主要河流地表径流演变趋势研究范文

［摘要］以甘南州境内外28处雨量站26处水文站，1956－2016年61a资料系列，采用等值线和泰森多边形对降水量变化趋势进行分析。径流量变化趋势采用径流深等值线进行分析，并分析计算全州流域分区、行政分区自产水资源量。本次研究基本摸清甘南州200条主要河流及41条重点河流水资源状况，将为甘南州水资源管理保护发挥重要基础性作用。

［关键词］泰森多边形;等值线;径流量;演变趋势;甘南州

随着全球气候变化加剧、土地利用和城镇化建设等对下垫面的剧烈改变以及水土资源开发利用的影响，甘南州水循环及生态水文过程发生了显著变化，尤其是2000年以来，随着经济社会快速发展、城镇化加速推进、退耕还林还草、大规模植树造林、土地利用格局发生了显著变化，耕地、林草地、建设用地均显著增加。下垫面条件的剧烈变化使得区域水循环过程与格局发生了时间和空间上的重大变化，局部地区产汇流机制发生了根本变化，导致河川天然径流量不同程度的减少，甘南州作为黄河和长江重要产水区，径流量减少显著。为了能及时准确掌握甘南州地表水资源情势出现的新变化，十分有必要开展全州主要河流地表径流演变趋势分析研究。

1研究区概况［1］

甘南州地处青藏高原与黄土高原过渡地带，地形地貌复杂高亢，地势西高东低，南高北低，大体由西南向东北倾斜，南部为岷迭山区，东部为丘陵山地，西北部为广阔的草甸草区。海拔1100～4900m，大部分在3000m以上。地貌可分为高山草原区、高山森林区、低山丘陵区三类。境内因地形复杂而形成高寒低温、湿润多雨的气候，长冬无夏，春秋短促。年均气温以玛曲县为最低点，向东南方向逐渐增高。全年平均气温低于10℃的低温天气，一般长达八至十个月，年均气温仅1．7℃。年均降水量568．1mm，总体趋势是以郎木寺为中心向四周递减，郎木寺为800mm，夏河、舟曲为440mm。年均蒸发量1383．3mm。日照时数2303．7h。全年无霜期仅30d左右。

2DEM数据河网提取

采用DEM数据源是由美国奋进号航天飞机于2000年2月获得的SRTMDEM，中国境内可用的数据为3″(分辨率约90m)，数据的大地平面基准为WGS84，高程基准为EGM96，垂直误差小于16m(90%置信度)。本研究采用的原始DEM数据是从CGIA－CSISRTM90m数据库下载，经过投影变换、图像拼接和边界裁剪等处理得到甘南州流域区域DEM。再借用ArcHydroTools工具提取流域水系信息，包括五个流程:DEM的预处理、水流流向确定、汇流栅格图的生成、自动生成河网以及子流域边界的划分，最终得到本课题甘南州研究区的河网水系分布。

3站网分布及资料选用

3．1河流站网分布甘南州分属黄河、长江两大流域，碌曲县郎木寺镇及一个行政村、迭部县绝大部分县域、舟曲县全境属长江流域，其余县市均为黄河流域。甘南州内有白龙江、黄河、洮河、大夏河“一江三河”流经。对流域面积大于50km2的主要河流进行了全面的调查，流域地形地貌、境内河长、平均气温、平均降水、平均海拔、河道宽度、平均流速、平均深度及河道比降等，最终确定了流域面积大于50km2的主要河流200条，重点河流41条其中黄河干流2条、洮河22条、大夏河9条、白龙江8条。

3．2资料选用及插补延长［3～5］按照设站时间早、观测系列长、资料质量好，分布均匀，代表性好的原则，共选用甘南州境内外28处雨量站、26处水文站，作为降水、径流计算依据站点。用建立线性回归、等值线内插、相关系数等方法进行了插补延长，其中对已做插补的资料，经近期资料相关检验，对个别站点重新进行了插补，从而保证了插补资料的精度，提高了系列代表性。

4降水量变化及地表径流趋势

4．1降水量变化分析［2－3］

4．1．1可靠性共选用甘南州境内外28处雨量站，作为降水计算依据站点。基础资料来自《中华人民共和国水文年鉴》、历年水文资料整编成果，气象站历年降水资料等。采用实测资料共1435站年，资料系列最长的岷县气象站有78a观测，其余站点资料系列在32～76a之间，采用的实测资料完整，真实可靠，精度较高。经过插补延长，本次分析统一采用1956－2016年61年资料系列，满足降水量分析计算的要求。

4．1．2代表性资料系列代表性直接影响水资源评价成果的质量，对1956－2015年同步期年降水量的丰枯情况以及多年系列的丰枯周期变化情况进行分析，来检验采用资料系列的代表性。选取系列较长的部分降水代表站点采用模比系数差积曲线分析系列代表性。

4．1．3等值线绘制根据各单站年降水量统计分析结果，绘制1956－2016年同步期多年平均年降水量等值线图，以反映降水量的地区分布规律。

4．1．4泰森多边形计算甘南州降水量站点相对比较均匀，本次选用周边及区域内43个降水量站点，用泰森多边形法分析计算各区间的降水量。其步骤如下:在地图上将降水观测点两两相连，构成许多三角形(包括邻近流域的测站)，形成三角形网，然后对每个三角形各边作垂直平分线，用这些垂直平分线构成以每个测站为核心的多边形。

4．1．5降水量变化分析经对甘南州“一江三河”代表降水站1956－2015年降水量资料分析计算，对各站年降水量分别进行了多年均值、近3年均值、近10a均值分析计算。

4．1．6降水量分析结果本次分析甘南州降水量等值线图计算的成果为566．3mm，用泰森多边形法计算的成果为566．0mm，两者比较接近，评价按照降水量等值线图评价计算了流域和行政降水成果，本次在行政区区域内将太子山与莲花山自然保护区单独进行计算。

