伊洛河流域气候与下垫面变化对洪水径流的影响

伊洛河流域气候与下垫面变化对洪水径流的影响
李致家，张萍，李晓，吴勇拓
河海大学水文水资源学院，南京（210098）
E-mail：adelineqiqi@
摘要：为了探讨伊洛河流域气候及下垫面变化对径流的影响，采用Kendall秩相关检验对伊洛河黑石关站以上地区1960—2000年的实测降雨径流资料序列进行趋势检验，并重点对伊洛河段水库群集中的长水-白马寺区间进行了分析，结果表明，该地区的降雨径流都随时间有减小的趋势，而水库调蓄是造成流量变化的主要原因。

关键词：Kendall检验；伊洛河流域；下垫面变化
中图分类号：P333
1. 引言
伊洛河是黄河中游下段最大的支流，发源于陕西省洛南县，发育穿行在熊耳山的南北两麓，自西南向东北方向汇入黄河，干流全长974km,黑石关站为伊洛河最下游控制站，流域面积18563㎞²[1]。

近几十年来，随着气候变化和人类活动的影响，尤其是流域内大小水库的扩建、封山育林、种植结构的改变，河川径流已经发生了一系列深刻的变化[2]，其演变过程受气候、地貌、土壤和植被等自然条件以及人类活动的耦合作用，分析伊洛河的径流特征，认识其演化规律和趋势，对深入了解流域开发对径流产生的影响和流域的水资源合理规划利
用有重要意义。

位于东经110°—113.5°、北纬
33.5°—35°之间的伊洛河黑石关站以上流域，是本次研究的重点，流域地形及站点分布图如图1所示。

采用卢氏、故县、长水、新安、白马寺、东湾、陆浑、龙门镇、黑石关这九个观测站。

通过对伊洛河黑石关以上流域1960—2000年降雨径流关系的年际变化和汛期变化的分析，并重点对水库群集中的长水-白马寺区间进行了分析，结果表明，该地区的降雨径流都随时间有减小的趋势。

2. 降雨量变化分析
2.1 年降雨量变化
由于该地区资料情况比较差，
个站点，分别是：卢氏、长水、新安、白马寺、龙门镇、东湾、黑石关。

选用1960—2000年的实测降雨资料，按各站点控制流域面积对7个站点的降雨量进行加权平均，得到伊洛河黑石关站以上流域逐年平均降雨量，如图2所示。

由图2可见，黑石关以上流域的年降雨量呈峰谷相间的状态，一般枯值出现的历时为2—4年，趋势线方程为y=—1.6533x+523.14，在这41年中年降雨量减少了近70mm，平均每年减少约1.7mm。

同时，点绘黑石关以上流域五年平均降雨量变化过程，如图3，可以发
现，该流域的年降水量基本上以5年为一个周期上下波动，但总体呈减少的趋势。

图2 伊洛河黑石关以上流域年降雨量变化过程
Fig. 2 Annual rainfall diversification process of YiLuo River basin upstream HeiShiGuan
图3 伊洛河黑石关以上流域五年平均降雨量变化过程
Fig. 3 Five years average rainfall changes process of YiLuo River basin upstream HeiShiGuan
2.2汛期降雨量变化
伊洛河流域多年平均降雨量为600—800mm，降雨量的年际变化较大，年内分配也极不均匀。

暴雨主要发生在7、8月份，降雨量约占年降雨量的38%左右，有些年份亦有9月发生暴雨的记录[3]。

因此，这里将7、8、9三个月作为汛期，分别对黑石关以上流域各站进行降雨径流分析。

考虑到资料的一致性和完整性，选择卢氏、长水、新安、白马寺、龙门镇、东湾、陆浑、黑石关共8个站点，采用1960—2000年的实测降雨资料绘制各站的逐年汛期雨量变化过程线，按各站点控制流域面积对7个站点的降雨量进行加权平均，得到黑石关以上流域的逐年汛期平均降雨量，如图4。

由图可见，伊洛河黑石关以上流域的汛期降雨量随年代变化呈峰谷相间状态，一般枯值出现的历时为1—2年，与流域年雨量的变化情况相同，趋势线方程为y=—0.9569x+340.21。

