Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法分析渭河干流及代表支流徑流的年際及年代變化，分析徑流序列演變的趨勢(shì)特征及其顯著性，以及徑流序列的年內(nèi)分配規(guī)律。

3 結(jié)果分析

3.1 1956年～2015年渭河流域?qū)崪y(cè)徑流特征分析

1956年～2015年渭河干流林家村多年平均徑流量為10.73億m3；魏家堡多年平均徑流量為27.63億m3；咸陽(yáng)多年平均徑流量為38.54億m3；臨潼多年平均徑流量為65.85億m3；華縣多年平均徑流量為65.16億m3。渭河左岸涇河張家山站多年平均徑流量為12.89億m3，洛河狀頭站多年平均徑流量為6.62億m3；渭河右岸黑河黑峪口站多年平均徑流量為5.49億m3，澇河澇峪口站多年平均徑流量為1.13億m3,南山支流羅敷河羅敷口站多年平均徑流量為0.34億m3。

3.1.1 實(shí)測(cè)徑流量年代變化

按不同年代分別計(jì)算渭河干流五個(gè)典型水文站徑流量變化特征，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知：對(duì)于年徑流量，林家村站20世紀(jì)70年代、80年代大于多年平均值，90年代以來(lái)持續(xù)減少，低于多年平均值。魏家堡、咸陽(yáng)、臨潼、華縣4站20世紀(jì)60年代以前年均徑流量值最大；70年代以來(lái)減少，小于多年平均值；80年代徑流量有所增大，大于多年平均值；90年代以來(lái)，徑流量急劇下降，遠(yuǎn)小于多年平均值；進(jìn)入21世紀(jì)，徑流量數(shù)據(jù)有所增加。渭河干流5站年徑流量變化呈現(xiàn)一致性：60年代較大；70年代減少；80年代有所增加；90年代急劇減少；新世紀(jì)以來(lái)有所增大，但仍然小于多年平均值。

渭河干流實(shí)測(cè)年徑流量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。由圖2可知：①渭河干流5站實(shí)測(cè)年徑流量均呈現(xiàn)不同程度地減少趨勢(shì)。其中林家村站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.404億m3/a；魏家堡站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.547億m3/a；咸陽(yáng)站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.707億m3/a；臨潼站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.808億m3/a；華縣年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.924億m3/a。②渭河支流的年徑流量均呈現(xiàn)的減少趨勢(shì)。其中渭河左岸涇河張家山站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.186億m3/a；洛河狀頭年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.068億m3/a；渭河黑河黑峪口站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.086億m3/a；右岸澇河澇峪口站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.012億m3/a；南山支流羅敷河羅敷口站年徑流量線(xiàn)性?xún)A向率為-0.003億m3/a。

圖2 渭河干流水文站實(shí)測(cè)年徑流量變化趨勢(shì)

3.1.2 實(shí)測(cè)徑流季節(jié)及汛期變化

1956年～2015年渭河流域?qū)崪y(cè)徑流量年代變化見(jiàn)表1。林家村站汛期徑流量占年徑流量的比例為22%～95.5%，平均為77.9%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為22.1%。魏家堡站汛期徑流量占年徑流量的比例為33.4%～91.2%，平均為69.6%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為30.4%。咸陽(yáng)站汛期徑流量占年徑流量的比例為26.9%～87.7%，平均為66%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為34%。臨潼站汛期徑流量占年徑流量的比例為37.5%～84.7%，平均為64.9%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為35.1%。華縣汛期徑流量占年徑流量的比例為36.8%～86.2%，平均為66.1%；非汛期徑流量占年徑流量的比例為33.9%。干流五站汛期徑流量占全年的徑流量都大于64%；其中林家村站汛期徑流量占全年的徑流量約為70%。

表1 1956年～2015年渭河流域?qū)崪y(cè)徑流量年代變化 單位：億m3

表2為渭河干流徑流量變化情況。由表2可知，渭河干流5站年徑流量，四季徑流量、汛期及非汛期徑流量均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。①除冬季外，渭河干流下游站徑流量的減少趨勢(shì)大于上游站的減少趨勢(shì)。越接近河口的水文站，徑流量減少的趨勢(shì)越明顯。②汛期及非汛期的徑流量均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)；減少趨勢(shì)和年徑流量減少的趨勢(shì)一致。③冬季徑流量，下游臨潼站和華縣站的徑流量減少趨勢(shì)小于中游魏家堡站和咸陽(yáng)站的徑流量減少趨勢(shì)。

