气候及下垫面条件变化对宁夏暴雨洪水的影响分析

张万宝，李聪敏

（宁夏水文水资源勘测局，750001，银川）

气候及下垫面条件变化对宁夏暴雨洪水的影响分析

张万宝，李聪敏

（宁夏水文水资源勘测局，750001，银川）

根据宁夏长系列水文观测资料，以气候变化条件为背景，对宁夏降雨强度及流域下垫面变化条件下流域径流、暴雨洪水和洪峰流量出现频率变化趋势进行分析，为进一步分析研究暴雨洪水的产汇流规律提供参考。

气候变化；下垫面；暴雨洪水；影响；宁夏

随着近年地球气候变化、气温普遍上升，全国范围内突发性极端天气现象时常发生，宁夏局地暴雨洪水也较频繁出现，造成较严重的洪涝灾害，如贺兰山地区1998年和2006年的暴雨洪水等。一方面，随着经济社会的发展，人类活动改造自然环境的力度逐渐加大，如水利工程的建设、水保措施的实施、荒地开垦和退耕还林政策的落实等因素使目前的流域产汇流条件发生了较大变化。另一方面，气候变化使降雨的时空分布也随之改变。本文拟通过分析宁夏降雨的时空分布及流域下垫面变化条件下的流域暴雨洪水变化规律，为当地设计洪水计算提供科学依据。

一、宁夏自然地理条件

宁夏地势南高北低，地貌分区主要分为宁夏南部黄土丘陵沟壑区、荒漠草原内流区、引黄灌区、贺兰山区。从地貌类型看，南部以流水侵蚀的黄土地貌为主，中部和北部以干旱剥蚀、风蚀地貌为主，是内蒙古高原的一部分。境内有较为高峻的山地和广泛分布的丘陵，也有由于地层断陷又经黄河冲积而成的冲积平原，还有台地和沙丘。自南向北分跨3个气候带，原州区以南属暖温带半湿润区，原州区以北至海原中部属中温带半干旱区，海原北部至引黄灌区属中温带干旱区。按降水等值线将其分为3个地理单元，即年均降水量小于200 mm的北部引黄灌区、年均降水量在200～400 mm间的中部干旱风沙区和年均降水量大于400 mm的南部黄土丘陵区。

黄河以外的主要河流有清水河、苦水河、葫芦河、泾河、祖厉河等。其中，除苦水河外的其他河流均在宁夏南部的黄土丘陵沟壑区，南部山区是宁夏产生径流的主要区域。

二、宁夏暴雨洪水特点

宁夏地处半湿润区向半干旱区过渡地带，远离水汽源地，暴雨的发生有明显的季节性，7、8月为暴雨的主要发生季节，此时正是太平洋副热带高压极盛时期，暖湿气流的大量输送增大了高强度暴雨发生的概率。根据历年暴雨统计，7、8月暴雨次数占年发生暴雨总数的85%以上，其中8月份占55%以上。暴雨以局地小范围短历时暴雨较多，一般在3 h以内，强度较大。

洪水的特点与暴雨相关，主要发生在6—9月，其中7、8月占70%～90%，产流多为局地产流，大范围全流域产流较少。因多数洪水由局地暴雨产生，洪水过程的形状多为尖瘦形，洪峰陡涨陡落，历时较短，一般不超过1天。

三、影响暴雨洪水的主要因素

①20世纪80年代以来，受气候条件的影响，降水量在总量上偏少，产生暴雨洪水相对较少。

②水保工程措施、封山育林在近20多年间逐步实施，植被覆盖率、流域下垫面条件发生了很大变化，部分区域的降雨被拦截，改变了有效产流面积。

③水利工程建设、荒地的开发利用改变了流域下垫面条件，对流域的产流以及汇流都产生了一定影响。

四、暴雨洪水变化特征分析

1.时段降雨量变化分析

宁夏的暴雨大部分为短历时降雨，1 h、6 h的降雨量是形成洪峰流量大小的关键指标。

采用133个雨量站系列资料，其中系列长度大于等于15年的有70站，大于等于20年的有62站，大于等于30年的有50站。通过1965—2000年（系列 1）、1965—2010年（系列2）两个系列进行分析。

逐站统计历年最大1 h、6 h降雨量，分析其两个系列均值的变化。经分析，各分区均值均有不同程度的减小。其中降幅较大的为荒漠区，1 h降雨减小约15%，6 h降雨量减小6.9%；南部黄土丘陵干旱区1 h降雨减小约8%，6 h降雨量减小13%。（见表1）

最大1 h、6 h点雨量变差系数CV在1965—2010年系列比1965—2000年系列均有不同程度减小，最大1 h的CV减小幅度在1%～12.67%。最大6 h的CV减小幅度在9%～14.9%。（见表2）