另外，点绘黑石关以上流域汛期五年平均降雨量变化过程，如图5可以看出流域汛期降水量总体呈减少的趋势。

图4 伊洛河黑石关以上流域逐年汛期降雨量变化过程
Fig.4 Rainfall changing process of YiLuo River basin upstream HeiShiGuan in the flood season year by year
图5 伊洛河黑石关以上流域汛期五年平均降雨量变化过程
Fig. 5 Five years average rainfall changes process of YiLuo River basin upstream HeiShiGuan in the flood season
3. 降雨径流趋势分析
按照流域产流规律，降雨量与产生的径流量成正比关系，即：
R P α=⋅ （1）
可得
R P P
R P P
αα∆⋅∆∆==⋅ （2） 对各站的年及汛期降雨和流量变化幅度进行统计，结果分别见表1、表2，可以发现除黑石关站以外，各站点的降雨变幅相差不大，在1960—2000年的41年内减少了约14%左右（汛期除陆浑站和黑石关站以外，41年内减少了约11%左右）；而实测流量的区间变化则很明显，主要集中在长水-白马寺区间和东湾-龙门镇区间。

这说明除了降雨减少引起的流量减少以外，还有其他因素对流量有影响。

表1 1960—2000年各站点降雨流量变化幅度统计表
Table 1 Statistics of each station rainfall and flow changes range between 1960&2000
1960-2000年变化的百分比
站名
降雨（%）流量（%）
东湾-12.4 -28.9
龙门镇-12.9 -64.4
卢氏-9.5 -50.2 *
长水-14.7 -77.8
白马寺-15.0 -50.9
新安-14.8 -71.8
黑石关 5.2 -58.2 黑石关（面）-12.6 -58.2
*注：卢氏站1962—1970年流量资料缺失。

表2 1960—2000年各站点汛期降雨流量变化幅度统计
Table 2 Statistics of each station rainfall and flow changing range between 1960&2000 in the flood season
1960-2000年汛期变化的百分比
站名
降雨（%）流量（%）
东湾-13.1 -23.3
陆浑 2.5 -55.1 *
龙门镇-10.7 -63.3
* 卢氏-7.4 -22.7
长水-11.8 -69.0
白马寺-15.1 -46.9
新安-12.5 -65.6
黑石关12.0 -55.3 黑石关（面）-11.3 -55.3 *注：陆浑站1989—2000年流量资料缺失，卢氏站1962—1970年流量资料缺失。

3.1 Kendall秩相关检验
Kendall秩相关检验是判断时间序列趋势性的方法[4]。

采用Kendall秩相关检验对伊洛河
黑石关站以上地区1960—2000年的年与汛期实测降雨径流资料序列进行趋势检验。

结果如
图6、7、8和9所示。

3.2长水-白马寺区间
根据资料，伊洛河现有陆浑和故县两座大型水库，分别在1965、1992年竣工，承担着
图8 1960—2000年汛期降雨变化幅度分布示意图 Fig.8 Distribution of rainfall change range between
1960 and 2000 in the flood season 图9 1960—2000年汛期流量变化幅度分布示意图 Fig.9 Distribution of flow change range between 1960
and 2000 in the flood season
图6 1960—2000年降雨变化幅度分布示意图 Fig.6 Distribution of rainfall change range between
1960 and 2000 图7 1960—2000年流量变化幅度分布示意图 Fig.7 Distribution of flow change range between 1960
and 2000
调节上游来水和防洪的任务，近百座中小水库，总库容26.5亿m3,控制面积9798km3，占伊
洛河流域面积的52%[5]。

对比流量变化趋势线，应该说大水库的调洪和中小水库的拦蓄是导
致流域径流减小的主要原因之一。

下面重点对降雨径流变化较大的长水-白马寺区间进行分
析。

长水-白马寺区间是中小型水库分布较为集中的地区之一，共有中型水库2座，小Ⅰ型
水库45座，小Ⅱ型水库92座，控制面积占区间面积的25.7%。

70年代以前是小水库建设
的高峰期，占总数的95.8%[6]。

在长水-白马寺区间上游有故县水库，开工兴建于1958年，
1992年基本建成，其间经历了“四下三上”的漫长过程。

按照各时期水利工程的建设情况，将区间内各站1960—2000年实测降雨和流量资料分
为1960—1970年、1970—1992年、1992—2000年三个阶段，分别采用最小二乘法计算趋势
线，得到各个阶段的降雨和流量变化情况，并计算累积变化量，年资料分析如表3所示，汛
期资料分析如表4所示。

