降雨径流洪水（精选7篇）
降雨径流洪水 篇1
摘要：降雨径流型洪水预报是目前中小河流普遍采用的预报方法, 该方法受流域下垫面影响较大, 流域下垫面种类、分布都对雨水下渗、蒸发产生直接影响。文章在传统流域汇流单位线理论基础上利用相关图和回归方程提出了部分产流复杂流域降雨径流预报方法。该方法基于洪水主要影响因素, 实现手段简便, 物理成因明确, 手段符合理论要求, 为提高流域洪水预报精度有一定参考借鉴作用。
关键词：中小流域,下垫面,产汇流影响,相关图,预报模型
1降雨径流预报介绍
针对某一流域, 降雨须经过蒸发、下渗、坡地产流和河槽汇流几个阶段才能形成一次洪水过程, 见图1。
一次降雨形成径流可分为地面径流 (图2中1、2部分) 和地下径流 (图2中3、4部分) , 地下径流分浅层和深层地下径流, 深层地下径流由前期降雨形成。降雨径流预报法就是根据已知降雨情况来推求其产生的洪水过程。
2降雨径流预报影响因素
自然地理、气象和土壤湿润程度是影响降雨在地面形成径流的主要因素。气象因素包括降雨量级、强度、降雨在时间和空间上的分布等;流域自然地理特性包括流域面积、植被覆盖率、土壤结构等;流域降雨前期土壤湿润情况是影响降雨产流的重要因素, 因为其直接决定着下渗损失雨量的大小。上述影响因素成因复杂, 均难以定量掌握。
3示例流域介绍
永翠河流域位于伊春市带岭区, 流域面积约677km2, 河长67km。流域地貌属小兴安岭山地, 植被良好, 地下水丰富。流域为黑龙江省暴雨中心之一。流域位于黑龙江省多年冻土分区南部边缘, 年内土壤11月结冻, 第二年4月解冻。一些山地阴坡或塔头地带, 年内始终存在小兴安岭岛状冻土, 最大冻土深约2.5m, 冻土总体分布自上游至下游面积、深度逐渐减小。流域冻土导致降雨下渗异常, 透水较差, 冻土融冻时吸收热量, 抑制蒸发, 实际蒸发小于正常蒸发, 土壤含水量大于无冻土区。该区域因冻土存在使降雨下渗情况更加区域复杂化, 难以用单一方法来预报其降雨产流过程。
4预报方法介绍
流域下垫面影响因素复杂, 其产汇流规律复杂多变, 根据流域特性, 采用降雨~洪峰流量相关图和拟合预报方程法来预报流域洪峰流量。
4.1相关图绘制
预报影响因素之间的经验相关图间接反应了因素对洪水的影响情况, 在明确主要影响预报要素因子时该方法是较实用的预报方法。经分析, 选择场次降雨量和流域前期土壤含水量与洪峰流量建立相关关系 (见图3) , 相关点据48个。图3点据分四个带状, 共定出4条相关线。1、2号线间部分点据降雨强度均小于0.5mm/h, 降雨中心多数在流域上游区域, 洪峰流量偏小。2、3号线间降雨强度在0.5-1.0mm/h之间, 降雨中心在流域中、下游。3、4号线间降雨强度在1.0-8.0mm/h之间, 洪峰流量与同级降雨相比偏大。
4.2回归方程模型法预报
选择上述实测点据, 利用降雨强度 (pi) 、流域冻土深度 (hi) 、平均雨量、前期土壤含水量 (Pa) 与洪峰流量 (qm) 建立相关拟合分析方程。预报方程为:
式中:X为系数, C为常数, 利用实测点据率定出方程系数后预报方程为:。洪水拟合见表1, 合格率为62%, 达到丙级预报标准。
5结束语
(1) 受冻土影响流域的下垫面环境复杂多变, 在降雨蓄渗、产流方面直接影响着流域洪水规律特征。由于冻土分布面积和埋藏深度的不确定性, 使得传统单一理论的洪水预报方法难以在该流域得以应用, 因此, 必须考虑采用多种方法结合使用来进行冻土影响流域的洪水预报。
(2) 文章所述洪水预报方法在实际工作中得到较好的应用效果。实际使用时首先根据流域的值、降雨强度和降雨中心位置等参数, 在相关图上选择适宜的线型初步确定预报洪峰流量, 然后再选择预报方程法进行洪峰流量预报计算。方程计算值与查图值如果接近 (差值小于查图值的20%) 则取二者的均值作为正式预报结果;否则应进一步综合分析修正预报结果。
(3) 文章采用相关图法和预报模型法分别从经验相关和数理统计两个方面对示例流域的洪水预报方法进行了分析。由于有效预报因子较少, 加之对流域冻土特性规律掌握不够全面等原因, 预报方程历史拟合精度较低, 今后还有待对冻土影响流域的洪水预报方法进行深入探讨研究。
参考文献
[1]邓先俊.陆地水文学[M].北京:水利电力出版社, 1984:61-114.
[2]李慧珑.水文预报[M].北京:水利电力出版社, 1979:60-122.
[3]伊春市统计局.伊春市统计年鉴[Z].2011.
降雨径流洪水 篇2
关键词：洪水预报,降雨径流相关模型,丹江口水库,短期预报
1 流域概况
汉江流域水系成叶脉状,自上而下主要支流有任河、洵河、甲河、堵河、丹江、南河、唐白河等。丹江口以上为上游,丹江口水利枢纽位于汉江与支流丹江汇合口下的丹江口市,水库控制流域面积95 200 km2。汉江流域属东亚副热带季风区,气旋雨较多,年降雨量为700～1 100 mm,自上而下递增。汛期降水约占全年降水的75%～80%,主要集中于5-10月,年降水量的变差系数Cv值为0.20～0.25。年径流的地区分布与降水量大体一致,由于陆地蒸发的地区分布于降水量相反,使得年径流深的地区分布不均匀。流域内径流深为300～900 mm。降雨径流在地域及时间分布上的不均匀性决定了水文预报[1,2]调度的重要性。主要承担防洪任务的丹江口水库加高后防洪标准提高到1 000年一遇,作为长江中下游的一道安全屏障为长江防洪减压,洪水预报决策支持系统对丹江口水库拦洪削峰作用的有效实施具有重要的意义。
2 模型建立
API(Antecedent Precipitation Index)模型又称前期影响雨量模型,以流域降雨产流的物理机理为基础,以主要影响因素作参变量,建立降雨量P与产流量R之间定量的相关关系。降雨-前期影响雨量-径流相关图[3]加经验单位线法在API模型的基础上作出适当简化及改进[4,5],广泛应用于我国洪水预报的实际生产项目。丹江口水库在多年洪水预报[6]的实践工作中已形成大量宝贵的预报经验及观测数据,本文在前人工作的基础之上进行分析归纳提炼总结,对基于该API模型的常规经验预报方法重新建立并完善,并构建一套适合计算机处理的短期洪水预报应用软件,该软件已与湖北电网水库调度自动化系统进行综合集成。实际应用效果证明,该模型运行稳定成果优良。预报模型的基本结构如图1所示。
如图1所示,降雨径流经验相关模型计算主要包括以下几个步骤。
(1)降雨量计算。各分区的有效降雨PE为降水量P与蒸发量E之差,即:
式中:PEt为t时段有效降雨量;Pt为t时段降水量;Et为t时段蒸发量。
式中:EMt为蒸散发能力,即蒸发器实测水面蒸发量;KC为流域蒸发能力系数。
