渭河武山站以上水沙变化特点分析

刘社强

摘要：依据渭河武山水文站及以上区域21个雨量站1975-2015年的水文观测数据，对武山站以上区域的水沙变化及影响因素进行了分析。结果表明：①武山站以上区域降水量、径流量、输沙量均呈下降趋势，以1988年为界比较，降水量减小了4.9%，径流量减小了48.7%，输沙量减小了36.0%；②年降水量序列不存在明显的变化趋势，径流量、输沙量分别在1988年、2004年发生了一次减少突变。

关键词：水沙变化；武山站；渭河；1975-2015年

1研究区概况

渭河武山站位于甘肃省武山县城北，于1974年7月1日设立，集水面积为8 080 km2，距河口693 km。研究区（流域）形状近似扇形（见图1），渭河自西北向东南流经渭源、陇西两县，于武山县折转向东。右岸植被较好，产流量大，含沙量小，主要支流有漳河、榜沙河；左岸为黄土丘陵区，植被差，产流量小，含沙量大，为该区域主要产沙区，主要支流有秦祁河、咸河。

区域内主要受大陆性季风气候影响，年内降水极不均匀，暴雨多发生在夏秋两季，7-8月最多。地形起伏变化较大，由降水汇流形成的洪水多为陡涨陡落型，浪大流急，水草、生活垃圾及其他漂浮物较多。

武山站测验河段基本顺直，左右两岸均为石砌河堤，基本断面上游约400 m处有一座公路桥，约700 m处有一处滚水坝，基本断面下游约800 m处有一座人行便桥。测验河段内河床组成为沙卵石，断面冲淤变化较大，水流常因洪水来源不同在断面左右摆动，水位流量关系受洪水涨落及冲淤的影响较大。

2水文要素变化

2.1区域降水量

由图2可以看出，武山站以上年降水量变幅较小。由表1可知，研究区年均降水量的变化不是十分明显，1985-1994年年均降水量比1975-1984年的小27.3mm，比多年（1975-2015年）均值小1.1 mm；1995-2004年年均降水量减幅最大，比多年均值小39.7 mm；2004年以后年均降水量有所增大，距平为2.6%。

2.2径流量

根据武山站1975-2015年的年径流量资料（见图3）可以看出，径流量减小趋势十分明显。由表2可知径流量变化较为显著，1985-1994年年均径流量比1975-1984年的小1.562亿m3：1995-2004年年均径流量比1975-1984年的小4.889亿m3，距平为-48.7%；2005-2015年年均径流量比1975-1984年的小3.630亿m3，距平为-22.5%。

2.3输沙量

由图4可以看出，武山站输沙量减小趋势也十分明显。由表3可知输沙量的变化与径流量变化并不完全一致，1985-1994年年均输沙量比1975-1984年的大330万t；1995-2004年年均输沙量开始减小，比1985-1994年小1 260万t，距平为-18.6%；2004年以后输沙量减幅加大，距平为-54.8%。

3变化成因分析

3.1突变分析

由渭河武山站以上區域年降水量、年径流量、年输沙量的M-K突变点检验可知：年降水量不存在明显的变化趋势：年径流量和年输沙量序列均存在显著的减小趋势，年径流量在1988年前后发生了一次减少突变，年输沙量在2004年前后发生了一次减少突变。

3.2降水量与径流量、径流量与输沙量的关系

由图5可以看出，在相同降水量条件下，1989年后的多数年份径流量明显小于1988年前的，说明武山站以上区域的降水径流关系发生了变化。降水径流关系的变化除受雨强变化的影响外，人类活动也是变化的主要原因。随着水土保持、退耕还林、集雨节水工程等措施的实施，武山站以上区域2015年的植被覆盖度与20世纪80年代相比增加了25%，这些因素的变化是导致水沙量减少的重要原因。

由图6可以看出，在相同径流量条件下，2005年后多数年份的输沙量明显小于2004年前的，说明渭河武山站以上区域的径流量输沙量关系也发生了变化。输沙量的减少除与大暴雨场次、洪峰流量500 m3/s以上洪水场次及径流量明显减小有关外，还受人类活动因素的影响。区域内退耕还林、水土保持工程措施的实施，逐步改善了武山站以上区域的流域下垫面状况。2004年以来，在自然和人类活动因素的综合作用下，该区域水土流失大幅减少。

3.3水沙年内变化分析

由表4可以看出，两系列各月平均值相比，1989-2015年年降水量、径流量、输沙量分别减小4.9%、48.7%、36.0%。降水量、径流量、输沙量的月变化各有特点。年降水量虽减少不多，但年内非汛期（1、2、4、10月）降水量增大0.3%-60.3%，其他月份降水量减小3.4%-12.2%。研究区内大部分区域土壤为超渗产流区，非汛期降水量的增大、主汛期降水量及大暴雨场次的减少均有利于土壤下渗，不利于产生地面径流；受降雨及人类活动影响，多年平均径流量减小48.7%，4-12月径流量减幅均在40.0%以上，其中9月为65.0%，1-3月径流量减幅较小，均在40.0%以下，使年内各月流量趋于“均匀”，这可能与相应月份降水量的增大有关。输沙量的变化与降水量、降水强度、产汇流大小、植被状况、人类活动等因素有关。多年平均输沙量减小36.0%，5月、7-10月输沙量减少较多，其中9月为66.7%，这与径流量的变化一致；6月输沙量增大5.8%，可能与人类活动因素有关。

另外，武山站洪峰流量逐年减小的趋势明显。根据实测资料统计，1975-1992年大部分年份的年最大流量在500 m3/s以上，年最大流量超过1 000 m3/s的年份有7 a，历年最大洪峰流量发生在1978年，为2 480 m3/s。从1993年开始，武山站未发生洪峰流量大于1（100 m3/s的洪水，2011年最大流量仅为88.5 m3/s，大部分年份的年最大流量在500 m3/s以下。历年（1975-2015年）最大含沙量的变化趋势并不明显，大部分年份最大含沙量在500 kg/m3以上，历年最大含沙量为902 kg/m3（2002年），年最大含沙量序列中最小值发生在2014年，为376 kg/m3，说明区域内局部植被、下垫面条件差，在小范围暴雨（驱动力）作用下，小水携大沙的高含沙洪水并未减少。

4结语

（1）渭河武山站以上区域水、沙量均呈减少趋势，以1988年为界比较，降水量减小了4.9%，径流量减小了48.7%，输沙量减小了36.0%。与径流量、输沙量相比，降水量减小趋势不是十分明显。年内各月的变化趋势与年变化趋势并不一致。

（2）经突变分析得知，年降水量序列不存在明显的变化趋势；径流量、输沙量分别在1988年、2004年前后发生了一次减少突变。