4．2地表径流趋势分析［4－8］

4．2．1资料可靠性本次共选取水文站26个，其中嘉陵江11个、洮河9个、大夏河3个、渭河1个、黄河2个，共1155站年实测径流资料，其中嘉陵江445站年，洮河459站年，渭河36站年，大夏河124站年，黄河91站年。对所收集的实测径流资料进行整理、分析和审查，重点对资料的可靠性进行审查，对一些站点资料进行了还原计算或插补延长，资料插补延长，主要采用相关法通过邻站资料进行延长，相关系数大都在0．8以上，所用资料可靠，精度较高，成果可信，资料满足水资源评价的基本要求。

4．2．2资料代表性水文站年径流量系列代表性主要通过代表站年径流差积曲线对其进行分析。通过分析计算，绘制模比系数差积曲线可以看出，年径流系列总体包含了平水—最丰—偏枯—偏丰—最枯的样本，丰、平、枯基本对应，说明系列代表性很好。

4．2．3资料一致性根据相关水文技术的要求，由于人类活动改变了流域下垫面条件，导致入渗、径流、蒸发等水文要素发生一定的变化，从而造成径流的减少(或)增加。下垫面变化对产流的影响非常复杂，而在干旱半湿润地区，许多流域的径流因下垫面变化而衰减的现象普遍存在。因此，对选用站的年降水～径流关系进行分析，检查天然年径流系列的一致性。本次通过对甘南州境内主要控制水文站累积年降水量与累积年径流量的相关性分析，各站年降水～径流关系较好，资料的一致性满足计算要求。

4．2．4径流深等值线图绘制根据各单站统计分析结果，绘制了1956－2016年同步期系列多年平均天然年径流深等值线图(见图12)。绘制过程以年径流深均值点据作为基本依据，结合自然地理情况勾绘等值线。当等值线跨越较大山脉时，等值线有适当的迂回，避免横穿主山体;当等值线跨越较大河流时，避免了斜交。与以往绘制的平均年径流深等值线图进行了对照分析，对有明显差异的地区进行了分析论证或作了必要的修改。

4．2．5天然径流变化趋势经对甘南州“一江三河”控制水文站实测至2016年径流量资料分析计算，对各站年平均流量分别进行了多年均值、近3a均值、近10a均值、跳跃前均值、跳跃后均值分析计算。

4．2．6自产地表水资源量甘南州按照行政区划有7个县级行政区和2个自然保护区，水资源评价分区按照全国水资源分区，甘南州分为河源至玛曲、玛曲至龙羊峡，渭河宝鸡峡以上南岸，大夏河，洮河，白龙江6个水资源三级分区。本次采用径流累加法分析计算，即计算分区内控制站径流与非控制区径流之和，非控制站区径流借用相似流域参证站径流模数推算，最后按流域或控制站进行平差，分别编制区域、流域分区的径流累加法计算公式计算。同时用径流深等值线图进行合理性检查，直到两者误差控制在5%以内。结果显示甘南州1956－2016年系列平均自产水资源量为88．72亿m3，径流深为236．8mm。

5地表径流演变趋势原因分析

1)径流机理及特性分析:由于区域内有利的地形条件和较强烈的上升运动及一定的持续时间，不仅有大尺度的天气系统出现，造成大面积降雨或暴雨，而且中小尺度的天气系统也很活跃，地区性阵性降水次数甚多。径流补给的来源为大气降水，但由于降水的时间与空间分布的不同而形成不同的补给成分。2)气温上升:全球气候变暖使甘南州的气温、降水过程发生了显著的变化。但由于区域内各地所处位置不同，地势、地形差异较大，致使流域内的气温和降水对全球变暖的响应程度也不尽相同。流域内平均气温的逐年变化过程一般呈锯齿状高频振荡，不易看出其变化趋势。但用年平均气温与时间建立直线关系，其总体变化趋势便显现出来，总体趋势明显上升。3)降水量减少:与气温上升形成鲜明对照的是降水量减少。降水变化较温度更为复杂，减幅最大的为位于降水高值区玛曲一带，1960s降水量比1990s减少212．6mm，减幅达28．5%，平均递减率达53．2mm/10a;而位于流域西北和东北的唐乃亥则变化甚微。流域平均降水量1990s比1960s减少13．9mm，减少的速率为3．5mm/10a。由此看来，气候变暖对流域东南部降水的影响最大。4)陆地蒸发增大:在降水量大，供水充分的条件下，陆地蒸发量趋近于水面蒸发能力，因此水面蒸发量是陆地蒸发量的上限;当气候干燥，径流深很小时陆地蒸发量趋近于降水量，以降水量为下限。陆地蒸发主要受水热条件和下垫面条件制约，由于气温升高，大面积草原退化和土壤沙化，裸露地表的蒸发量必然增大。

6结语

综上所述，分析结果显示:甘南州由于主要产流区降水量显著减少，蒸发量增大，以及下垫面条件发生变化，如区域性草场退化、人类活动以及鼠害等因素使下垫面的产流条件变坏，降水下落到地面后便大量下渗存贮在土壤中，而后逐步蒸发消失。在同等降水的条件下，产生的径流量将显著减少。下垫面条件变化对径流的影响量占径流总减少量的38．7%;降水和气温变化对径流的影响量占径流总减少量的61．3%。研究结果全面、客观地反映了甘南州主要河流地表径流演变趋势的基本情况，具有很强的科学性、实用性，将为甘南州水资源管理涉及合理开发、优化配置等工作中可起到技术支撑作用，因此其社会意义明显。

参考文献

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作者：赵梅 单位：甘肃省临洮水文水资源勘测局