(2)前期影响雨量计算。降雨开始时,流域内包气带土壤含水量的大小是影响降雨形成径流的一个重要因素。土壤含水量的实测资料很少,即使有也只能代表点的情况,不能代表土壤含水量在流域分布的复杂规律。因此,水文学上用间接的方法来表示流域的土壤含水量。目前,常用的方法有2种,一种是前期影响雨量Pa,另一种是流域的蓄水量W。前者计算公式如下:
式中:Pat为第t日的前期影响雨量,mm;K为土壤含水量的日消退系数。Pa值不应大于流域最大蓄水量Im。
(3)产流计算。流域产流影响因素众多,其机制和过程相当复杂。丹江口水库经过多年的实践,建立了基于降雨(P)、前期影响雨量(Pa)和产流量(R)3者关系的降雨径流经验相关图。图2绘制出丹江口水库流域1分区的Pa～P～R三变相相关图(其他2～12分区情况类似)。
根据任意前期影响雨量Pa(0≤Pa≤Im)和流域的降雨P,进行线性插值后便可计算出产流量R。
(4)径流划分。由于地面径流和地下径流的汇流特性不同,通过稳渗率fc可将总径流量R划分为地面径流RS和地下径流RG,即R=RS+RG,以便分别进行汇流计算。
按蓄满产流模型,只有当包气带达到田间持水量,即包气带蓄满后才产流,此时的下渗率为稳定下渗率fc,单位为mm/s。
当PΔt-EΔt ≥ fc Δt时,产生地面径流,下渗的水量fc Δt在产流面积上形成的地下径流RGΔt为:
当PΔt-EΔt<fc Δt时,不产生地面径流,PΔt-EΔt全部下渗,在产流面积上形成的地下径流RGΔt为:
(5)地面、地下径流汇流过程计算。丹江口以上流域面积大,降雨和损失不均匀,情况比较复杂。地面汇流采用经验单位线法,一般若降雨强度较大,则相应洪水大且汇流速度快,由此类洪水分析得出的时段单位线峰值较高,峰现时间较早;反之峰值较低,峰现时间滞后。当暴雨中心在上游时,由于汇流路径长,河网对洪水的调蓄作用大,分析的时段单位线峰值较低,峰现时间滞后;反之峰值较高,峰现时间较早。因此各分区单位线按暴雨中心位置和净雨量大小分类型编制,如图3所示。各分区针对不同的降雨特性选择不同的单位线进行地面汇流,得到地面汇流过程QS。
地下径流经过地下水库的调蓄作用(用消退系数KKG表示),成为地下水对河网的总入,其计算公式为:
式中:QGt为t时段地下径流对河网的总入流;KKG为地下径流的消退系数,经率定,丹江口流域取0.8;U为单位转换系数,U=A/(3.6Δt);A为区块面积。
将各分区的地面径流与地下径流线性叠加,即得各分区总的汇流过程。
3 实例应用与精度评定
由于丹江口水库以上流域面积较大,形状狭长,降雨极不均匀,在进行丹江口水库短期洪水预报系统的研制工作中,针对降雨径流经验相关方案以及各区域不同的水文气象特点,将水库以上流域分为12个经验分区分别考虑,沿河段的区间入流可简化为各单元支流的入口处。对于各个单区,产流采取降雨径流经验相关法,即根据该区前期土壤含水量指标及降雨量,利用该区降雨径流经验相关图P～Pa～R,查算出产流量R。地面汇流采取经验单位线汇流,地下径流采用线性水库进行汇流计算。
预报模型中单位计算时段长度的选择,对预报洪水的过程线形状以及洪峰大小均有较大影响。单位计算时段过长会使洪峰预报值偏小且洪水过程趋于坦化;若单位计算时段过短,预报洪水过程线易出现锯齿状,与实际不符。经过计算分析,本预报系统中丹江口水库洪水预报单位计算时段长度选取为3 h。根据产汇流模型得到各分区出口流量过程后,考虑安康、黄龙滩等水库的调蓄作用,采用合成流量法进行河道汇流,对分区预报流量过程错时线性叠加,得到预报演算控制点安康、白河的径流过程,最终计算出丹江口水库入库流量过程。
根据已有资料及作业预报经验,制定各分区出口至入库地点的洪水汇流时间,如表1所示。
根据表1的洪水汇流时间,采用合成流量法依次计算预报演算点安康、白河以及丹江口水库的入库流量。安康入库流量过程Qa(t)为:
根据安康水库的实时水位及调洪规程,采用相应泄流曲线,演算安康出库流量过程,同理可推得白河的入库流量过程Qb(t):
由白河的出库流量过程,即可推得丹江口水库的预报洪水入库过程Q(t):
式中:τi为第i分区至演算点的传播时间;Qi为第i分区的径流过程。
为保证洪水预报的精度,降低预报误差,需根据最新的预报信息对初步预报的成果进行实时滚动校正。丹江口水库短期洪水预报系统采用可变遗忘因子递推最小二乘算法进行预报结果校正,分析已发生时段的误差信息,滚动修正预报值,得到校正后的预报结果。丹江口水库某场次洪水短期预报成果如图4所示。
预报精度是评定预报成果可靠性的基本依据,本文研究的丹江口水库短期洪水预报系统预报成果的精度评定以《水文情报预报规范》(SL250-2000)的要求为依据。用确定性系数作为评价洪水预报过程与实测过程之间吻合程度的指标,同时还有洪峰流量误差、峰现时间误差和径流深误差等精度评定指标。对于合格的洪水预报方案,其洪水预报过程确定性系数应控制在0.8以上,洪峰流量、洪水总量允许相对误差为±20%,峰现时间允许误差为一个计算时段。
根据丹江口水库以上流域140多个雨量、流量及蒸发量观测站的观测资料,对12个干支流区多场洪水进行预报方案的拟合计算,同时对各场次的洪水预报方案进行精度评定。按照上述标准来评定丹江口水库历史洪水预报成果的精度,评定结果如表2所示,预报洪水过程与实测洪水过程的确定性系数较高,洪量、洪峰和峰现时间基本符合规范要求。个别场次洪水由于部分主要来水区间降雨分布较为不均,分区雨量的测算及单位线的选取存在偏差,导致洪峰流量等预报精度偏低。总体来看,30个评测方案仅4个不合格,合格率达87%;合格方案平均确定性系数为0.90。达到规范上的甲级预报标准,预报成果令人满意,说明该降雨径流经验相关法应用于丹江口水库短期洪水预报系统有效可行。
4 结 语
本文以湖北电网水库调度自动化系统建设项目为实例依托,在已有工作经验的基础上建立并完善了降雨径流经验相关模型,并采用可变遗忘因子递推最小二乘算法对预报值进行滚动校正,最终将其应用于丹江口水库短期洪水预报系统高级应用软件中。经过模拟预报30场次的历史洪水,方案的精度评定结果证明该方法具有较高的精度,可为丹江口水库及湖北电网水库群防洪调度提供良好的指导作用和数据支撑。
参考文献
[1]包为民.水文预报[M].4版.北京:中国水利水电出版社,2009.
[2]葛守西.现代洪水预报技术[M].北京:中国水利水电出版社,1999.
[3]李福威.降雨径流经验相关模型在桓仁水库洪水预报中的应用[J].东北水利水电,2002,20(1):35-37.
[4]张恭肃,王成明.对API模型的改进[J].水文,1996,(4):20-25.
[5]刘国富,周涛,楼其禄.连续API水文模型的研究及应用[J].大坝与安全,2008,(2):4-8.
