织金河流域降水径流变化分析

李 静，赵宗权，焦树林，赵咏梅，曾友华，赵 梦

（1.贵州省毕节市人民政府防汛抗旱指挥部办公室，贵州 毕节 551700；2.贵州师范大学 地理与环境科学学院，贵阳550001）

随着社会经济发展，在人类活动影响下，区域内河流的水文情势发生了一系列变化。本次针对不同空间尺度，对降水进行了时空变化及演变特征分析［1-7］；研究不同时间尺度的流域水文要素来分析降水、径流的变化［8-11］。而流域内的降水和径流变化又深受下垫面影响，织金县是贵州省的3个暴雨中心之一，在毕节市区县中出现的暴雨次数最多［12］。因此，通过对降水和径流资料的分析，以期能够为相关部门防汛抗旱提供参考。

1 研究区概况

织金河属于六冲河右岸的一级支流，发源于贵州省织金县珠藏镇凤凰山，流向北东经嘟噜沟口、织金水文站，至绮陌乡东北落水洞伏流800m，于凉风洞复明流，在新寨河折东流经三甲河，至官寨乡伏流3km注入六冲河。织金河流域近似呈扇形展布，流域面积442km2，河长37km，落差845m，河流比降平均22.8%，河网密度0.6670km/km2。流域地处黔西高原向黔中丘原盆地过渡地带，地势西南高东北低，岩溶十分发育，溶蚀洼地、漏斗、落水洞、泉眼广布，是典型的碳酸岩溶喀斯特地貌。该区域主要出露二迭系、三迭系及第四系地层。年平均气温14.0 ℃，最热7月平均气温22.5 ℃，最冷1月平均气温4.3 ℃。年平均日照1176.3h，年无霜期283d。年平均风速2.3m3/s。多年平均年降水量1454.5mm，年内5～9月降水量约占年降水量的80%。多年平均年水面蒸发量800mm，干流上游织金水文站，多年平均流量2.02m3/s，而河口多年平均流量1.4 m3/s。流域内水、旱自然灾害频繁发生［16］。

2 资料与方法

2.1 资料

共收集到织金河流域内的逐日降水资料、每日最大1h降水量、逐日河流水位和流量，其中降水资料来源于毕节市气象局，水文资料来自毕节市水文水资源局。同时还收集到研究区30m分辨率的遥感影像，用于提取水系及流域范围。

2.2 方法

2.2.1 变异系数法

变异系数法能够通过消除资料间单位不同这一方式来衡量资料间的变异性。若两个或多个资料的单位相同，可直接利用均值、标准差等进行比较，若资料间的单位不统一，则资料的变异程度便不能直接用标准差等方式来比较，而要采用变异系数法来进行比较。变异系数越小，数据变动程度越小；反之，变异系数越大，数据变动程度越大［15］。

标准差与平均数的比值即为变异系数如式（1）：

2.2.2 雨量等级划分

采用白静漪[4]的研究结果对日降水量进行划分。若以P代表日降水量，则不同等级的日降水可划分为：P＜0.1mm为微量降水，0.1mm≤P＜10mm为小雨，10mm≤P＜25mm 为中雨，25mm≤P＜50mm 为大雨，50mm≤P为暴雨［4］。

3 结果分析

3.1 降水特征

织金河流域位于毕节市的东南部，属于北亚热带季风湿润气候区，由于海拔较高，具有冬暖夏凉、四季分明的特点。6月和7月份的降水量峰值在两个年份间差距明显，2016年的最大降雨量出现在6月28日为179.9mm，而2017年最大降雨量出现在7月7日为89.2mm，仅为2016年日最大降雨量1/2。2016年和2017 年日降水量的变异系数分别为124.41%和94.54%，两者差异明显。主要是2016年的极端降水事件导致了2016年日降水量变异系数的变大，除了6月份的降水量偏大外，其余各月份的日降水量分布比较均匀。2017年的极端降水少，且6～10月份的降水分布较为均匀，故日降水量的变异系数远小于2016年。如图1。

图1 2016～2017年逐日降水量

表1 降水日数季节分配 单位：d

2016 年和2 017 年的无降水日数分别为181，171d，且在12个月份的分布比较均匀，只有6月份的无降水天数少于其他各个月份。由表1可知，2016年的降水日数为186d，占全年比为50.82%，2017年降水日数为194，占全年比为53.15%。两个年份不管是按冬、夏半年还是按照季节来分，年内和年际降水天数的差距不明显。

表2 降水量季节分配 单位：mm

由表2可知，织金河流域的各个季节降水量差异明显，夏半年的降水量远远大于冬半年，2016年和2017年夏半年的降水量对全年降水量的贡献率分别为75.97%，88.57%，而冬半年仅为24.03%，11.43%。

