嘉陵江谈家庄站径流空间分布及演变规律研究

崔延芳

(甘肃省陇南水文水资源勘测局，甘肃 成县 742500)

社会经济的发展离不开水资源，水资源已经成为制约社会经济发展的主要因素，水资源的空间分布制约着区域经济发展。在一些水资源匮乏的地区，这种现象更加明显。特定的水源具有特定的水资源分布空间[1-4]，李怡颖、范继辉、廖莹[5]利用Spearman相关分析、Mann-Kendall对嘉陵江北碚水文站的径流、泥沙进行了分析，李姝玙[6]基于GIS软件DEM法对嘉陵江下游的径流量及水资源空间分布进行了成因分析，孟铖铖[7]构建了SWT水文模型，通过主成分分析、聚类分析法及线性回归法对嘉陵江径流量模拟计算，发现年内分配极不均匀。但是，对于嘉陵江上游的径流空间分布和演变规律研究相对较少，本文使用嘉陵江干流谈家庄水文站的长系列实测资料对径流的空间分布及变化规律进行研究，为区域内水资源合理利用提供依据。

1 流域概况

嘉陵江古称西汉水，属长江第二大支流，流域面积15.98万 km2，干流全长1 120 km，高差2 300 m，河道平均比降2.05‰，嘉陵江上游主要包括甘肃省天水、陇南、甘南3市(州)，干流主要是甘肃境内徽县、两当县，流域面积6 925 km2，全长86.2 km。

图1 嘉陵江流域水系图

嘉陵江干流自陕西凤县西南流入两当，经西坡两河口入境，至站儿巷西界区出境入徽县，沿河属地乡镇有西坡镇、站儿巷镇、显龙乡，境内流长46 km，落差160 m，平均河宽160 m。两当段嘉陵江干流流域内海拔高程在780～1 035 m之间，河床为砂砾结构。境内嘉陵江主要支流有红崖河、两当河、云屏河、三渡水等，共计137.6 km。

嘉陵江出两当县后进入徽县，是徽县境内最大的河流，纵贯县境东部，沿河属地乡镇有嘉陵镇、虞关乡，境内自嘉陵镇大山村明洞口至虞关乡吴王城长40.2 km。徽县境内嘉陵江一级支流21条，长317.9 km；二级支流177条，长792.3 km；三级支流279条，长758.2 km；四级支流136条，长298.6 km；五级支流29条，长51.7 km。

研究表明[8]，嘉陵江上游多年平均自产水量0.403 11亿 m3，占全县多年平均自产水资源量的11.3%；多年平均过境水量4.023 53亿 m3，占全县过境水资源量的49.9%；干流区地表水量为4.426 64亿 m3，占全县地表水资源量的38.1%。徽县境内嘉陵江干流面积289 km2，年径流总量14.632 7亿 m3，自产水量0.687 5亿 m3，占全县多年平均自产水资源量的10.7%；入境水量8.449亿 m3，占全县入境水资源量的68.7%；出境水量14.366亿 m3，占全县出境水资源量的78.5%；干流区地表水量为9.136 5亿 m3，占全县地表水资源量的48.8%。本文通过对嘉陵江谈家庄站的径流演变进行分析，对该区域水资源合理利用有效保障技术支撑。

2 资料与方法

2.1 资料收集

干流设有水文站两座，茨坝水文站和谈家庄水文站，均属省界断面。茨坝站位于两当县西坡镇，谈家庄站位于徽县嘉陵镇，属嘉陵江上游控制站，两站之间相距100 km左右。本次共收集到谈家庄站降水资料42站年、径流42站年。为了资料能达到使用要求，使用相关分析法，对漏测资料进行插补，经分析，系列一致，精度能满足要求。

2.2 研究方法

研究过程中主要采用常用的分析方法进行分析，径流年内分配采用集中度、集中期分析法[9]；采用轮次分析法[10]对谈家庄站径流量丰、平、枯程度分析；用线性回归法对径流变化趋势进行分析[11]，趋势检验采用Mann-Kendal非参数检验。

3 径流年内变化规律研究

3.1 研究方法

集中度、集中期是反映年内径流量集中程度的重要指标[13-14]，集中度主要是指径流量在年内的集中程度，集中期主要是指集中的时间和方位，按照径流量的的水平、垂直分量的所占的比例来衡量径流量的程度。对每年中每月的径流量按照和两个方向，计算出方位角分别是0°、30°、60°、......330°[15]，按照下列计算公式对嘉陵江上游两站的径流量年内分配集中度、集中期及径流年内分配不均匀性进行估算。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：R为年径流量，Rx、Ry为水平、垂直分量，Cv为不均匀系数。