双柏县降雨径流特性分析 篇3
1双柏县自然地理及水文气象概况
双柏县位于云南省中部, 楚雄彝族自治州境内南部, 东经101° 03′~102°02′, 北纬24°13′~24°55′之间, 东与易门、峨山隔绿汁江相望, 南邻新平, 西与镇沅、景东和哀牢山脉为界, 北连楚雄, 东北与禄丰接壤。县城妥甸镇居县境偏北, 北距州府楚雄市鹿城镇58 km, 距省府昆明193 km。全县总面积4 045 km2, 现辖妥甸、大庄、法脿、鄂嘉、大麦地5镇以及独田、爱尼山、安龙堡3乡, 共82个行政村, 2个居委会。
双柏县境河流水系均属红河流域上游段的礼社江区域。境内的河流都流归绿汁江、礼社江后在三江口处汇合出境, 流入红河。 境内主要河流有礼社江、马龙河、绿汁江和沙甸河。其中, 礼社江为红河上游段, 马龙河、绿汁江均为礼社江左岸一级支流, 沙甸河为绿汁江右岸一级支流、礼社江二级支流。
双柏县位于哀牢山以东, 金沙江与红河流域分水岭南侧, 具有 “山川相间、峡谷纵横、高差悬殊、北水南流”的区域地貌特点。最高点为西部的大梁山, 海拔2 946 m最低点为三江口, 海拔556 m。 地处低纬度地带, 属亚热带高原季风气候, 处于南亚热带过渡区北缘, 气候温和, 冬无严寒, 夏无酷暑。光照资源丰富, 雨热同季, 干湿季分明。立体气候明显, 气候资源类型多样, 素有“一山分四季, 十里不同天”之说。
双柏县多年平均气温15.1℃, 最冷月平均气温8.6℃, 最热月平均气温19.4℃, 历年极端最高气温31.0℃, 历年极端最低气温-4.4℃。降水量偏少, 无霜期长, 多年平均无霜期274 d。多年平均日照2 359.4 h, 多年平均蒸发量为1 950.6 mm (20 cm口径) , 多年平均风速3.1 m/s, 最多风向为SW风, 多年平均雷暴日数57.1 d。主要气象灾害有干旱、大风、洪涝、冰雹、雷暴等。
2基本资料
双柏县河流均属于红河流域, 北部与金沙江一级支流龙川江相邻。
红河流域内水文雨量站点较多, 大多建于20世纪六、七十年代, 这些站点均隶属于云南省水文水资源局。其中, 双柏县境内的鱼庄河支流上设有鱼庄河水文站、马龙河支流上设有小龙潭水文站、绿汁江支流上设有董户村和鸦勒2个水文站。境内还设有14个雨量站。收集有这些站点自建站以来至2012年的流量、降水资料。 另外, 还收集有双柏县周边礼社江干支流、龙川江干支流上8个水文站、23个雨量站自建站至2006年的流量、降水资料以及双柏气象站自建站至2012年, 双柏县周边的巍山、南涧、禄丰、弥渡4个气象站自建站至2006年的降水资料。站点分布示意见图1。
上述各水文、雨量、气象站是此次水文分析的主要参证站。云南省水利水电勘测设计研究院及昆明院等勘测设计单位曾在礼社江、绿汁江、龙川江流域水利、水电规划设计工作中先后对各站基础资料从测验、整编及面上做过复核, 认为各站观测资料成果精度较高, 能够满足分析要求。
3水资源分区
根据《全国水资源综合规划》以及《云南省水资源综合规划》的分区成果, 双柏县处于西南诸河一级水资源区、红河二级水资源区、元江三级水资源区, 境内分属红河上段和绿汁江两个四级水资源区。根据双柏县境内河流水系分布情况, 此次在云南省水资源分区成果的基础上, 将双柏县划分为5个水资源五级区, 分别为礼社江干流Ⅰ区、礼社江干流Ⅱ区、马龙河区、沙甸河区、绿汁江干流区。水资源分区情况见图2。以下降雨径流计算主要以各水资源分区、行政分区为计算单元。
4降水
4.1测站降水
此次对双柏县境内的小龙潭、鸦勒2个水文站, 双柏岔河、王家村、鄂嘉、马龙厂、草坝子、六纳、黑甫冲、大庄、狮子口、下珠蚱、克田共11个雨量站以及双柏气象站插补延长后的年降水系列进行频率计算, 线型为P-Ⅲ型曲线, Cs/Cv统一取为2倍, 通过经验适线, 得到不同雨量站的Cv值, 与《云南省楚雄彝族自治州水文手册》的附图《楚雄彝族自治州年降水量Cv图》 (资料采用至1992年) 的Cv值相差不大, 推荐采用此次计算结果, 如表1所示。
4.2区域降水与高程的关系
双柏县境内河流均属红河流域, 并有多条干支流属于跨县境河流, 因降雨径流特性从上游往下游具有连续性, 因此分析降雨径流特性也应整体考虑;此外, 邻近有金沙江支流龙川江, 因县境内水文站点较少, 将龙川江干流上的楚雄水文站、支流紫甸河上的凤屯水文站都纳入了分析范围。因此, 为支撑此次降雨径流分析计算, 除分析双柏县境内各片区的降水高程关系之外, 还分析了县境外邻近河流干支流的降水高程关系。
各降水高程分析区域的划分, 对于双柏县境内, 考虑到鱼庄河、沙甸河雨量站点相对较多, 具备独立分析的条件, 因此单独分析这两个流域的降水高程关系, 其中鱼庄河的降水高程关系可代表礼社江右岸的不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带, 沙甸河的降水高程关系可代表双柏县东北片区整个沙甸河流域及其邻近的洒利黑河等流域;其他区域由于站点不全集中在某个流域, 因此分别划分为双柏西南、双柏东南以及马龙河中上游, 其中双柏西南代表的是礼社江左岸支流茅铺子河、石板河、马龙河下游 (小沙河汇口以下) 、绿汁江右岸支流克田河、仓房河、清水河等流域, 双柏东南代表的是绿汁江右岸支流红栗河、他此河、者都河、底土河、河口河、邦三河等流域, 马龙河中上游则代表的是小沙河汇口以上的马龙河流域, 该区域属跨境区域, 在双柏境内可代表西北片区小沙河附近的流域。对于跨双柏县境及境外的河流, 如礼社江上段扎江、 绿汁江干流 (从源头至汇口) 、龙川江上游、龙川江支流紫甸河, 雨量站点均较多, 因此分别单独分析各自流域的降水高程关系。
各区域降水高程关系分析成果如图3、表2所示。由分析成果可知, 各区域的降水~高程相关关系较好, 相关系数除沙甸河流域外, 都能达到0.90以上, 而沙甸河流域的相关系数也接近0.90, 表明各区域的降水与高程之间的关系是具有一定的规律性的。
4.3区域降水统计规律
4.3.1多年平均面雨量
根据此次分析得到的各区域降水~高程关系分析成果, 按各分区所在区域, 按其流域平均高程查算得到面雨量。若水资源分区包含若干个降水高程关系区域, 则按照面积加权的方法统计得到。
4.3.2统计参数Cv、Cs/Cv值
降水量Cs/Cv值统一采用为2倍。
降水量Cv值采用两种方法进行计算, 方法一是根据《云南省楚雄彝族自治州水文手册》的附图《楚雄彝族自治州年降水量Cv图》 (资料采用至1992年) , 采用面积加权的方式计算得到;方法二是考虑各个雨量站的Cv值综合取值, 二者差别不大, 推荐采用方法二成果。各分区降水统计参数成果如表3所示。
5径流
5.1测站径流
水文站径流资料年限统一采用1960—2012年。涉及红河上游礼社江干流的大东勇、支流鱼庄河上的鱼庄河水文站、马龙河上的小龙潭水文站、绿汁江上的鸦勒水文站, 以及邻近金沙江一级支流龙川江上的楚雄水文站、龙川江一级支流紫甸河上的凤屯水文站。根据各水文站1960—2012年的径流系列按P-Ⅲ型曲线进行频率分析, 成果如表4所示。
5.2各分区径流统计规律
5.2.1多年平均径流
双柏县水资源主要由降水产生, 径流与降水关系密切。多年平均径流计算, 考虑研究该区域径流与降水、面积等因素的关系, 建立地区综合公式, 进而推算各分区的径流 (即地表水资源量) 。
