基于SWAT的沣河流域水文特征研究

杨静媛，郗 林

沣河属黄河流域渭河水系，是渭河右岸的一级支流，长安八水之一，也是西安市第三大河流。沣河发源于西安市长安区喂子坪乡鸡窝子以南的秦岭北侧，流经西安市长安区、户县，咸阳市秦都区等十余个乡镇，于咸阳北部鱼王村汇入渭河，流域总面积1386 km2[1]。沣河多年平均年径流量为2.381亿m3，径流年际变化大，年内分配也极不均匀[2]。沣河流域在沣河干流设有秦渡水文站，在大峪河峪口设有大峪水文站。秦渡镇水文站控制面积566 km2。大峪水文站控制流域面积58.6 km2。

目前，沣河处于西安城市建设西边缘区域，流域防洪形势严峻，水资源开发利用不够合理，生态环境有待进一步改善。随着西安建造国际化大都市的步伐及旅游事业、文化产业、经济发展和生态环境建设，对沣河流域水污染分析及水文特征分析研究就显得十分必要。

1 不同代表年选择

图1 秦渡镇水文站年最大径流量频率曲线由频率曲线可以得到不同频率的径流量，其中P=20%

以秦渡镇水文站1956年～2009年共54年实测多年年径流量作为基础数据，采用采用P-Ⅲ型水文频率分析软件对径流量进行频率分析，选取不同代表年，结果见图1。（丰水年）时径流量为3.30亿 m3，P=50%（平水年）时径流量为2.11亿 m3，P=75%（枯水年）时径流量为 1.71亿 m3。最终确定沣河流域在2003年为丰水年，2005年为平水年，2004年为枯水年，然后进行不同代表年降雨量和泥沙量计算。

2 沣河全流域不同代表年计算结果

运用SWAT模型对沣河全流域2003年（丰水年）、2005年（平水年）、2004年（枯水年）三个不同代表年降雨量和泥沙量进行计算，得到的降雨量和泥沙量模拟结果见表1。

表1 不同代表年的计算结果

由表1可以看出在不同代表年，随降水量和径流量变化，泥沙量也在变化。其中丰水年、平水年、枯水年的降水量、泥沙量依次减小；泥沙量的变化趋势和降水量有密切关系。

3 时间和空间分布

3.1 时间分布

沣河流域三个代表年不同月份降雨量和泥沙量模拟结果分别见表2～4。

由表2看出2003年的降雨量和泥沙量都集中在汛期（6～10月），各项模拟值在2003年的年内分布非常不均。汛期降水量和泥沙量在全年的比例分别为0.79和0.95，汛期降雨量和泥沙量的年内变化具有明显对应关系，明显大于非汛期。

表2 丰水年（2003）逐月计算结果

表3 平水年（2005）逐月计算结果

表4 枯水年（2004）逐月计算结果

由表3看出2005年的降雨量和泥沙量都集中在汛期（6～10月），各项模拟值在2005年的年内分布非常不均。汛期降水量和泥沙量在全年的比例分别为0.82和0.92，降雨量和泥沙量的年内变化具有明显对应关系，明显大于非汛期。

由表4看出2004年的降雨量、泥沙量和非点源污染物负荷都集中在汛期（6～10月），各项模拟值在2004年的年内分布非常不均。汛期降水量和泥沙量在全年的比例分别为0.69和0.78，汛期降雨量和泥沙量的年内变化具有明显对应关系，明显大于非汛期。

综合以上分析：泥沙量是伴随着降雨径流过程特别是暴雨过程产生的，所以泥沙年内主要在汛期产生，集中在降雨量较大的月份。一般在这段时间内，会有多场大型暴雨发生，随暴雨过程会产生很大的输沙过程。降雨量、径流量和泥沙量是明显正相关的，降雨量越大，地表径流越大，泥沙量也越大。以上不同代表年分析可以看出，泥沙在降雨较多的月份都比降雨较少的月份多，这符合泥沙的产生规律，即伴随降雨径流过程产生的。

