拱坝河黄鹿坝水文站水文特征浅析

李明霞

(甘肃省陇南水文水资源勘测局，甘肃 成县 742500)

1 基本概况

拱坝河[1]是嘉陵江的二级支流，白龙江的一级支流，发源于甘南藏族自治州舟曲县境内沙滩沟的花草坡，河长约90 km，流经舟曲县的武坪乡、插岗乡、曲告纳乡、拱坝乡，于陇南市两水镇汇入白龙江，河流上游、中游较平缓、下游较湍急，综合比降为0.0358。属于长江流域(Ⅰ级)、嘉陵江(Ⅱ级)、广元昭化以上(Ⅲ级)区范围，河流沿岸居民较少，上游植被较好，大多为灌木林。

黄鹿坝水文站距离河口(白龙江)约3 km，该站始建于1979年，位于甘肃省陇南市武都区两水镇黄鹿坝村，集水面积1247 km2，下辖雨量站三个，分别是铁坝站、拱坝站、黄鹿坝站。由于拱坝河常年流量较稳定且水文站距离河口较近，该站为拱坝河的控制站，属二类精度流量站，常年驻守站。黄鹿坝水文站主要的观测项目有降水量、蒸发量、流量、含沙量以及上述三个雨量站资料。

2 水文特征简析

2.1 断面分析

该站测验断面相对稳定，断面顺直约300 m，左岸为混凝土陡坎，右岸为地质坚硬的滩地，不容易发生冲淤，河床由块石、砂砾石组成。大断面套绘见图1，根据近5 a(2015年～2019年)的断面数据计算发现，近5 a中各相邻年份大断面面积低水最大相差3.7 m2，变幅占上一年同级水位断面面积的8.58%；中水时断面面积最大相差3.5 m2，占同级水位断面面积的7.22%；高水时面积最大相差3.6 m2，占上一年同级水位面积的6.55%。断面处于相对稳定的状态，冲淤变化不大(见表1)。

图1 黄鹿坝站近5 a大断面套绘图

表1 黄鹿坝站大断面冲淤变化分析表

2.2 降水量分析

2.2.1 年内分配

拱坝河流域属北亚热带季风气候，海拔较高。具有很明显的山溪性河流特点，由于受到季风气候影响[2]，该站降水量主要集中在5月～10月，降水量年内分配见表2，期间降水总量为426.1 mm，占全年降水量占的85.9%，11月～4月降水总量70.3 mm，占全年的14.1%。多年月平均最大降水量为86.2 mm，最小为1.0 mm，倍比悬殊。连续4月最大降水量出现在6月～9月，期间降水量为385.8 mm，占全年降水量的77.7%；连续四月最小降水量15.0 mm，出现在11月～2月，期间降水量占全年的0.03%。分析得出：该站降水呈现出汛期量大且集中，年内分配不均的特点。

表2 黄鹿坝站降水量年内分配对照表 单位：mm

2.2.2 年际变化

选取流域内三个雨量站1980年～2016年共36 a长系列资料进行分析，降水资料成果可靠，代表性强，黄鹿坝站多年平均降水量为496.3 mm，最大值为687.7 mm，最小值为313.8 mm，倍比为2.2左右；拱坝站多年平均降水量为453.9 mm，最大值为871.8 mm，最小值为205.4 mm，倍比为4.24；铁坝站多年平均降水量为519.8 mm，最大值为1087.9 mm，最小值为270.6 mm，倍比4.02。为了便于分析该站及断面以上降水量的年际变化特性，利用该站下辖雨量站的长系列资料，点绘各站降水的年际变化过程线图(见图2)，各站年降水量变化趋势基本吻合。将三站数据导入到Excel中计算出年降水量Cv值，Cv值越大，说明年降水量变化越大，反之，则变化越小。计算结果表明，该站Cv值在0.16～0.27之间，年际变化较小。

图2 黄鹿坝各雨量站降水量年际变化过程线

2.2.3 趋势分析

从图2看出，三站降水量年际变化趋势明显，利用多项式曲线可知，该站降水从建站以来到1997年呈现逐年递减趋势，到1997年低到谷底，1998年之后又开始缓慢递增，最近几年的年降水量一直在多年平均降水量线上下浮动，但是整体减小的趋势还是很明显。

2.3 蒸发量分析

2.3.1 年内分配

该站蒸发量采用20 cm口径蒸发器观测，受气侯、温度等因素影响，水面蒸发量年内分配极不均匀，从表3看出，该站年内水面蒸发量主要集中在4月～9月，期间蒸发量为928.2 mm，占全年总量的71.2%，连续四月最大蒸发总量为683.7 mm，占全年总量的52.9%。多年月平均最大值出现于7月份，为185.7 mm，最小值出现于12月份，为38.4 mm(见表3)，倍比为4.8，蒸发量年内分配极不均匀。