2017 年的全年降水量达1336.42mm，比1951～2008年最大年降水量 （1293.4mm）还要高出43.02mm，但低于1981～2015年的年均降水量1381.7mm［13］。冬季降水量占全年降水量的比重仅4%，是全年的少雨期。

2016 年春、秋两个季节的降水量差距不明显，占全年降水量的比重分别为19.04%和15.09%，属于正常水平。

2017 年春季和秋季降水量对全年降水贡献率为14.10%，26.31%，其中秋季降水量达351.6mm，超过了1951～2008年秋季降水量的最大值350.3mm［13］。

2016 年和2017年的夏季降水量对全年降水量的贡献率分别为61.32%，55.75%，均超过了50%，说明流域内的降水主要集中在夏季，不仅对全年降水量的贡献最大，并且其降水量的多寡对全年降水量的变化影响显著，这与李应桃［13］结果相符。2016～2017年夏季降水量过程线如图2。

图2 2016～2017年夏季降水量过程线

由图2得出，夏季降水主要集中在6，7两个月份，2016，2017年两个月份降雨量占夏季降水量比例分别为75%，74%，8月份则占比较小且日降雨变异系数较小。根据方法2对日降水量进行了等级划分：2016年小雨157d，中雨21d，大雨6d，暴雨和大暴雨天数各1d；2017年小雨158d，中雨21d，大雨9d，暴雨6d，无大暴雨。2017年的暴雨天数为2016年的3倍，平均每年发生4次暴雨，这与汪卫平［12］研究结果相近。暴雨天数很少，且并非该流域降水的主要形式，主要集中在6～7月份，这与李应桃［13］结果相同。但是其雨量占全年雨量比重却较大，如2016，2017年暴雨量对全年降雨量的贡献率约相当于冬春两季降水的比重，分别为23.29%，29.62%，这一结果与贵州省地理志［16］所述相近。秋季绵雨指在9～11月份中，若连续5d或者大于5d且日均降水量都大于0.1mm，则计为秋季绵雨天数［16］。按此标准得出2016，2017年的秋季绵雨天数分别为14，25d，这也是2017年秋季降水远大于2016年的原因。

2016～2017 年每日1h最大雨量如图3。

图3 2016～2017年每日1h最大雨量

由图3可知，2016年6～7月份的每日1h最大雨量不管是天数还是雨量上都远超过其他月份，其中全年1h最大雨量出现在7月3日，为47.6mm。2017年的降水量变异系数小于2016年，说明其日均降水的波动程度要小于2016年，这与图3所表现出的趋势相同，2017年的每日1h最大雨量在其夏半年的各个月份中分布的比较均匀，波动程度远小于2016年的夏半年，其每日1h最大雨量出现在6月29日，为36.4mm。

根据图4得出，2016年和2017年8月份的每日1h最大雨量远小于6，7月份，并且8月份的每日1h雨量的变异程度也小于另两个月份。

图4 2016～2017年夏季每日1h最大雨量

3.2 径流特征

2016～2017 年日均流量如表3。

表3 2016～2017年日均流量

由表3可知，织金河流域2016年日均流量在0～0.99m3/s范围内的天数有224d，占全年比为61.2%，日均流量在1 ～1.99m3/s范围的天数有84d，占比为23.01%。而日均流量大于2m3/s的天数共有58d，占比为15.89%，并且全部出现在夏季（6～8月份），其中6，7两个月份共有51d，8月份仅8d。最大日均流量出现在6月28日为62.88m3/s，与上文所述的日最大降水量在同一天，最小日均流量为2月9日的0.69m3/s。2017年日均流量有185d在0～0.99m3/s的范围内，也超过了全年一半的天数，主要分布在1～5月份、12月份等枯水期和平水期共163d，占全年天数比为44.66%。日均流量在1～4m3/s范围的天数128d，占全年比35.07%，其中8～11月份共102d，占全年比27.95%。日均流量大于4m3/s的天数52d，占全年比14.25%，其中6，7月份共46d，9月份只有6d。最大流量出现在6月12日为20.26m3/s，最小流量为3月27日的0.25m3/s。总体上，2016年和2017年的日均流量在大部分范围内都相差不大。