2.径流量变化分析

选择南部山区三关口、贺堡、黄家河水文站实测汛期径流量与汛期降雨量的变化趋势进行分析比较。

根据代表站流域以上汛期降雨量与实测径流量的统计资料，计算各站断面以上流域平均降雨量与径流量进行分析，统计见表3～表5。按照每10年1个分段，分时段统计分析，将各时段降雨量与多年平均降雨量进行比较，变化幅度基本在5%以内，但径流变化幅度较大。从表中可以看出，2000年以前径流的变化幅度基本在20%以内，2000年后三关口、黄家河水文站的降雨量与多年平均值相差不大，但三关口、贺堡、黄家河水文站径流量减少的变化幅度分别为50%、13%、40%。说明径流量的大小一方面与降雨量有很大关系，另一方面受降雨强度、时间分配、下垫面条件变化等因素的影响。

表1　各分区1 h、6 h点雨量均值变幅

表2　各分区1 h、6 h点雨量变差系数CV变幅

表3　三关口水文站分时段降雨径流变化

表4　贺堡水文站分时段降雨径流变化

表5　黄家河水文站分时段降雨径流变化

3.洪峰流量年际变化分析

选择位于不同气候区且具有代表性的水文站，根据长系列水文观测资料对代表站实测洪峰流量年际变化趋势进行分析。

（1）三关口水文站（黄土丘陵半干旱区）

三关口水文站于1960年设站，流域面积为218 km2，上游无水库工程。从设站以来至2012年洪峰流量的变化趋势线看（见图1），其有减小的趋势，减少幅度在70%。说明区域的下垫面条件受封山禁牧政策和植被恢复的影响。

（2）鸣沙水文站（风沙干旱区）

鸣沙水文站于1958年设站，流域面积为1 064 km2，为宁夏中部干旱地区黄河较大支流红柳沟的区域代表站，上游无水库。从设站以来至2012年洪峰流量的变化趋势线看（见图2），减小的趋势不明显。其中，2011年实测得到设站以来的最大洪峰流量。

（3）大武口水文站（北部贺兰山区）

大武口水文站于1973年设站，流域面积528 km2，为宁夏北部贺兰山北段的区域代表站，上游无水利工程。从设站以来至2012年洪峰流量的变化趋势线看（见图3），其有减小的趋势，减少幅度在30%。主要原因一是由于区域的下垫面条件受封山禁牧和植被恢复影响，二是暴雨量和次数减少。

图1　三关口水文站逐年洪峰流量变化趋势

图2　鸣沙水文站逐年洪峰流量变化趋势

图3　大武口水文站逐年洪峰流量变化趋势

4.最大洪峰流量出现概率分析

选取境内各气候分区内具有代表性的14个水文站、42处水文定点调查断面，具有30年以上洪水系列资料。将水文调查断面30年的资料分为3个时段，分析近30年、20年、10年最大流量之间的变化，结果为：

①14个水文站的系列资料中，鸣沙、汝箕沟2个站的近10年最大流量也是近40年最大流量，占到14%。7个站的近20年最大流量也是近40年最大流量，占到50%。从近10年或20年发生的最大洪水的站点分布来看，无明显的地区分布规律。

②根据42处水文定点调查断面的近30年调查洪水资料进行统计分析，其中8个站的近10年最大流量也是近30年最大流量，占到20%。另有3个站近10年最大流量接近近30年最大流量。

综上所述，尽管宁夏近10年总体上降雨量偏枯，但有多站点发生近40年或近30年最大洪水。说明宁夏具有暴雨洪水的局地性，其突发性强，地域分布规律性较差。

五、结论

①宁夏局地暴雨较多，具有强度大、历时短的特点，从1956—2010年与1956—2000年这两个系列对比分析，最大1h、6h降雨量均值均不同程度减小。其中除贺兰山区变幅较小外，其他各区降幅较大的减小6.4%～14.6%，最大1 h的CV减小幅度为1%～12.67%，最大6h的CV减小幅度为9%～14.9%。

②2000年后，代表站的径流量与多年平均相比减少幅度分别为50%、13%、40%。代表站洪峰流量总体呈减小趋势。

③宁夏尽管近10年总体上降雨量偏枯，但通过资料分析发现，有多站点发生近40年或近30年最大洪水，说明宁夏的暴雨洪水具有局地性，其突发性强。

［1］方树星.气候变化对宁夏水资源影响及适应对策［R］.宁夏发改委ACCC项目，2012.

［2］纪迪，张慧，沈渭寿，等.太湖流域下垫面改变与气候变化的响应关系［J］.自然资源学报，2013，28（1）.

［3］陈家琦.小流域暴雨洪水计算［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［4］邬龙，何长宽，等.太清河流域下垫面变化对设计洪水的影响［J］.华北水利水电学院学报，2001，32（3）.

责任编辑董明锐

Impact of climate and underlying surface conditions changes on rainstorm floods in Ningxia

Zhang Wanbao，Li Congmin

According to long series hydrological monitoring data as well as weather conditions in Ningxia，analysis is made on trend and changes of frequency in terms of runoff，rainstorm floods and peak flowunder different rainfall intensity and underlying surface conditions.It can be used as reference for further examination of pattern of runoff yield and flow concentration.

climate change；underlying surface condition；rainstorm flood；impact；Ningxia

P333.2

B

1000-1123（2016）03-0053-03

2015-09-17

张万宝，高级工程师，主要从事水文水资源勘测、水资源配置及利用研究工作。