表2 渭河干流徑流量變化 單位：億m3/10a

采用曼肯德?tīng)柗椒z測(cè)水文站年、季節(jié)、汛期/非汛期徑流量的顯著性，見(jiàn)表3。由表3可知：①渭河干流5站年徑流量系列的M-K值均小于0,年徑流量呈減少趨勢(shì)。5站年實(shí)測(cè)徑流量的M-K值超過(guò)0.05置信水平閾值-1.96；同時(shí)5站年實(shí)測(cè)徑流量的M-K值超過(guò)0.01置信水平閾值-2.56，為顯著性減少趨勢(shì)。②渭河干流5站季節(jié)徑流量系列的M-K值均小于0，均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。在0.05置信水平上，臨潼站和華縣站的冬季徑流量序列M-K值分別為-0.51和-1.76，未超過(guò)置信水平閾值-1.96；說(shuō)明臨潼站和華縣冬季徑流量為非顯著減少趨勢(shì)。林家村、魏家堡、咸陽(yáng)4季的徑流量以及臨潼站和華縣站的春、夏、秋三季的徑流量序列的M-K值均超過(guò)置信水平閾值-1.96；呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)。在0.01置信水平上，林家村春季、臨潼站春季、秋季、冬季、華縣站的秋季、冬季徑流量序列M-K未超過(guò)置信水平閾值-2.56；其余站點(diǎn)的季節(jié)徑流量序列M-K超過(guò)置信水平閾值-2.56，呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)。③渭河干流5站汛期和非汛期徑流量系列的M-K值均小于0；5站汛期徑流量的M-K值超過(guò)0.05置信水平閾值-1.96；同時(shí)5站年非汛期徑流量的M-K值超過(guò)0.01置信水平閾值-2.56；表明渭河汛期和非汛期的徑流量均為顯著性減少趨勢(shì)。④支流5個(gè)站代表的年徑流量均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。張家山、狀頭、黑峪口、澇峪口、羅敷堡超過(guò)0.05置信水平閾值-1.96，表明年徑流量減少趨勢(shì)顯著。

表3 渭河干流及部分支流水文站1956年～2015年實(shí)測(cè)年徑流量演變趨勢(shì)

3.2 徑流量年內(nèi)分布

3.2.1 徑流量季節(jié)分配特征

渭河干流水文站實(shí)測(cè)流量季節(jié)分布見(jiàn)圖3。5站春季徑流量占全年徑流量的比例為14.3%～18.5%，平均為17.2%；夏季徑流量占全年徑流量的比例為32.8%～31.2%，平均為35.7%；秋季徑流量占全年徑流量的比例為38.4%～41.2%，平均為40%;冬季徑流量占全年徑流量的比例為2.3%～9.3%，平均為7.1%。夏秋兩季徑流量占全年徑流量的比例為72%～83.4%，平均為75.7%。

圖3 渭河干流代表性水文站實(shí)測(cè)流量季節(jié)分布

渭河干流水文站實(shí)測(cè)徑流量占全年徑流量比例見(jiàn)表4。由表4可知，秋季徑流量占全年徑流量的比例最大，夏季次之，冬季最小。

表4 渭河干流代表性水文站實(shí)測(cè)徑流量占全年徑流量比例

林家村站2001年秋季徑流量為1.95億m3，占全年徑流量2.55億m3的76.5%，為最大比例；林家村站2015年秋季徑流量為0.11億m3，占全年徑流量4.71億m3的2.3%，為最小比例。林家村站2013年夏季徑流量為10.61億m3，占全年徑流量13.1億m3的81.0%，為最大比例；林家村站2014年夏季徑流量為0.16億m3，占全年徑流量5.61億m3的2.9%，為最小比例。林家村站2015年秋季徑流量為3.34億m3，占全年徑流量4.71億m3的71%，為最大比例；林家村站2003年秋季徑流量為0.04億m3，占全年徑流量10.15億m3的0.4%，為最小比例。魏家堡站1970年冬季徑流量為2.27億m3，占全年徑流量?jī)|9.98 m3的22.7%，為最大比例；林家村站1978年秋季徑流量為0.02億m3，占全年徑流量17.61億m3的0.1%，為最小比例。林家村水文站位于寶雞峽灌區(qū)林家村樞紐下游，不能全面反映渭河上游來(lái)水情況。

根據(jù)分析，渭河干流5站20世紀(jì)70年代、90年代春季徑流量占全年的比例較大；21世紀(jì)以來(lái)春季徑流量占全年的比例較小。20世紀(jì)80年代、90年代，夏季季徑流量占全年的比例較大；20世紀(jì)70年代夏季徑流量占全年的比例較小。20世紀(jì)70年代、21世紀(jì)以來(lái)秋季徑流量占全年的比例較大；20世紀(jì)90年代秋季徑流量占全年的比例最小。各站冬季徑流量占全年的變化不明顯。