3.2 年内分配

将该站径流实测资料进行分组，按照5 a为一组的方法，谈家庄站可以分成8组，算出每组的平均年径流量，点绘该站不同时代逐月平均流量关系曲线(图2)，从图2 可以看出，平均流量呈阶梯状增加趋势。1-3月份，平均流量趋于缓和，变化不明显，流量趋于稳定，4-6月份，流量逐渐增大，7-10月，属全年流量最大期，主要受上游降水影响，由于降水主要集中在6-10月，尤其是7-9月，在这一带，多发性暴雨持续时间较长，导致流量增大；1980-1984年间，平均流量属最大，主要是在1981年，流域内发生历史最大洪水导致。

图2 谈家庄站不同时代逐月平均流量变化趋势

对该站多年平均流量计算，得出该站流量年内分配表(表1)，从表1看出，径流量主要集中在7-10月，期间径流量占全年的68.6%，非汛期11-4月占全年径流量的26.65%，在11-12月，水量相对稳定，随后进入三个月不等的枯水期，直到4月及河流逐渐增多。

表1 谈家庄站径流量年内分配表

3.3 集中度及不均匀性计算

按照分组及前面给出的计量公式计算，该站径流量集中程度最大值在0.72，最小值0.23，平均值为0.47，极值比为3.1，从而证明该站径流年内变化较集中。径流年内变化平均Cv值为0.93，最大值为1.65，最小值为0.41，倍比为4.0,年内变化较大，点绘年内不均匀系数随年际的变化曲线如图3，Cv值变化及其明显，说明径流年内变化大，年内分配不均。

图3 谈家庄站年内径流不均匀系数变化曲线

4 径流年际变化规律分析

4.1 径流丰枯分析

轮次长和轮次和是时间序列轮次的重要特征量，对于给定的水文序列和切割水平Y,就可得到M个轮次长，即l1、l2、l3、…lm，同样就有M个轮次和与之对应，即d1、d2、d3、…dm，按照统计量：

(6)

(7)

(8)

可以给特定水文序列一个分割点，对于年径流量来说，这里给定多年平均流量为分割点Y,基于上述计算方法，可以对谈家庄站的径流的丰枯程度轮次进行分析。

通过计算该站长系列径流资料计算，得出多年平均年径流为11.76亿 m3，计算径流的轮次及负轮次，点绘轮次变化关系线如图4，距平见图5。

图4 谈家庄站年际径流轮次变化图

从图4，图5看出，该站年际径流丰水和枯水年轮次大体相当，最大负轮长为9 a，发生在1994-2002年间。大于多年平均流量的年代数为20 a，小于多年平均流量的年代数为22 a，二者较接近，说明该站年际径流丰枯程度变化不大，年际径流变化不大。通过计算计算径流变差系数Cv，得Cv值0.55,径流变化不大，Cv正好验证了的前面所述观点。从图4看出，枯水年基本以2～3 a为一个周期出现，但是水量相对稳定，变化较小。

图5 谈家庄站年际径流距平分析图

4.2 径流年际变化趋势分析

点绘该站多年径流量变化曲线(见图6)，可得到年径流量线性回归方程：y=-0.206 1x+16.191，添加多项式，可以看出，1975-1981年，这个时期径流量呈增大趋势；1981-1997年，这个时期年径流呈减少趋势；1997-2011年又呈现增大趋势；2012-2019年呈减少趋势。

图6 谈家庄站年际径流整体变化图

年径流整体呈减少趋势。主要原因是由于降水量的逐年减少，蒸发量逐年增大造成；近几年，环境保护的力度加大，水量有所上升，目前分析来看，效果还不明显，需要一个长期的过程。利用Mann-Kendal对该站径流减少趋势检验，结果表明：减小趋势不显著。

5 结语

通过分析谈家庄站的径流资料可以得出：径流量主要集中每年在7-10月，主要受上游降水量不平衡影响，径流年内变化平均Cv值为0.93，年内变化相对较大，年内分配不均匀。在本次分析的系列资料中，丰枯水年数相当，丰水年20 a、枯水年22 a；最大负轮长为9 a，发生在1994-2002年间，这期间，为该站连续枯水年。由于蒸发量增大、降水量持续减少，径流量呈逐年减少的趋势，利用Mann-Kendal法对径流减少显著性检验，结果为不显著。