近50 a 桃河上游降水及径流演变特性

史慧敏

（阳泉市水文水资源勘测站，山西 阳泉 045000）

近年来，由于气候变化导致的极端天气频繁发生，已经有众多学者对全国各区域的降水及径流变化特性进行了大量研究[1-5]，为了更好的掌握桃河上游的降水和径流的变化情况，根据旧街水文站1970-2020 年51 a 的实测降水和径流资料，对桃河上游降水和径流的变化特性进行分析，可以更好为阳泉的安全度汛、水资源开发利用、水资源合理规划等提供一定的科学依据。

1 研究区概况

桃河属于海河流域子牙河水系，源头位于寿阳县东部的土陉岭，自西向东横穿阳泉市市区，在平定县河滩村与温河合流后称为绵河，全长90 km，是流经阳泉市区最主要的河流。旧街水文站位于桃河上游，设立于1970 年6 月，桃河源头到旧街站河流长度23.9 km，流域面积274 km2，主要支流有太平沟、库仓沟、泉寺河、保安沟等[6]。该区属于暖温带大陆性季风气候，控制流域受地形影响多有局部性暴雨洪水发生，洪水暴涨暴落，持续时间较短，径流变化大，挟沙能力强，拥有典型的山溪河流特性。

2 数据来源及研究方法

研究数据主要是旧街水文站1970-2020 年51 a的实测降水和径流资料，采用1970-2020 年经过山西省水文水资源勘测总站整编审查的水文资料，资料可靠，代表性良好，且具有一致性。

基于旧街水文站降水、径流资料，采用算术平均法、滑动平均法、线性趋势法、M-K 趋势分析法、双累积曲线法、相关系数法，对桃河上游降水和径流的年内分配、年际变化、变化趋势及相关关系等进行分析。

3 研究结果

3.1 降水的变化规律

3.1.1 降水的年内分配

桃河上游属于暖温带大陆性季风气候，降水主要受季风影响，旧街站降水量年内分配见图1。

图1 旧街站降水量年内分配图

根据旧街站降水量年内分配图可看出，桃河上游降水量在夏季和秋季较多，6～9 月（汛期）降水量占全年的73%，汛期降水主要集中于7～8 月，占全年降水量的47%；冬季和春季干旱，11～次4 月的半年，降水仅占全年的10%，12～次2 月的3 个月是全年降水最少的时期，降水量仅占年降水量的3%。由此可知，桃河上游的降水年内分配极不均匀，季节间降水量相差悬殊。

3.1.2 降水的年际变化

利用滑动平均法和线性趋势法对旧街站降水量的年际变化及变化趋势进行分析，结果如图2 所示。

图2 旧街站年降水量过程线图

由图2 可看出，桃河上游的降水量在丰、枯变化较为剧烈。最大降水量出现在1988 年，为806.7 mm；最小降水量出现在1997 年，为262.3 mm，最大年降水量是最小年降水量的3 倍。由年降水量线性趋势线可看出，桃河上游年降水量略有增加趋势。由5 a滑动平均曲线可看出，桃河上游年降水量呈现较为平稳的波动性，有一定的周期性。

利用M-K 趋势分析法对旧街站的降水量变化趋势作显著性分析，取显著性水平为α＝0.01，其中M-K 趋势指标U＝0.22，│U│＜Uα/2，说明桃河上游近51 a 的降水呈现不明显的增加趋势。与线性趋势法得出的结论一致。

3.2 径流的变化规律

3.2.1 径流的年内分配

桃河上游径流的来源主要为大气降水，径流的年内分配主要受降雨影响，旧街站径流年内分配见图3。

图3 旧街站径流年内分配图

根据旧街站径流年内分配图可看出，在11～次4 月旧街站基本为河干状态，5 月开始缓慢上升，6 月开始急剧增加，至7～8 月达到最大，9 月有所减少，10 月急剧减少，直至11 月再次回到河干。说明桃河上游属于季节性河流，径流量在年内的分配基本全部集中在汛期，6～9 月这4 个月的径流量占全年的93%，而非汛期非常干旱，11～次4 月的6 个月基本一直处于河干状态。由此可知，桃河上游的径流年内分配极不均匀，季节间径流量相差悬殊。

3.2.2 径流的年际变化及变化趋势

利用滑动平均法和线性趋势法对旧街站径流量的年际变化及变化趋势进行分析，结果如图4 所示。

图4 旧街站年径流量过程线图

由旧街站年径流量过程线图过程线可看出，旧街站径流量年际变化很大，且有明显的下降趋势。在1977 年出现最大径流量5 550 万m3，在2001 年出现最小径流量109 万m3，最大年径流量是最小年径流量的51 倍，丰枯变化悬殊。由年径流量线性趋势线可看出，旧街站年径流量呈现明显的减小趋势，线性递减率约为每10 a 364 万m3。由5a 滑动平均曲线可看出，旧街站年径流量呈现带有波动性的减小趋势，有一定的周期性。

利用M-K 趋势分析法对旧街站的径流量变化趋势作显著性分析，取显著性水平为α＝0.01，其中M-K 趋势指标U＝-4.13，│U│＞Uα/2，说明旧街站近47 a 的径流呈现明显的减小趋势，通过99%显著性检验。与线性趋势法得出的结论一致。

3.3 降水与径流的关系

分别通过降水与径流的累积曲线来分析降水和径流的变化情况，结果如图5、图6。

图5 旧街站降水量累积曲线

图6 旧街站径流量累积曲线

根据旧街站降水量累积曲线可看出，1970-2020 年旧街站的累积降水量稳定增大，没有出现较大偏差，降水量累积曲线的趋势线为直线，其决定系数为0.999 2，说明桃河上游降水量受到的其他因素影响不大，具有很强的一致性。

根据旧街站径流量累积曲线可看出，1970-2016 年旧街站的累积径流量的增加趋势呈现分段递减的状态，第一阶段为1970-1995 年，该时段决定系数为0.985 8；第二阶段为1996-2020年，该时段决定系数为0.981 1。说明在1996 年前后桃河上游的径流出现了明显的减少。

分别通过对上述两个阶段降水径流的相关分析，进一步分析桃河上游降水与径流之间的关系，结果如图7。

图7 旧街站降水径流相关关系曲线

根据旧街站降水径流相关关系曲线可以看出，第一阶段1970-1995 年降水径流关系的决定系数为0.760 6，第二阶段1996-2020 年的决定系数为0.618 8，两阶段的决定系数逐渐减小，说明在1996 年之后，径流很可能受到了人类活动干扰等除降水之外的因素的影响。

4 结论

（1）桃河上游降水年内分配极不均匀，季节间降水量相差悬殊。降水量年际变化很大，呈现不明显的增加趋势。

（2）径流年内分配极不均匀，季节间径流量相差悬殊。径流量年际变化很大，有明显的下降趋势。

（3）桃河上游降水量变化趋势不明显，具有很强的一致性，但径流有明显的下降趋势。说明径流很可能受到了人类活动干扰等除降水之外的因素的影响。