2.3.2 年际变化及趋势分析

选取1985年～2016年共32 a的蒸发量年特征值进行分析，同样的可以用变差系数Cv值来估计蒸发量的年际变化幅度大小。计算得年际蒸发量Cv值为0.13，说明蒸发量变化幅度小，该站多年平均蒸发量为1293.5 mm，最大年蒸发量1687.4 mm，出现于1987年，最小值为947.5 mm，出现于2007年，极值比1.8，相差不是很大。从整体变化趋势来看，2010年之前，蒸发量呈减小的趋势，2011年之后，逐年增大，建站以来，整体呈减小的趋势，从图3可以得到蒸发量的变化趋势方程。利用该公式可以推算，随着时间和资料系列的延长，减小的趋势将更加明显。[3]

图3 黄鹿坝站蒸发量年际变化过程图

表3 黄鹿坝站蒸发量年内分配对照表

表4 黄鹿坝水文站径流量年内分配表

2.4 径流量分析

2.4.1 年内分配

统计得知，该站历年最小流量为5.08 m3/s，出现于2003年2月；最大流量为191 m3/s，出现于1989年7月26日；多年平均流量15.9 m3/s。多年平均年径流量为5.007亿m3，变差系数Cv值为0.20，Cv值小说明径流年际变化小[2]。拱坝河具有山溪性河流的特点且较明显，其洪水主要来源于上游暴雨，洪水历时短，洪峰尖瘦，产生陡涨陡落型的洪水过程，洪水一般持续一至二天。暴雨大多发生在汛期(5月～10月)，5月～10月间径流量占全年的69.6%。由于降水量年内分配极不均匀，导致了径流量年内分配也不均匀。

2.4.2 变化趋势

拱坝河的径流主要由上游降水量和地下水补给，汛期时，暴雨多且集中；河流丰枯程度在年际之间存在较大差别，加上径流的年际变化规律一般是锯齿状高频振荡[3]，通过年际变化图很难预测径流的长期演变趋势，点绘该站多年平均径流量(见图4)，由图4可得到该站年径流量变化趋势直线方程式为：

Qn.t=119.14-0.0571t

K=-0.0571

式中：Qn.t为黄鹿坝站逐年径流量；t为时间，1980年t=0。

从上式中可以看出，K值为-0.0571，这就说明，该站的径流量变化整体呈现逐年减少的趋势，造成径流量减少趋势的主要原因是流域内降水量的逐年减少。随着时间的延长，这种减少的趋势更加明显[3]。

图4 黄鹿坝站径流量年际变化过程线

2.5 含沙量分析

该站断面以上上游植被较好，大多为灌木林。地质构造大多为坚硬的块石夹砂组成，天保工程使山上环境大幅度改善，区域内耕地面积减少，退耕还林还草以及河道综合治理已见成效。黄鹿坝站含沙量较小，实测最大含沙量为319 kg/m3，出现于1984年8月20日，最小年平均含沙量出现在1995年，

为0.590 kg/m3。多年平均含沙量为1.447 kg/m3。断面最大含沙量一般出现在5月～10月。主要是在这期间，降水量大且集中，河流挟沙能力较强。通过统计得知，8月份含沙量最大，7月份次之，非汛期(4月～11月)含沙量很小，接近于0。

图5 黄鹿坝站含沙量年际变化图

从图5可以看出，该站含沙量年际变化幅度不大，基本在多年平均值上下浮动，1988年以前呈逐年增大趋势，1989年～2004年间逐年减小的趋势比较明显，2005年以后一直呈增大趋势，含沙量整体呈减小趋势。

3 结论

1)汛期(5月～10月)降水量占全年的85.9%平均倍比在3.5左右，年内分配极不均匀，从高海拔到低海拔区域递减。年际变化较小，且整体有逐年减小的趋势。

2)蒸发量主要集中在4月～9月，年内分配极不均匀，期间占全年蒸发量的71.8%，年际变化小，蒸发量呈逐年减小的趋势。

3)径流量年内分配也极不均匀，主要集中在5月～10月，占全年的76.1%。径流年际变化较小，呈现逐年减小的趋势。

4)由于退耕还林和天保工程的成效，含沙量呈逐年减小的趋势，由于降水量的分配不均，导致含沙量年内分配不均，年际变化较小。