表5为各水文站降雨径流分析成果, 是地区综合分析的基础。 其中流域平均高程根据GIS软件量算而得, 根据流域平均高程和前述分析的降水~高程关系, 可推求出面雨量。多年平均流量由前述的1960—2012年径流系列得到。
影响流域径流量的因素很多, 但最直接和明显的因素为集水面积和降水量。根据以上分析成果, 认为径流深不仅与降水量有关, 还与集水面积有关, 按各站径流深、降水量及集水面积成果进行二元幂函数回归分析, 经分析相关关系较好, 复相关系数为0.989, 分析得到的径流与面积、降水的关系成果如式 (1) 所示。
其中:R为多年平均径流深 (mm) ;
P为多年平均降水量 (mm) ;
F为集水面积 (km2) 。
各行政分区及各水资源分区的多年平均流量及水量, 原则上根据上述二元回归地区综合公式推求得到, 并对不合理之处进行微调。
5.2.2统计参数Cv、Cs/Cv值
径流Cs/Cv值统一采用2倍。
径流变差系数Cv值的确定, 同样采用地区综合法进行分析。
根据表5中各水文站的径流统计参数分析成果, 分别按降水与Cv、径流与Cv、集水面积与Cv进行一元回归相关分析, 成果表明, 双柏县境内及周边的径流Cv值与集水面积相关关系较差, 不予考虑。降水量、径流深与Cv值的相关关系较好, 其中降水量与Cv值的关系更好, 从点据分布的情况可以看出降水量与Cv值之间有较明显的变化规律, 推荐采用。
各分区的径流统计参数如表6、表7所示。
6降雨径流特性分析结论
根据双柏气象站1959—2012年降水资料统计, 5~10月降水量为805.4 mm, 占年降水的85.4%, 其中6~8月降水最为集中, 这3个月降水为515.1 mm, 占年降水的54.6%;11月至次年4月降水量为137.5 mm, 仅为年降水的14.6%。双柏县降水年内分布特征基本可以此为代表。
双柏县地处哀牢山脉东麓, 对于云南省夏季, 多为西南暖湿气流控制, 相对西南暖湿气流而言, 双柏位于背风坡, 因此双柏降水比相邻但位于哀牢山以西的景东、镇沅要小很多。需要注意的是, 双柏县虽位于西南气流的背风坡, 但境内地理环境复杂, 导致境内降水的空间分布复杂。从降水的空间分布上看, 双柏县降水量随海拔变化特征明显, 海拔越高, 降水量越大, 降水量在区域面上的分布特性大致趋势是由西向东递减, 降水高值区多出现在水汽来源大的迎风坡和高山区。全县境内多年平均面雨量927.9 mm, 降水量的年际变化不大, Cv值在0.20~0.23之间。从各行政分区降水量分布来看, 鄂嘉镇年降水量最多, 约为1 313 mm, 大庄镇降水量最少, 约为828 mm, 其余地区降水量在829 ~909 mm之间。
双柏县水资源主要由降雨产生, 全县境内多年平均地表水资源量94 167万m3, 全县多年平均径流深233 mm。按2010年全县人口与耕地指标统计, 人均水资源量5 884 m3, 高于全国平均水平。
从径流的年际变化来看, 径流量的年际变化存在较明显的地区差异, 其中位于礼社江右岸的不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带 (鄂嘉镇) 径流年际变化较小, Cv值在0.17~0.27之间, 平均为0.23;其余地区均位于礼社江左岸, 径流年际变化较大, Cv值在0.57~0.67之间, 平均为0.62;丰、平、枯水年周期性交替变化。从径流的年内分配来看, 由于境内河流基本都是雨水补给水源类型, 径流年内分配与降雨年内分配情况基本一致, 主要集中在雨季, 尤以6~10月的径流量最大, 其中不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带径流年内分配相对均匀, 6~10月约占全年总径流量的59.8%;其余地区6~10月约占全年总径流量的75.5%~79.4%。
从径流的空间分布上看, 全县径流深分布不均, 基本与该县降雨量的空间分布保持一致, 总体呈现出随海拔高程变化趋势明显, 海拔越高, 径流深值越大的趋势。县境内的5个水资源分区中, 礼社江干流Ⅰ区、礼社江干流Ⅱ区、马龙河区、沙甸河区、绿汁江干流区多年平均径流深分别为563 mm、189 mm、162 mm、162 mm、147 mm。礼社江左右岸径流深差异较大, 右岸不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带 (鄂嘉镇) 高程较高 (1 700~2 100 m之间) , 雨量丰沛 (1 300~1 500 mm之间) , 径流系数较大 (0.60~0.65之间) , 径流深较大, 在800~900 mm之间, 全县降雨、径流深最高值出现在这一带的小江河支流纳嫩河, 其流域平均高程最高, 为2 041.5 m, 相应的面雨量、径流深也最高, 分别为1 428.8 mm、884.0 mm; 双柏县其他地区均位于礼社江左岸, 高程 (1 300~2 000 m之间) 、降水量 (700~1000 mm之间) 、径流系数 (0.15~0.35之间) 、径流深 (100~300 mm之间) 总体小于右岸, 全县径流深最低值出现在绿汁江流域, 该流域在双柏县境内流域平均高程为1 575.8 m, 面雨量为858.5 mm, 径流深为133 mm。
7结语
文章依托双柏县水资源综合利用规划项目, 根据收集到的双柏境内外的水文气象资料, 对双柏县进行水资源调查评价, 分析总结双柏县降雨径流时空分布特性。按照其降雨径流特性, 可为后续的水文分析计算奠定基础、提供依据, 从而得到合理的水资源配置方案, 使全县水资源供需基本平衡, 水资源可以得到有效保护及合理的开发利用, 对改善全县生活生产条件、促进当地经济社会发展有积极作用。
摘要：双柏县位于云南省楚雄州南部, 地处滇中腹地, 哀牢山脉以东, 金沙江与红河水系分水岭南侧。境内河流均属于红河流域。该文依托双柏县水资源调查评价, 根据收集到的双柏境内及其邻近区域的水文、气象、雨量站点资料, 分析双柏县及其周边区域降水随高程的变化规律, 据此分析境内各水资源分区、行政分区的多年平均面雨量以及降水统计规律。在降水分析的基础上, 根据地区综合分析方法, 分析各分区的多年平均径流以及径流统计规律。根据上述分析成果, 可总结得到双柏县多年平均面雨量、地表水资源总量、降水、径流的时空分布特性。
关键词：双柏县,降水,径流,水资源量,特性分析
参考文献
[1]丁冉, 林芸, 唐亚松, 等.云南省楚雄州双柏县水资源综合利用规划报告[R].中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司, 2014.
[2]许志敏, 臧庆春.龙川江流域年径流特性的地区综合法分析[J].人民长江, 2011, 42 (10) :73-76.
[3]叶长青, 甘淑, 李运刚.红河流域降水量的时空变异特征[J].云南大学学报:自然科学版, 2008, 30 (1) :54-60.
[4]李运刚, 何大明, 叶长青.云南红河流域径流的时空分布变化规律[J].地理学报, 2008, 63 (1) :41-49.
