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青海省主要河流径流情势及水生态状况分析

2020-09-26薛建军

工程建设与设计 2020年17期
关键词:下垫面情势径流量

薛建军

(青海省水文水资源勘测局,西宁 810001)

1 引言

青海省幅员辽阔,地形多样,气候复杂,河湖众多,省内流域面积1 000km2以上的河流有200 条,水面面积在1km2以上的湖泊达242 个。孕育了长江、黄河、澜沧江、黑河等大江大河,是我国重要的水源涵养区和生态屏障。

本文主要选用青海省监测的流域面积大于1 000km2及以上的主要河流代表站长系列径流资料,分析其径流系列的时序变化和区域径流情势变化情况,进一步说明影响青海省区域年径流、汛期、非汛期径流情势变化的规律性及主要原因。

2 代表站年、汛期、非汛期天然径流量、年内年际变化

2.1 代表站年、汛期、非汛期天然径流量多年变化情势图分析

长江直门达站多年年径流、汛期径流量具有丰枯周期交替出现的变化特征,均呈明显的上升趋势,非汛期径流量占比小,且变化趋势不明显,相对平稳。

澜沧江香达站多年年径流、汛期、非汛期径流量均呈现明显或略显上升趋势,有丰枯周期交替出现的变化特征。

黄河吉迈站年径流、非汛期径流量呈上升趋势,具有丰枯变化交替出现的特征。

黄河唐乃亥站年径流、汛期径流量均呈下降趋势,非汛期径流量略显上升趋势,各时期丰枯变化较一致。

隆务河同仁站年径流、汛期、非汛期径流量均呈明显的下降趋势,具有明显的丰枯周期。

湟水西宁、民和站年径流均呈上升趋势,丰枯变化无规律。

大通河享堂站年径流、非汛期径流量略呈上升趋势,而汛期径流量呈下降趋势,丰枯周期变化较稳定【1,2】。

内陆河德令哈站、布哈河口站年径流、汛期径流量均呈明显的上升趋势,变化幅度大。而且,年径流、汛期径流变化过程线拟合性较好。

总体上,青海省大部分河流多年年径流、汛期天然径流量呈现增加的变化态势,其变化幅度明显大于非汛期,变化趋势相一致。各时期天然径流丰枯变化基本有突变现象,其主要受控于季节变化。但对于部分河流的多年径流量变化也存在较大的不确定性。如德令哈、布哈河口站年径流量与汛期径流量变化过程、趋势、变化幅度极为一致,过程线接近重合。充分说明在青海省柴达木盆地干旱区,汛期径流量占年径流的比重很大,年径流主要产生在汛期。由此表明:在同一流域的不同区域径流情势变化规律并不完全一致,存在一定差异性。详见图1。

图1 主要河流代表站年径流、汛期、非汛期径流量序列变化趋势图

2.2 代表站多年天然径流量年内、年际变化

长江流域:最大月径流量占年径流16.1%~30.7%,汛期径流占年径流65%~96.6%。

西南诸河:最大月径流占年径流20%左右,汛期径流占年径流65%左右。

黄河流域:最大月径流占年径流13.2%~21.9%,汛期径流占年径流49.4%~70.5%。其中:湟水河最大月径流占年径流13%左右,汛期径流占年径流50%左右,大通河最大月径流占年径流20%左右,汛期径流占年径流63.4%~70.5%。

西北内陆河:最大月径流占年径流15.1%~26.9%,汛期径流占年径流48.8%~81.6%。

总之,青海省主要河流天然径流量年内分配不均,年际变化较大,最大年径流量与最小年径流量的倍比2.1~11.4。最大月径流量占年径流13.2%~30.7%,汛期径流量占年径流48.8%~96.6%,非汛期(10 月~翌年 5 月)或(11 月~6 月)径流占年径流的比例较少。通过对各流域代表站多年平均天然径流量特征值计算:尤为突出的是长江、澜沧江径流量年内分配极为不均,多年平均汛期径流占年径流64.7%~96.6%,沱沱河站多年平均最大月径流占年径流比高达30.7%。而且,各流域代表站多年平均最大月径流占汛期径流的比例均在30%左右,布哈河站最大年径流量与最小年径流量的倍比高达11.4。

2.3 汛期内各月天然径流量变化分析

汛期内月径流分析在流域径流分析中也尤为重要,因为大部分洪涝灾害,道变迁主要集中发生在降水、径流大的主汛期7~8 月。除了由于年内径流大部分集中在汛期而造成年内分配极为不均外,汛期内的7~8 月最大径流与最小径流相差悬殊,年际分配最不均匀。且在汛期内,每相邻2 个月径流占汛期总径流的比例也不尽相同,年内分配和年际变化同样不均匀,并且无规律性。

