东白城子水文站水文特征变化与水量调查分析

巩士群

（辽宁省阜新水文局，辽宁 阜新 123000）

1 基本情况

1.1 流域概况

辽河下游主要水系绕阳河自清代以来便是下游平原区的主要经济性河流，绕阳河全长290 km，以东白城子为界绕阳河为上下两个河流区间，其中韩家杖子至东白城子区间河长55 km，属于河流上部区间。该区间流域面积大约2 138 km2，影响面积1 445 km2，呈倒扇形状布置，为阜蒙县十余个乡镇的主要用水来源，区间流域东西与柳河、大凌河并肩，北部地势高、南部地势低。东白城子测站区间地形较为平坦，以低矮山丘地形为主，海拔高度低至100 m，高仅500 m，流域西侧为高坡地势，由西到东坡度由缓到急，东侧为地势最低区域。东白城子测站区域河流众多，呈树状分布穿越整个西部丘陵汇入绕阳河。绕阳河流域被半干旱型季风性气候占据，夏季东南亚季风给该区域带来了丰富的降水量，并且伴有高温炎热天气；这种气候一般在秋季开始时结束，气温陡降，接着会伴随长达4～7个月的干旱天气。由于受到长时间季风性气候影响，导致区域内降水时间和空间分布不规律，多年平均降水量仅406.7 mm。

1.2 测站概况

东白城子站1938年7月正式开始设为水位站，地理位置为东经122°23"35″，北纬42°14"51″，控制面积 2 138 km2。水位站所测河段长度500 m，流心根据枯水、洪水时节左右偏离，整个河段水面最大宽度300 m宽，水尺断面安装在上游290 m处，该处通过历年观测为水流和比降最大区域。由于地质条件因素，测站左右两岸都有不同程度的塌岸现象和缓坡。测站左侧土质疏松，洪水过境易造成不同程度的涨冲落淤现象。测站于1938年根据水文站网规划原则被确立为国家基本站和区域型代表站，主要检测项目包含水位、冰情、流量、泥沙、水质监测、降水、墒情、水文调查等，流量和泥沙测验精度均达到二类水平。按照10 d为间隔，从每月1日开始报告汛期降水量，每月汇报3次汇报；每月1、11、21日08:00发墒情报；6～9月每日08:00报水位和流量，水位达到71.60 m报洪水过程。

2 降水量变化特征

2.1 降水量年际分配

对东白城子测站区间6处雨量站自建站以来至2020年实测降水量资料做统计并绘制曲线图如图1所示，从图1可以明显观察到历年该流域平均降水量总体呈现缓慢下降的趋势，趋势方程：y=-1.2858x+545.45[1-4]。此外，由图1可明显看到流域在70余年来降水量波动非常显著，其中年平均降水量最大出现在1979年，为833.6 mm，对应年际最低降水量为1997年的296.2 mm，这两年降水量差额达到了550 mm。该区域降水受季风性气候影响，降水多集中在3 d以内，体现为阶段性暴雨形式。经测，该流域水汽来源方向主要为西南方向，水汽来源受当地地形和地势高低影响严重，东南坡面属天然迎风面，为季风性气候的水汽提供了入侵条件。

图1 东白城子站历年降水量过程曲线图

2.2 降水量年内分配

年降水量年内月分配规律与历史多年平均降水量分配有着紧密联系。70余年来，多年降水主要集中在主汛期6～8月，降水总量占全年的65.89%，8月降水总量接近100 mm，占比约24%，全年最多。冬春交际时节，降水量均未超过总量的1%，其中1月降水量仅有1.5 mm，占全年降水总量的0.37%。2020年降水量年内分配与上述多年平均各月降水量具有高度相似，各月降雨量比重占比分别为：0.05%、0%、2.11%、4.23%、8.94%、13.96%、15.93%、25.95%、21.14%、7.57%、0.12%、0%。受季风气候影响观测移动平均曲线（图2）可知测站以上全年降水量呈“单峰状”。由于特定地理位置及季风气候影响，降水量季度变化显著、年内月份分配不均匀、降水时空分布差异是此区域降水量的典型特征[5-7]。

图2 绕阳河流域东白城子站以上降水量年内分配图

2.3 实测水量

东白城子站2020年全年共计测量水流流量104次，通过流速仪法和小浮标法测得2020年最大流量为16 m3/s,出现在秋冬季节9月13日，最小流量出现在1月1日，为0 m3/s（断流状态）。据统计，2020年实测年径流量为1 084万m3，实际测量水量年内分配情况见图3，枯水时节出现在整个年初和年末。

图3 2020年东白城子站实测水量月分配图

3 水量现状应用调查分析

东白城子站调查水量主要包括：农灌水量、跨流域引水、水库变量及蒸发增损量。2020年东白城子站以上农业灌溉水田1 000亩，毛用水定额700 m3/亩；旱田309 800亩，毛用水定额140 m3/亩。断面以上区间农业灌溉水量为4 393万m3,水库变量为-126.06万m3，蒸发增损量为25.74万m3。东白城子站调查水量经分析，主要以农业灌溉为主，跨流域引水也是用于灌溉水田，其他用水量较小[8]，2020年区间调查水量比例图和历年调查水量图见图4和图5。