[5]刘金铎, 夏建荣, 胡贤群.基于Arc Hydro Tools流域特征参数快速提取过程——以双柏县32条河为例[C]//云南省水利学会2014年度学术交流会论文集.昆明:云南省水利学会, 2014:1-7.
减少氮磷随降雨径流流失的对策 篇4
关键词：氮,磷,降雨径流,流失,对策
土壤特征、地形地势特征、施肥方式等都会在一定程度上影响氮、磷的流失。陈金林等[1]研究表明, 将沟渠与农田之间的缓冲林带宽度设置为40∶100, 此时对地表径流中的氮、磷净化效果最好, 小麦—水稻轮作条件下, 净化效率分别为31%、87%;油菜—水稻轮作条件下, 效率可以分别50%和29%。因此, 通过改变坡地开沟、耕作制度、施肥方式等, 进而减少氮磷随地表降雨—径流流失。通过前人对氮、磷流失的研究分析, 找到能有效控制降雨径流携带的氮、磷进入水体的主要方式, 选用科学合理的施肥方式和农业耕作方式, 减少氮、磷在地表的积累和向水体的迁移, 减少过量投肥, 为科学施肥提供科学依据。
1 控制降雨径流携带氮、磷进入水体
1.1 田间工程手段
降雨量属于自然气象现象, 不能人为控制, 但可以通过一定的田间工程手段, 处理农田径流, 减少径流携带的氮、磷进入水体。在农田和水体之间建立草地或林地绿化区、缓冲带、保护农田附近植被等, 可以有效地把农田与水体隔离, 从而使土壤或作物更多地吸收污染物, 同时降低径流流速, 沉淀悬浮的污染物。坡地农田的水沟可以有效控制地表径流, 防止水土侵蚀。整修田间水渠, 建好农田灌排配套工程不仅可以减少农田氮、磷对水体的污染, 而且能明显提高水分和化肥利用率。
1.2 养殖水塘体系
我国南方地区农村广泛利用水塘进行灌溉和水产养殖, 是有效调蓄降雨径流的办法。可以使径流携带的很大的一部分养分沉积下来, 并且减少降雨对土壤的侵蚀。多塘系统对减轻农田流失氮、磷等高营养物质的效果十分理想, 对过境营养物质的去除率可以达到90%以上[2]。
2 科学合理施肥
2.1 合理选择肥料品种
不同肥料品种的流失程度也有所不同。以氮肥为例, 不同种类氮肥经过田间的各种途径作用, 成为径流中氨氮的重要来源[3]。而其氮素的淋失率差异较大, 碳氨、硫酸氨损失量明显较小, 而尿素次之, 损耗率最大的为硝酸钾[4]。选择合适的施肥种可有效减少各种流失, 不同化肥品种在田间的流失顺序为:硝酸铵>碳铵>氯化铵>氮肥+有机肥, 在农业生产过程中, 尤其是作物秧幼苗时期, 应减少碳铵这类分解速度快的肥料施用, 多施尿素等有机肥, 因为有机肥中的腐殖质可以提高土壤的保肥性能, 还可以增强土壤微生物的数量和活力, 利用土壤微生物先将化肥氮同化, 然后再缓慢释放, 提高氮肥的利用率, 减少氮肥流失[5]。
2.2 严格控制肥料用量
应当科学合理施用肥料, 在满足作物生长需求的同时减轻对环境的危害。通过氮肥的控制施用、科学选用肥料品种和施肥时间等方法, 来实现养分的收支平衡和优化肥料施用。例如通过控制氮肥用量来平衡氮、磷、钾的比例, 提倡肥料深施及分次施用。这样不仅能够提高化肥的利用率, 还可以减少氮的径流损失和淋溶损失, 减轻环境压力。
2.3 确保施肥时机适宜
降水强度对氮素淋失率也存在影响, 其小于土壤入渗率时, 表土中的氮素将沉积于深层土壤 (尤其是硝态氮) , 这些氮素在土壤发生侵蚀时, 随水分下渗, 并在土壤剖面滞留、扩散。除了一部分被作物的根系吸收, 还有一部分则到达更深的层次, 作物根系无法到达, 因此进入地下水, 导致地下水源发生污染[6]。应该尽量避免降雨前施肥, 尤其避免暴雨前施肥或施肥后排水。水稻的生育苗期距施基肥的时间间隔短, 田间氮素浓度高, 而且, 苗期水稻的叶面积指数小, 稻田覆盖率低, 作物水土保持力较差, 降雨对地表的作用力较大, 从而导致径流和土壤侵蚀对污染物的携带能力比较强。施肥量与氨氮浓度变化密切相关, 其中施肥水平和追肥方式对氨氮在土壤和土壤溶液中的浓度影响主要在水稻生育期, 但对硝氮含量的影响不大。在吴建富等[7]研究的各个处理中均以苗期输出氮量最大, 分蘖期次之, 2次合计, 单施化肥处理约占外排水中氮素输出量72.2%, 配施有机肥的占64.3%~66.6%。
3 科学合理灌溉
不同灌溉方式下氮的流失也不同。例如, 节水灌溉方式对氨氮的挥发损失影响明显, 节水灌溉条件下硝态氮的浓度明显大于淹灌。节水灌溉方式对氨氮的挥发损失影响明显 (节灌较淹灌高22.9%) , 崔远来等[8]研究了不同水肥条件下水稻田氮素的运移与转化, 研究结果显示:节水灌溉条件下渗漏液中NH4+-N及NO3--N浓度偏高, 但由于此时总渗漏量显著减少, 氮的总淋失损失较淹灌条件少。因此, 采用节水灌溉能有效减少氮素对地下水的污染, 减少氮的流失。对于水田, 选择合理的节水灌溉方式, 不仅可以提高灌溉水和降雨的利用效率, 减少降雨径流量和渗漏量, 而且能够在一定程度上减少随径流、入渗流失的氮、磷, 减轻环境压力。节水灌溉条件下硝态氮的浓度明显大于淹灌。但由于此时总渗漏量显著减少 (渗漏量一般可减少30%~40%, 高的可达60%~70%[9]) , 氮的总淋洗损失较淹灌条件少, 因此采用节水灌溉能有效减少氮素对地下水的污染。另外, 作物在一定生育阶段适当的水分胁迫, 能够提高作物对水、肥、气的吸收能力, 提高作物产量。
参考文献
[1]陈金林, 潘根兴, 张爱国, 等.林带对太湖地区农业非点源污染的控制[J].南京林业大学学报:自然科学版, 2002, 26 (6) :17-20.
[2]李贵宝, 周怀东, 尹澄清.我国“三湖”的水环境问题和防治对策与管理[EB/OL].[2014-04-02].中国水利网, http://www.chinawater.net.cn/CWSnews/newshtm/y011114-1.htm.
[3]张志剑, 董亮, 朱荫湄.水稻田面水氮素的动态特征、模式表征及排水流失研究[J].环境科学学报2001, 21 (4) :475-480.
[4]张庆利, 张民, 田维彬.包膜控释和常用氮肥氮素淋溶特征及其对土水质地影响[J].土壤与环境, 2001 (2) :98-103.
[5]张新.基于系统动力学的稻田回归水模拟[D].武汉:武汉大学, 2005.
[6]张兴昌, 邵明安, 付会芳.多年生黑麦草草地矿质氮淋溶与径流流失的关系[J].草地学报, 2000, 8 (2) :82-87.
[7]吴建富, 张美良, 刘经荣, 等.不同肥料结构对红壤稻田氮素迁移的影响[J].植物营养与肥料学报, 2001, 7 (4) :368-373.
[8]崔远来, 李远华, 吕国安, 等.不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究[J].水科学进展, 2004, 15 (3) :280-285.