3.2.2 實(shí)測(cè)徑流量月分配特征

渭河干流水文站實(shí)測(cè)流量月分布見(jiàn)圖4。7月～10月份徑流量占全年徑流量的比例較大；7月份所占比例在13.5%～17.1%；8月份所占比例在12.4%～17.6%；9月份所占比例在17.1%～20.5%；10月份所占比例在14.0%～15.3%。各站9月份平均徑流量最大，林家村、魏家堡、咸陽(yáng)、臨潼、華縣分別為：2.3億m3、5.3億m3、7.1億m3、11.3億m3、11.5億m3。各站10月份平均徑流量分別為：1.6億m3、4.0億m3、5.7億m3、9.2億m3、9.7億m3。

圖4 渭河干流水文站實(shí)測(cè)流量月分布

林家村2015年9月的徑流量為0.04億m3、1981年9月的徑流量為9.19億m3、前者僅占后者的0.44%，占平均值的1.8%。臨潼站1997年9月的徑流量為1.26億m3、1964年9月的徑流量為38.1億m3、前者僅占后者3.3%，占平均值的11.2%。華縣站1997年9月的徑流量為1.43億m3、1964年9月的徑流量為43.79億m3、前者僅占后者的3.27%，占多平均值的12.4%。這些也說(shuō)明，即使在平均月徑流量最大的9月份，渭河干流各站實(shí)測(cè)月徑流量年際之間差異也較大。

4 討論

林家村水文站位于寶雞峽灌區(qū)渠首樞紐下游，因此，林家村水文站的徑流數(shù)據(jù)不能完全反映渭河上游自然來(lái)水情況。林啟才[16]通過(guò)研究認(rèn)為寶雞峽灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉引用渭河水對(duì)渭河生態(tài)產(chǎn)生了顯著影響。寶雞峽灌區(qū)以渭河為主要的水源，渠首引水每年5億多平方米。該項(xiàng)工程是一項(xiàng)重點(diǎn)水利工程，緩解灌區(qū)及關(guān)中西部地區(qū)水源不足的問(wèn)題，當(dāng)同時(shí)也減少了渭河徑流量。

姜姍姍[17]通過(guò)對(duì)關(guān)中地區(qū)1958年～2008年水文氣象要素進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)近50 a來(lái)該區(qū)域地表徑流量呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì),而降雨量和潛在蒸散發(fā)量沒(méi)有明顯的變化，說(shuō)明徑流的變化主要受人類(lèi)活動(dòng)的影響，這和本文研究成果一致。渭河流域徑流變化主要由氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)引起，20世紀(jì)60年代～70年代，渭河流域年降水量偏多；而1990年～2000年以后降水量銳減，降水變化與徑流變化的趨勢(shì)一致。張樹(shù)磊[18]根據(jù)近30 a植被變化分析可知，認(rèn)為中國(guó)水土保持工程取得了良好的生態(tài)效果，但同時(shí)也導(dǎo)致流域徑流量減少。

陜西渭河流域1961年～2013年的年均降水量為624.18 mm，降水整體呈減少趨勢(shì)，以13.12 mm/(10 a)的速率減少；20世紀(jì)90年代后期～2013年，平均降水呈上升趨勢(shì)[19]。根據(jù)陜西省水資源公報(bào)[14]，2000年～2018年，陜西黃河流域平均降水為559.2 mm，2003年平均降水最大為696.1 mm，2004年平均降水為455.6 mm。19 a中，5 a為平水年，8 a降水偏枯，6 a降水偏豐；2011年～2018年8 a中，5 a為豐水年，3 a為平水年。數(shù)據(jù)表明，新世紀(jì)陜西黃河流域降水呈增加趨勢(shì)，增加趨勢(shì)為3 mm/a。渭河支流的馮家山水庫(kù)、石頭河水庫(kù)、金盆水庫(kù)、羊毛灣水庫(kù)、桃曲坡水庫(kù)等大中型水利工程，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，也客觀上減少了渭河干流的徑流量。

圖5 陜西黃河流域平均降水(2000年～2018年)

5 結(jié)論

本文分析了1956年～2015年渭河流域徑流年內(nèi)分配變化及成因得到以下主要結(jié)論。

(1)渭河干流5個(gè)水文站年徑流量20世紀(jì)60年代較大；70年代減少；80年代有所增加；90年代急劇減少；21世紀(jì)以來(lái)有所增大，但仍然小于多年平均值；渭河干流5站年徑流量變化呈現(xiàn)一致性。

(2)渭河干流5站年徑流量、四季徑流量、汛期及非汛期徑流量均呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。除冬季外，渭河干流下游站徑流量的減少趨勢(shì)大于上游站的減少趨勢(shì)；越接近河口的水文站，徑流量減少的趨勢(shì)越明顯。

(3)干流五站汛期徑流量占全年的徑流量都大于64%；汛期及非汛期的徑流量減少趨勢(shì)和年徑流量減少的趨勢(shì)一致。年實(shí)測(cè)徑流量、汛期和非汛期的徑流量均呈現(xiàn)為顯著性減少趨勢(shì)。