图 4 2020年东白城子站区间调查水量比例图

图5 东白城子站历年调查水量对照图

3.1 水库调蓄

东白城子站区间中小型水库共计6座，七家子水库资料齐全，调查到全年各月水量增损资料，施家、南柳、三家子和哈巴沁水库只收集到年初年末资料。调查显示6座水库容量总变化量为-126.06万m3，蒸发总量达25.74万m3。详见表1和表2。

3.2 农业

“农业灌溉”自古以来是江河流域的首要任务，同时还伴随着林牧业和渔业的灌溉任务。此次统计了测站以上流域用于水、菜和旱田的年际灌溉水量。统计表明2020年东白城子站以上农业灌溉耗水量为4 393万m3，见表3。从表中数据可见测站以上灌溉周期集中在4～9月，灌溉月均用水分配均匀。

3.3 天然水量

东白城子2020年水文站以上天然水量分3部分统计，实测水量为1 084万m3，韩家杖子站断面水量为1 072万m3，本站水量最大，达4 293万m3，总计为5 376万m3。其中此次调查涉及区间面积1 445 km2折合径流深37.2 mm。调查结果见表4。

表1 2020年东白城子站以上水库变量月年统计表 单位：万m3

表2 2020年东白城子站区间水库蒸发增损量月年统计表 单位：万m3

表3 2020年东白城子站断面以上农业耗水量 单位：万m3

表 4 2020年东白城子水文站区间天然水量计算表 单位:万m3

3.4 墒情特征

本年春季降水量较少，春播期墒情较差不利于耕作，农作物苗情不好，夏秋季偏丰，对晚期作物生长有帮助，对秋收有一定的影响。东白城子站墒情见图6。

图 6 2020年东白城子站土壤含水率过程线

4 径流变化特征

东白城子站历年最大天然水量24 580万m3，最小天然水量1 012万m3，多年平均径流量为6 298万m3。2020年东白城子站天然径流量为1 084万m3，较多年平均少5 214万m3。对70余年来测站径流量数据做绘图分析（图7），图中流域径流量呈“波浪状”，表明年际径流量变化大。此外，可以观察到径流量低于5 000万m3的年份较多且密集，密集程度最多一次为连续15年径流量低于5 000万m3，由此可知该流域存在多年枯水的状况。可得出东白城子站径流量有“连续性枯水，阶段性丰水，丰、平、枯水年交替发生”的规律。

图7 东白城子站历年实测水量变化过程线图

降雨量是河川径流量年内变化的主要影响因素，高山融雪为次要影响因素。东白城子站以上流域降水量随季节变化非常剧烈，尽管是枯水年也存在春、夏两次汛期。一般来说，该流域春汛持续时间较夏汛短（春汛一般持续2个月，夏汛一般持续4个月），春季汛期洪水量较夏季低近50个百分点。枯水季节一般出现在该年的4～5月，河道径流量最低接近断流状态，枯水季节径流量相对较多的年份也仅占年径流量的10%左右，因此枯水季节缺水严重[9-10]。

5 输沙量变化特征

20世纪80～90年代，东白城子站较大洪水年份少，是流域输沙锐减的主要原因，其次，水土保持工作取得一定成效，经过多年治理，绕阳河含沙量呈下降趋势，历年含沙量变化情况见图8。东白城子站多年断面平均含沙量为7.81 kg/m3，历年断面最大含沙量26.9 kg/m3。2020年东白城子站最大断面平均含沙量为45.6 kg/m3，本年平均含沙量为23.3 kg/m3。

图8 东白城子历年含沙量过程线图

东白城子站历年平均输沙量曲线图与含沙量变化图基本一致，历年输沙量变化图见图9，经统计，最大输沙量是1963年的416万t，70余年平均输沙量为60.7万t。自1980年起该河流域输沙量有着显著变化，以1980年为界，1980年以前年均输沙量保持在200万t，自1980年以后年均输沙量降至50万t，降幅接近-75%。2020年径流属于枯水年份，本站的断面输沙量仅为25.2万t，断面平均输沙率为8.01 kg/s，最大日平均输沙率为1 250 kg/s，输沙模数为118 t/km2。

图9 东白城子站历年输沙量变化过程图

6 结论

对某流域水文变化特征的分析通常是涉及到降水、径流和蒸发，文章结合水文站历年资料采用统计分析法对东白城子水文站所测流域近70年的水文进行了有效分析，结论如下：

（1）降水量逐年降低，趋势方程为：y=-1.2858x+545.45。降水量年际分配经过综合分析后表现为缓慢降低，并于1980年降至500 mm以下，这充分说明该区域降水量受全球天气变化影响显著，并且这种变化还将继续深入。

（2）水量输出稳定，流域灌溉业呈现稳步提升状态。测站以上无工业用水，流域水资源输出表现为灌溉农业，历年灌溉用水均保持在一定量，这足以肯定当地早已适应了区域性墒情条件和季节性雨量特征，经济效益稳步上升。

（3）径流年际变化大，输沙量愈来愈少。径流年际变化受到年际降水量影响呈现出忽高忽低的形态，同时该流域输沙量曲线变化逐渐走低，表明上游水土保持取得有效成果，也侧面说明了绕阳河流域环境的改善和生态的多样化。