降雨径流洪水 篇5
1 降雨分析
本次降雨状况分析主要选取漠阳江流域代表雨量站多年资料进行统计, 与2007年降雨状况进行对比分析。
1.1 年降雨状况
漠阳江流域现有双捷、荆山、陂面三个水文站, 分别布设于中上游。基于考虑到暴雨中心、面上分布基本均匀、资料尽可能完整的原则, 选取了15个雨量站点 (占漠阳江流域全部雨量站点的25%) 作为代表雨量站, 以水文站为中心将漠阳江流域划分为3个片进行降雨状况分析。
从表2-1的统计结果可看出, 漠阳江流域各代表雨量站2007年降雨量与多年平均降雨量比较减少247.7~957.0mm不等, 偏少12.4%~43.2%。2007年各代表雨量站平均年降雨量1588.4mm, 而各站平均多年平均降雨量均值为2240.9mm, 减少652.5mm, 偏少29.1%, 其中暴雨中心仙家垌站减少957.0mm, 为各站最大值。
1.2 多年降雨规律分析
分别对各代表站的历年降雨量做多年降雨过程图和十年滑动平均多年降雨过程线图。从多年降雨过程图中可以明显看出:各站片的各代表站多年降雨过程趋势基本一致, 各代表站系列基本都是锯齿波型。从各站片十年滑动平均多年降雨过程线图中可以得出, 从1991年到2002年期间各站年降雨量有明显的逐年增加趋势;而2002年以后, 各站年降雨量有明显的逐年减少趋势。
从各站多年降雨过程图中还能发现各站片有些站点降雨比较突出, 各站片十年滑动平均多年降雨过程线图中反映得尤为明显。比如荆山站片的仙家垌站, 每年的降雨量都比其他站点高出许多;陂面站片硖石站年降雨量比其他站点要稍多, 春湾站年降雨量比其他站点要稍少;双捷站片塘口圩站年降雨量比其他站点稍多, 北津港站年降雨量比其他站点稍少。个别站点成为暴雨中心与其自然地理因素密切相关, 如仙家垌站。
1.3 年内降雨规律分析
本次分析漠阳江流域2007年年内降雨情况, 主要利用各个站片作年内降雨分布图来进行分析。对代表站降雨量取算术平均作为该站片的降雨量, 制成图表。从图中可明显看出, 历年降雨集中在汛期的5~9月份, 占到75%左右。2007年在汛期降雨量较常年偏少, 特别是7月份尤为突出, 这与该年受沿海台风影响少密切相关。同时2007年10~12月份降雨量也非常少, 但和常年比较来看, 还是相差不大。
2 径流分析
2.1 年径流状况
本次径流分析选取漠阳江流域控制水文站双捷站作为径流代表站。经过统计, 双捷站2007年年径流量31.84亿m3和该站多年平均年径流量57.83亿m3相比明显减少44.9%。2007年平均流量101m3/s和该站多年平均流量183m3/s相比也明显减少44.9%。
2.2 径流趋势分析
双捷站及其上游水文站的多年径流过程趋势基本一致, 各系列基本都是锯齿波型, 一些时段呈波动上升趋势, 一些时段呈波动下降趋势, 而从2002~2007年这一时期, 各代表站的年径流量呈波动减少趋势, 从十年滑动平均径流过程线可以更明显看出这一趋势 (见图3-1~图3-2) 。
2.3 径流系数
通过2007年水文资料整编统计:2007年荆山站年径流深为815.5mm, 是多年平均径流深的58.8%;陂面 (三) 站的径流深为749.2mm, 是多年平均径流深的61.7%;双捷站径流深为732.8mm, 是多年平均径流深的55.1%。2007年荆山站的径流系数为47.8%, 而多年平均值是61.6%;陂面 (三) 站的径流系数是53.9%, 而多年平均值是62.0%;双捷站的径流系数是48.5%, 而多年平均值是58.1%;双桥站的径流系数是30.5%, 而多年平均值是48.8%。显然, 2007年径流系数、年径流深较多年明显偏小, 减少达40%。
3 丰枯水评定
以上对2007年降雨和径流的分析, 已经初步表现出一定的枯水状态, 下面就对2007年丰枯程度作定量分析。在此, 丰枯年份按照如下标准划分:
丰水年[X0+1.15S, +∞)
偏丰水年[X0+0.32S, X0+1.15S)
平水年[X0-0.32S, X0+0.32S)
偏枯水年[X0-1.15S, X0-0.32S)
枯水年 (-∞, X0-1.15S)
其中X0, S分别为系列的均值和方差。
按照以上标准, 对各站片代表站进行定量分析, 结果共有9个雨量站点表为偏枯水年, 占总站数的25.7%;共有26个站为枯水年, 占总站数的74.3%, 荆山、陂面、双捷站年径流量全部为枯水年。因此, 漠阳江流域2007年为典型枯水年。
4 结语
综上分析, 近年来漠阳江流域降雨量持续偏少, 而2007年更为严重, 该年粤西沿海地区受台风影响相对往年明显减少, 在这年里没有发生台风所引起的强降雨, 这是形成枯水状态的客观原因。其次, 漠阳江流域水利工程众多, 没有形成科学、统一的水资源调度机制是形成枯水状态的人为主观因素。因此, 密切关注海洋中台风的产生及其运动路径, 利用科学、统一的水资源调度机制进行调配, 不仅有利于防洪, 而且有利于缓解或消除枯水状态, 从而满足工农业灌溉的需求。
参考文献
洪水河径流变化趋势及成因分析 篇6
洪水河属内陆河流域黑河水系, 发源于青海省祁连山区的龙孔岭北坡, 东起卡登山, 西至青羊岭、鹿角山。径流由高山冰、雪融水及降水组成, 流经纳童子坝、海潮坝、小堵麻河、大堵麻河。河床多砂砾沙滩。修建防水渠道, 沿途引水灌溉, 因此老河床已断流, 只有洪水时, 多余的水排入老河床。流域面积578km2, 在甘肃民乐永固镇上湾村洪水河出山口建有双树寺水库, 总库容2 530万m3, 灌溉面积32.2万亩[1]。洪水特点为暴涨暴落, 径流变化悬殊。20世纪80年代以前, 洪水河上游放牧, 三岔、大河开采煤矿等人类活动对其产生间接的影响, 分析研究径流对指导洪水河乃至更大范围相同类型的河流水资源的管理具有重大意义。
2 洪水河径流分析
2.1 分析方法
在气候趋势分析中, 直线常用来表征气候变化的演变趋势。分析水文气象要素时间序列时, 以时间为自变量, 以要素为因变量建立一元回归方程, 即直线方程, 其直线即为序列的直线变化趋势。在序列变化图上可以绘出其拟合直线, 从图中可以看出演变趋势, 可以用直线的斜率的符号及大小来度量演变趋势是增加还是减少以及变化的程度[2]。
2.2 趋势性分析
2.2.1 流域变化特征
应用双树寺水文站1958—2013年降水、年径流分别建立直线回归方程, 见图1、图2。根据双树寺站实测数据分析:从降水径流变化看, 总体上天然来水量基本平稳, 年际之间变幅较大。降水径流量的年内分配主要集中在5—10月份, 约占年降水量、年径流的90﹪以上。最大年径流1.978亿m3, 发生在1989年, 最小年径流量0.710亿m3, 发生在2001年, 二者比值达2.8, 多年平均径流量1.187亿m3;最大年降水量584.9mm, 发生在2007年, 最小年降水量523.6mm, 发生在1997年, 二者比值达1.1, 多年平均降水量389.7mm。对1957—2013年年代降水径流进行距平分析, 见表1。由表中可看出:20世纪80年代、21世纪10年代距平值为正, 说明该时段降水径流有所增加, 20世纪60年、70年、90年代以及21世纪10以后距平值为负, 说明该时段径流减少, 从总体看径流在不同时期差异很大。