3.2 空间分布

本文选择的模拟年份为2003年（丰水年）、2004年（枯水年）和2005年（平水年），这三年期间沣河流域的土地利用、植被覆盖情况不会有明显大的变化，所以非点源污染负荷的空间变化将由流域内降雨量大小及其在空间上的分布情况决定。以下对照沣河流域图对三个代表年的流域内降雨、径流和泥沙的空间变化规律进行分析。

图5 沣河流域图

3.2.1 流域内降雨量的空间分布

图6～图8分别是2003年（丰水年）、2005年（平水年）和2004年（枯水年）各年降雨量分布图。由图可以看出，在该研究区内降雨量的分布是很不均匀的，降水量随着地形由南向北逐渐减少。降雨量较大的地区集中在靠近秦岭周边植被覆盖良好的山地地区，中下游居住和耕地地区降水量偏小。从整个流域来看，这三个代表年降雨量分布情况大致相同，各年降雨量最少的地区主要集中在长安区的杜曲、韦曲、郭杜三个村镇，其次是长安区的斗门、细柳、高桥和户县的三个村镇；降水量最大的区域集中在上游秦岭周边的山地地区以及长安区的五星、滦镇、子午地区。

SWAT模型要求所使用的降雨量站点尽可能的均匀分布在研究区域内，否则系统就会使用相近站点的降雨数据代替模拟，这样就会使模拟出来的降雨量数据产生较大偏差。

图6 2003年降雨量分布图 （单位：mm）

图7 2005年降雨量分布图 （单位：mm）

图8 2004年降雨量分布图 （单位：mm）

3.2.2 流域内径流的空间分布

图9～图11分别是2003年（丰水年）、2005年（平水年）和2004年（枯水年）各年径流分布图。由图可以看出，在该研究区内径流分布随着地形由南向北逐渐减少，与降雨量呈正相关关系。径流最大的区域集中在上游秦岭周边的山地地区以及长安区的五星、滦镇、子午地区，因为这一部分子流域的降雨量很大，且地形坡度大，所以相应的径流很大，是主要的集水区域。另外从河段流量来看，在沣河干流上潏河入沣地区，因为有子午河、抱龙峪河、涧子河、滈河和潏河等支流的汇入，使得干流水量迅速增加，所以在潏河入沣这一段流域径流很大。

图9 2003年径流深分布图 （单位：mm）

图10 2005年径流深分布图 （单位：mm）

图11 2004年径流深分布图 （单位：mm）

3.2.3 流域内泥沙负荷的空间分布

图12～图14分别是2003年（丰水年）、2005年（平水年）和2004年（枯水年）各年泥沙负荷分布图。不同的土地利用具有不同的泥沙负荷特性，这不仅与其自身性质有关，而且与土地利用在流域内的空间分布特征有关，每种土地利用都与地形或土壤类型相关联。由图看出，沣河流域的产沙区主要分布在流域中上游长安区的五台、太乙、子午和滦镇。这些地区靠近秦岭的周边山地，山地灌木草丛分布广泛，土壤类型主要为棕壤性土、棕壤和褐土，地形坡度大于下游地区，土壤侵蚀量大，所以该区域泥沙产出是最大的。下游耕地和区民区地形平坦，土壤侵蚀量小，所以泥沙产量很小。

图12 2003年泥沙负荷分布图 （单位：t/ha）

图13 2005年泥沙负荷分布图 （单位：t/ha）

图14 2004年泥沙负荷分布图 （单位：t/ha）

4 结论

通过对沣河流域三个代表年不同月份降雨量和泥沙量模拟结果进行分析，发现汛期降雨量和泥沙量的年内变化具有明显对应关系。从时间分布来看，随降雨径流特别是暴雨径流过程产生的泥沙负荷在丰水年较大，而枯水年相对较小，年内泥沙负荷主要集中在汛期；通过空间分析指出了沣河流域内主要水文因子产出关键源区。根据模型模拟计算结果，结合国内外经验提出沣河流域整体规划以及防治措施与建议。

[1]高榕.西安市沣河流域水质变化特征及污染控制对策研究[D].西安：西安建筑科技大学，2003.

[2]朱记伟，雒望余，刘建林.沣河干流生态治理的必要性研究[J].新西部，2009，（22）：63.