2016～2017 年日均水位出现频率如表4。

表4 2016～2017年日均水位

由表4可知，2016年水位大部分都分布在50.2～50.39m的范围内，共有250d，占全年天数比重为68.31%，而2017年的水位大都分布在50.3～50.49m的范围内，共有215d，占全年天数比重为58.9%，2017年水位的主要分布范围要比2016年高0.1m。2016年有79d（主要在秋季）的水位分布在50.1～50.19的范围，是2017年天数的将近5倍。而水位大于50.6m的天数2016年为10d，为2017年1/5，这与2017年大雨、暴雨天数多于2016年有关。此外，2016年水位大于50.38m的天数全在6～7月份，共有41d，占全年比为11.2%；1～5月份的水位主要分布在50.3～50.37m，共153d，占全年比41.8%；8～12月份水位50.13～50.29m，共152d，占全 年 比41.53%。2017 年 水 位 在50.1～50.41m 的 共174d，占全年比为47.67%，主要分布在冬春两个季节，为枯水期共162d，占全年比为44.38%；水位在50.42～50.59m的共143d，占全年比为39.18%，主要分布在8～11月份，共112d，占全年比为30.68%；水位大于50.6m的全在6，7，9月份，主要是汛期，共有48d，占全年比为13.15%，其中6～7月份共44d。

根据洪水水文要素摘录表对织金河流域的径流量和水位进行统计分析，结果如表5，表6。

表5 平均径流量描述性统计

表6 平均水位描述性统计

续表6

2016 年和2017年的最大径流量均出现在6月份，而最小径流量都在3月份出现，具有高度一致性。2016～2017年份中径流量变异程度最大月份为2016年6月，其变异系数144.13%，因为每年的最小径流量都相差不大，基本都在1m3/s，而最大径流量差异则可能会比较显著。这主要是因为织金河流域的河流多为雨源型河流，降水对径流的补给占有很大的比重，如2016年的6月份的极端降水量远大于2017年的极端降水，这是导致2016 年最大径流量达到62.88m3/s的主要原因，远高于2017年的最大径流量20.26m3/s。

2016 年有10 个月份径流量的变异系数都在41.5%以下，冬季径流量的变异程度更小基本都在20%以下，这主要是因为冬季多处于枯水期，降水不仅少且日降水量相差不大，这就使得冬季径流量相对地稳定在一个较低的水平。2016年夏季径流量波动范围很大，尤其是6～7月份，处于汛期，降水变率、强度都很大，而且该流域短时间暴雨的强度很大，这都导致6～7月份径流量波动大的原因。2017年径流量变异系数大于50%的月份共有5个，作为对比2016年仅有2个月份的径流量变异系数大于50%。主要原因是2017年径流量变异系数大的月份内都有几天降水量远大于月均降水量，这导致月均径流量的波动程度变大，2017年7月份的月均径流量变异系数最大为90.21%，仅为2016年最大径流量变异系数的62.59%，同时2017年月均径流量最大变系数月份也比2016年延后一个月，同样是2017降水峰值分布比2016年稍后所致。总体上2017年年均径流量的变异系数大于2016年，说明2016年径流量整体的稳定性比2017年要高。

2016～2017 年月均最大水位都出现在6月份，且两年最大水位仅相差0.5m。2016年最低水位出现在10月份为50.16m，2017年最低水位为1月份50.18m，二者相差同样很小，这种情况主要原因可能是水利工程调蓄所致。两个年份夏季的水位变异系数都远远大于其他季节，这与短时间内降水量快速增多且径流量变大有很大关系，导致水位陡增陡落。除去夏季之外，2016年3个季节月均水位变异系数都小于0.1%，这说明其月内水位变动幅度很稳定且月际的变动幅度也很小，主要是2016年夏季水位变异系数明虽然显大于2017年，但其年度变异系数小于2017年的主要原因，可以认为2016年月均水位稳定性要大大高于2017年。整体上，除了1～3月份之外，2016年和2017年的日均流量和水位变化趋势具有高度一致性。

4 结语

（1）受季风气候控制及特殊地形的影响，织金河流域的年降水呈现显著变化，6～7月份降水强度大且降水量占全年降水量的比重远大于其他月份。冬半年和夏半年的降水日数几乎相同，各占降水日数1/2，同时，各个季节的降水出现日数也比较接近，为50d。流域内的主要降水形式为小雨，其出现天数占全年1/2。此外，暴雨并非主要的降水形式，但是暴雨对全年降水量的贡献率最大。

（2）2016～2017年织金河流域径流量大部分都稳定在1m3/s以下，2017年天数占全年1/2，2016年出现天数占全年比甚至达61.2%。径流量大于10m3/s的天数绝大部分出现在6～7月份，且年最大径流量也出现于此。同时6～7月份的径流量变异系数也远大于其他月份。由于水利工程调蓄原因，2016～2017年日均水位多分布在50.2～50.49m的范围内，除了暴雨期间水位有较大幅度涨落外，其余月份都稳定在一个较低的水位。总体上，2016～2017年的流量和水位变化趋势具有高度一致性，其中降水量的多少对其影响显著。