长江、西北内陆河各河流汛期大多集中在6~9 月,7~8 月径流占汛期径流总量的比例要大于6~7 月、8~9 月径流占汛期总量的比例,也与年内最大月径流量大都出现在7~8 月的分析相一致。黄河流域代表站汛期大多集中在7~10 月,8~9 月径流占汛期总量的比例明显大于7~8 月、9~10 月径流占汛期总量的比例,且各月径流量的变化情势相一致,完全符合半干旱地区径流分配规律。

通过对绘制代表站汛期内各月径流量的变化过程线分析发现,汛期内各月径流变化与整个汛期变化趋势基本一致。7~8 月变幅最大,6 月、9 月、10 月变幅较小,各月径流量的波动幅度不一,长江上游各代表站整个汛期径流量均明显大于单个月径流量,相差较悬殊。说明汛期内各月径流分布相对均匀。通过对长江流域直门达站、澜沧江香达站、西北内陆河的格尔木、德令哈、布哈河口各站的多年汛期内各月变化过程线分析发现,汛期内径流变化幅度最为突出的是7~8 月,年内分配极不均匀。尤为突出的是西北内陆的格尔木河、巴音河、布哈河站7~8 月径流量占整个汛期径流量比例。而黄河流域的各站整个汛期径流量相比汛期内各月径流量相差幅度不是很大,年内变化也相对均匀,径流多年变化还略显递减趋势。其主要原因是受降水条件、蒸发、流域自然地理特征、人类活动等影响。

3 河道径流情势变化原因分析

通常影响河流年径流空间差异的主要原因是水文下垫面:如流域的地形、地貌、土壤类型、植被条件、土地利用状况和流域前期储水特征的空间差异性。

径流是气候要素和下垫面共同作用的产物,如:地势高、气温低、蒸发量小,则径流量大。反之,地势低平,气温高,蒸发大,则径流量就少。而地形坡度又是下垫面中径流影响最明显的要素,人们曾发现在几乎相同的气候和下垫面条件下,陡坡流域的径流量要比缓坡径流大。这是因为陡坡流域地表径流流速大,则下渗和蒸发损失小于缓坡流域。在较大尺度,高度、坡度及气候因素(如:降水、蒸发、气温的影响)也间接影响到径流量。其中,降水是影响径流的最基本因素。因此,以主要河流代表站多年年径流与其代表站控制集水面积以上的面雨量做相关分析来说明。

面雨量计算方法:选择径流代表站控制集水面积以上具有多年降水观测资料的站点(包括水文站、气象站、雨量站),采用泰森多边形面积权重法计算出代表站集水面积以上区域的多年面雨量(限于资料情况,个别站面雨量采用算术平均法计算)。然后,通过对主要河流代表站多年(1956—2016 年)年径流与其对应的面雨量建立一元相关方程得出,相关系数为0.6~0.8。

从相关计算结果发现,径流受降水影响的因素占60%以上。另选用长江、黄河等流域主要河流代表站的多年径流量与多年水面蒸发量进行回归分析,相关系数却在0.15~0.35 之间。显然,影响径流变化的因素主要是降水,其次才与气温、蒸发、下垫面等多因素影响变化有关,其综合影响因素占比在40%以下。充分说明青海省河流径流情势变化与蒸发、气温、下垫面等因素影响均关系不大,主要影响因素是降水。

青海省又是三江源的发源地,长江、澜沧江源区属于国家级生态敏感区。20 世纪90 年代以后,由于国家对生态环境保护的重视,人类活动影响被限制,河流径流主要受气候、地貌、土壤、植被等自然条件的作用,在长江、黄河上游河道水量基本维持天然状态。仅在黄河谷地,由于人口密集,水资源开发利用率高及西北诸河的柴达木盆地由于资源性开发造成下垫面因素改变,从而影响了径流情势的改变。

4 结语

青海省主要河流多年径流、汛期径流年内分配不均,年际变化较大。河流汛期大多集中在6~9 月、7~10 月,主汛期为7、8 月。多年径流与相应汛期径流变化趋势基本一致。西北诸河柴达木盆地各河流汛期内各月变化幅度最大,占汛期总量的比例也最大。黄河流域除了大通河各站汛期为6~9 月外,其余各站连续最大4 个月径流大多出现在7~10 月,滞后支流1 个月。而且,汛期内各月径流占汛期总量比相对较小,分布也较均匀。对所选代表站点系列资料进行不同时段径流量计算结果得到:从20 世纪80 年代开始无论是年径流量、汛期与非汛期径流量较多年均值有不同程度增加,说明水源生态环境在转好,径流量也随之增加。影响径流变化的主要因素是降水,其他如气温、蒸发等气候因素及受生态环境影响程度相对较小。

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