2.2.2 时间序列分析
对洪水河的年降水年径流采用时间序列进行分析, 在分析其变化趋势与突变时, 使用低通滤波方法, 它是把序列高频分量滤去以突出长期或气候变化趋势的一种方法。常用的低通滤波是对序列做滑动平均, 这里用5a滑动平均, 以消除5a内周期的影响, 揭示出序列的周期变化特点[3]。从图1、图2分析可知, 年降水径流变化呈现波动性, 逐年分布不均, 该系列呈现平稳缓慢上升趋势, 通过滑动平均计算知, 2003—2007年平均流量最大, 为1.497亿m3, 1991—1995年平均流量最小, 为0.9798亿m3。
分析表明洪水河流域径流带有明显的阶段性, 1960—1969年、1990—1999年。
从年径流距平分析有明显的阶段性。见表1, 1960—1969年、1990—1999年以及2000—2013年径流偏枯;1970—1979年径流偏少;1958—1959年、1980—1989年、2000—2009年径流为偏丰, 其中2002—2007年, 7a有5a偏丰。
2.2.3 趋势性检验
对洪水河降水径流分别进行检验, 采用Mann–Kendll检验分析, 当置信水平取0.01、0.05相应的临界值分别为1.96和1.64。从表中可以查出, 降水径流量Mann–Kendll统计值分别为0.36和0.41, 皆小于临界值, 说明降水径流量不显著增大, 呈现上升趋势。
3 成因分析
从上世纪80年代开始, 洪水河上游放牧, 三岔、大河兴起开挖煤矿的热潮。分析认为径流趋势缓慢减小, 主要是因为大规模的采矿业改变了原有的地下水的流畅性, 同时也造成地表径流的漏失, 不同程度地导致地表径流与地下径流同步减小, 造成降水入渗的改变, 造成了天然地表水与地下水之间转化规律的改变, 造成了土壤包气带水分的改变, 最终造成径流水量与水文过程的改变[4]。
3.1 系列数据阶段性减小
从双树寺水文站水文系列数据中提取1991—2013年的径流数据, 点绘径流直线方程, 显示其斜率为-0.0008 (图略) , 这说明上游来水量有逐年缓慢减小的趋势, 这与突变点在1991年相吻合。
3.2 年际降水径流呈逆势
年际降水径流呈逆势, 如2008年与1998年降水分别为435.6mm、431.0mm, 而径流量分别为1.17与1.304亿m3, 径流递减12%;2010年与2006年年降水分别为407.1mm、401.1mm, 而径流量分别为0.9312和1.217亿m3, 径流递减31%;2011年与1999年降水分别为399.7mm、373.3mm, 而径流量分别为0.9495和1.094亿m3, 径流递减15%。说明降水量随时间增大或相近, 而径流量有减小的趋势。
3.3 地下径流减弱
冬季上游来水量主要依靠冰、雪水融化后, 转化成地下水汇流至水库 (城市生活用水) 。近10余年双树寺水库非汛期每年2月份实测月径流显示:10%/年, 平均速度锐减。
3.4 牧业的兴起造成上游植被的损坏
洪水河发源于青海祁连县, 途经甘肃肃南裕固族自治县, 至民乐双树寺水库约60km, 复杂的区域, 丰富的资源, 形成了多变放牧形态。随着牧业的不断扩大, 打破了上游原生态的平衡, 不同程度地改变了产汇条件, 不同时期影响程度不同, 由于缺乏统计数据, 具体情况在此不做分析。
4 结论
本文应用直线回归方程和低通虑波方法对洪水河流域径流进行研究, 主要得出如下结论: (1) 洪水河径流年内分布不均, 年际变化大, 年径流量系列总体呈缓慢上升趋势。1958—1991年呈缓慢上升趋势, 突变点在1991年。 (2) 洪水河多年平均降水没有明显变化, 从降水、径流的关系来看, 两者变化具有较好的一致性, 降水是影响洪水河流域径流的主要因素。 (3) 通过对洪水河上游下垫面进行分析, 发现人类活动对区域径流的影响是间接的, 上游下垫面的变化对径流的影响是客观存在的, 其影响的定量数据目前没有科学结论, 尚有待进一步研究, 以为今后流域发展和合理规划水资源环境与保护提供科学依据。
摘要：采用双树寺水文站1958—2013年水文资料, 应用直线回归方程和低通虑波方法对洪水河流域降水径流进行研究, 结果表明:洪水河年内降水径流分配不均, 年际变化大, 年径流量系列总体呈平稳缓慢上升趋势, 其中1958年—1991年为缓慢上升趋势, 突变点在1991年, 其后径流呈现缓慢下降趋势。这也验证了洪水河上游大规模采矿、放牧等人类活动对其产生间接影响。
关键词：径流,直线回归方程,变化趋势,成因分析
参考文献
[1]牛最荣, 等.气候变化对祁连山区水文循环的影响研究[M].兰州:甘肃人民出版社, 2013.
[2]黄嘉佑.统计动力分析与预报[M].北京:气象出版社, 1993.
[3]沈浒英.长江流域降水径流年代分析[J].湖泊科学, 2003.04.162.
降雨径流洪水 篇7
降雨径流受气候变化和人类活动的影响, 径流特征的变化又影响流域生态系统, 进而影响社会经济的发展。不同地区降雨径流关系变化趋势如何, 已经引起学者的关注[1,2,3,4]。广西北部湾经济区开放开发, 给该地区水资源带来一定的压力, 而关于北部湾经济区降雨径流关系及其变化的研究较少。本文基于1970-2008年月均实测径流、降雨资料, 分析北部湾经济区径流、降雨的年内分配、年际变化特征及其变化规律, 为北部湾经济区水资源合理开发利用、水资源配置与安全保障、生态环境保护提供参考。
1 研究区流域概况
广西北部湾经济区由南宁、北海、钦州和防城港四市组成, 地处桂南沿海, 南临北部湾。本文以北海市南流江和钦州市钦江为代表性河流, 选取南流江常乐水文站、钦江陆屋水文站 (图1) 1970-2008年逐月实测径流、降雨量资料, 分析北部湾经济区降雨径流特征及其变化规律。
南流江是桂南沿海诸河中最大的河流, 发源于北流县新圩乡大容山南麓, 在合浦县党江镇附近分流呈网状流入北部湾。南流江干流长285 km, 平均坡降为0.035%, 多年平均入海径流量74.96亿m3。钦江属桂南沿海独流入海诸河之一, 干流全长179km, 发源于灵山县平山镇东山山脉东麓白牛岭, 至钦州市尖山镇注入茅尾海。
南流江常乐水文站集水面积6 645 km2, 钦江陆屋水文站集水面积1 400 km2, 两个站都为国家基本水文站网, 采用自记水位计24 h观测。本文将实测径流量换算为实测径流深, 以便和降雨量比较分析。
2 径流、降水分配特征分析
2.1 年内分配
南流江、钦江多年月均实测径流与降雨量年内分配呈单峰型。1-2月份降雨、径流量变化不大, 3月份开始缓慢增加, 到汛期的6-8月份, 降雨量与径流量达到最大值。常乐站6-8月份径流量占全年的49.4%, 降雨量占55.9%;陆屋站6-8月份径流量占全年的53.7%, 降雨量占54.0%。9月份以后径流和降雨量呈现下降的趋势。
采用年内分配不均系数分析径流、降雨年内分配的均匀状况, 年内分配不均匀系数Cvy的计算方法如下:
式中:Cvy为径流 (降雨量) 年内分配不均匀系数;Ki为各月径流 (降雨量) 占年径流 (降雨量) 的百分比;
南流江、钦江径流、降雨年内分配不均系数较小, 在0.08～0.26之间波动。1970-2008年南流江和钦江径流、降雨Cvy呈上升趋势, 说明气候变化导致降雨年内稳定程度降低, 而南流江、钦江属雨源型河流, 降雨量的变化和人类活动造成径流年内分配不均系数增大。
2.2 年际变化
采用变差系数Cv、年际变化绝对比率P和不均匀系数α[6]分析径流、降雨量的年际变化规律。
变差系数Cv的计算方法为:
式中:σ、
绝对变化比率P用式 (3) 计算:
式中:Rmax和Rmin为多年最大径流 (降雨) 量和最小径流 (降雨) 量, P值反映了径流、降雨量两个极端值的倍数关系, 显示其不均匀程度。P越大, 表明径流 (降雨) 年际变化越不均匀。
年际不均匀系数α由式 (4) 计算:
年际不均系数α反映年际变化的不均匀特征, α 越接近1表明年际变化越均匀。
表1显示, 南流江、钦江的径流变差系数为0.34～0.35, 降雨变差系数为0.17～0.25, 说明径流的多年变化大于降雨的。径流量绝对变化率P (4.51～5.11) 大于降雨量绝对变化率P (2.13～2.46) , 说明实测径流量不仅受降雨量变化的影响, 还受水资源开发等人类活动的影响, 使其不均匀程度大于降雨的。径流量不均匀系数为0.58～0.59, 降雨不均匀系数为0.66～0.71, 与降雨量相比, 径流量的年际变化均匀度较差。
2.3 距平百分率分析
按距平百分率p来划分径流的丰枯等级与降雨的旱涝等级, 其计算表达式为:
式中:R为某年的径流量 (降雨量) ;
径流量丰枯等级的划分标准:p>20%, 为丰水;10%<p≤20%, 为偏丰;-10%≤p≤10%, 为平水;-20%≤p≤-10%, 为偏枯;p<-20%, 为枯水[7]。
降雨量的旱涝类型划分标准:p≥50%, 为大涝;25%≤p<50%, 为偏涝;-25%<p<25%, 为正常;-50%<p≤-25%, 为偏旱;p≤-50%, 为大旱[8]。
南流江、钦江径流、降雨距平百分率见图2。实测径流的丰枯等级变化波动频繁, 丰枯历时较短。南流江径流丰水、枯水时段历时1～2 a, 钦江径流丰水、枯水时段历时1～3 a, 偏丰、平水、偏枯时段历时通常为1 a。降雨旱涝等级变化波动较小, 旱涝正常的年份占80%左右, 且正常时段历时较长, 最长可达11 a。在降雨旱涝等级变化波动小的情况下, 南流江、钦江实测径流丰枯等级变化波动频繁, 说明水资源利用等人类活动对北部湾经济区河流径流的扰动较大。
3 径流、降雨变化趋势分析
3.1 径流变化趋势
实测径流年际变化曲线 (图3) 显示, 南流江、钦江实测径流呈下降趋势。采用相关系数检验法分析表明, 钦江实测径流下降趋势显著 (α=0.05) , 而南流江径流下降趋势不显著 (α=0.05) 。
3.2 降雨量变化趋势
降雨量年际变化曲线 (图4) 显示, 南流江降雨呈现上升趋势, 钦江降雨呈现下降趋势, 但其变化幅度较小。经相关系数检验法分析, 降雨量变化趋势都不显著 (α=0.05) 。综合分析径流、降雨变化趋势后发现, 南流江降雨呈上升趋势, 而实测径流呈下降趋势;钦江降雨、径流都呈下降趋势, 但径流下降幅度大于降雨的。
3.3 实测径流系数变化趋势
径流系数是反映降雨转化为径流的比例系数, 反映整个流域下垫面对降雨所产生的径流的影响程度, 而实测径流系数还可以反映水资源利用等人类活动对降雨所产生径流的影响。实测径流系数k0采用下式计算[9]:
式中:R0为实测径流深, mm;P为降雨量, mm。
南流江、钦江实测径流系数都呈下降趋势 (图5) 。相关系数检验显示, 钦江实测径流系数呈显著下降趋势 (α=0.01) , 南流江实测径流系数下降趋势不显著 (α=0.05) 。北部湾经济区开放开发后经济迅速发展, 导致流域下垫面变化, 流域径流调蓄能力降低, 加上水资源开发利用程度提高, 耗水量增加以及气候变化等, 致使实测径流系数呈下降趋势。
3.4 降水、径流双累积曲线
采用降雨径流双累积曲线分析年降雨与年径流关系随时间的变化规律。降雨径流双累积曲线 (图6、7) 显示, 1970-2008年南流江、钦江的降雨径流关系变化规律基本一致。
南流江降雨径流关系可分为1970-1989年、1990-2000年、2001-2008年3个阶段, 且3个阶段的降雨径流关系存在减小的规律;钦江降雨径流关系分为1970-1988年、1989-1999年、2000-2008年3个阶段, 且3个阶段的降雨径流关系存在减小的规律。降雨径流关系变化规律说明, 下垫面条件变化、水资源利用等人类活动导致了北部湾经济区径流能力的减弱。
4 结 语
南流江、钦江1970-2008年月均实测径流与降雨量年内分配呈单峰型, 径流、降雨量年内分配不均系数较小, 但呈上升趋势。由于受水资源开发利用等人类活动的影响, 实测径流多年变化和不均匀程度大于降雨的, 径流量的年际变化均匀度较差。在降雨旱涝等级变化波动较小的情况下, 实测径流丰枯等级变化波动频繁, 丰枯历时较短。
南流江降雨呈上升趋势, 而实测径流呈下降趋势;钦江降雨、径流都呈下降趋势, 但径流下降幅度大于降雨的。钦江实测径流系数下降幅度大于南流江, 且呈显著下降趋势。南流江、钦江降雨径流关系分为3个阶段, 降雨径流关系呈现减小的规律。北部湾经济区开放开发后经济迅速发展, 流域下垫面变化, 水资源开发利用程度提高, 耗水量增加, 致使流域径流能力降低。
参考文献
[1]高卫平, 秦毅, 黄强, 等.唐乃亥流域近期降雨径流特性变化分析[J].西安理工大学学报, 2005, 21 (4) :429-432.
[2]石教智, 陈晓宏, 吴甜, 等.东江流域降雨径流变化趋势及其原因分析[J].水电能源科学, 2005, 23 (5) :8-10.
[3]武夏宁, 江燕.潮河流域气候变化对径流量的影响分析[J].中国农村水利水电, 2010, (2) :5-7.
[4]高伟, 王西琴, 曾勇.太湖流域西苕溪1972-2008年径流量变化趋势与原因分析[J].中国农村水利水电, 2010, (6) :33-37.
[5]栾兆擎, 胡金明, 邓伟, 等.人类活动对挠力河流域径流情势的影响[J].资源科学, 2007, 29 (2) :46-51.
[6]李道峰, 田英, 刘昌明.GIS支持下的黄河河源区降水径流要素变化分析[J].水土保持研究, 2004, 11 (1) :144-147.
[7]胡兴林.甘肃省主要河流径流时空分布规律及演变趋势分析[J].地球科学进展, 2000, 15 (5) :516-520.
[8]曹琨, 葛朝霞, 薛梅, 等.上海城区雨岛效应及其变化趋势分析[J].水电能源科学, 2009, 27 (5) :31-33.