表3 长水-白马寺区间降雨流量变化趋势（累积）
Table 3 Trend of rainfall and flow between ChangShui and BaiMaSi（accumulated）
长水新安白马寺年代
降雨（%）流量（%）降雨（%）流量（%）降雨（%）流量（%）-16.2 -19.8 -8.5 -36.0 1.5 -23.8 1960-1970
-21.2 -44.0 -3.8 -31.1 -17.4 -12.5 1970-1992
-31.9 -50.5 -11.3 -27.8 -14.5 -18.6 1992-2000
表4 长水-白马寺区间汛期降雨径流变化趋势（累积）
Table 4 Trend of rainfall and flow between ChangShui and BaiMaSi in the flood season
长水新安白马寺年代
降雨（%）流量（%）降雨（%）流量（%）降雨（%）流量（%）
1960-1970 -1.5 -27.0 10.8 -39.5 43.3 -29.1 1970-1992 -4.9 -33.4 19.0 -33.1 15.7 -12.7 1992-2000 -8.8 -40.9 14.1 -14.1 13.3 -15.3
由表3可见，在1960—1970年间，长水站的流量减少基本与降雨减少保持一致，区间
流量减少主要集中在新安站所在的涧河流域，由于中小水库拦蓄造成。

1970—1992年间，
长水站的流量变化已远远大于雨量变化量，这是因为上游故县水库在1970、1973、1978年
三次反复复工停建，破坏了天然的降雨径流关系。

而随着中小水库逐渐淤塞，拦蓄洪水能力
降低，区间流量则有所增加。

1992—2000年间，区间流量变化主要受故县水库影响。

由表4可见，在1960—1970年间，长水-白马寺区间汛期的降雨呈增加的趋势，但汛期
流量却并未增加，区间出口控制站白马寺站的汛期流量在10年间减少了约30%，主要由于
中小水库拦蓄造成。

1970—1992年间，随着中小水库逐渐淤塞，拦蓄洪水能力降低，且区
间降雨量增加，因此，虽然从整体来看汛期流量仍在减少，但已呈现逐渐回升的趋势。

1992—2000年间，因区间上游故县水库建立，长水站流量变化较大，区间内中小水库群的
影响则进一步减小。

由上可知，长水-白马寺区间的汛期流量在70年代以前主要受区间中小水库群影响，且
这种影响随着时间推移逐渐减弱，1992年以后则主要受上游故县水库调蓄影响。

4. 次洪分析
收集整理1957—1998年伊洛河黑石关站的实测洪水过程资料，一共83场。

按照时间顺
序，将各场次洪水的洪峰和洪量点绘成图，对这83场洪水的洪峰和洪量进行统计分析，结
果见表5。

从表中可以看出，伊洛河黑石关站的实测洪峰流量随着时间推进呈减小的趋势。

例如，
洪峰流量大于3000m3/s的4场洪水中，有3场都发生在1957—1959年间，实测洪峰分别为
4540m3/s、4670m3/s和9450m3/s；仅有1场发生在1980—1989年间，实测洪峰为4110m3/s，
无论是发生频次还是洪峰流量都减小了，从次洪洪量上看也是如此。

表5 伊洛河黑石关站83场洪水的洪峰流量统计表单位：m3/s
Table 5 Statistics of 83 floods peak flow at LiLuo River HeiShiGuan station
年代大于3000 2000-3000 1000-2000
1000以下合计
1957-1959 3 0 2 7 12
1960-1969 0 5 7 7 19
1970-1979 0 1 3 16 20
1980-1989 1 1 9 14 25
1990-1998 0 0 1 6 7 合计 4 7 22 50 83
值得注意的是，将几场大洪水的洪水要素进行对比分析，见表6，可以看出，在次洪洪
量大于100000万m3的4场洪水中，有2场发生在1957—1959年间，分别为188247万m3
（相应洪峰9450m3/s）和106753万m3（相应洪峰4540m3/s），而洪峰为4670m3/s的洪水
相应洪量为76160万m3；另2场发生在1980—1989年间的洪水，一场的洪量为146158万
m3，相应洪峰4110m3/s，另一场为167488万m3，相应洪峰只有2400m3/s。

这几场洪水的洪
量相差不大但洪峰显著减小，且洪水历时变长，这应与水库的调洪作用和人类活动影响有关，
该地区的洪水约以10年为一个单位，丰水年和枯水年交替出现，大洪水发生的频次减小，
中小洪水发生的频次增加。

5. 结语
通过对伊洛河黑石关以上流域1960—2000年降雨径流关系的年际变化和汛期变化的分
析，结果表明该地区年平均径流量的年际变化发生了较大变化，主要体现在年平均径流量减
少显著，而人类活动（水库调蓄）是造成流量变化的主要原因。

另外，对黑石关站近五十年
来的实测洪水要素进行统计分析，结果表明，该流域的洪水约以10年为周期变化，且随着
时间变化，在洪量一定的情况下，洪峰的量级有所减小，洪水历时增加。

对此流域的进一步
开发所带来的径流变化，还需进一步的研究。

表6 几场大洪水的洪水要素摘录表
Table 6 Elements of several large floods
编号峰现时间洪峰流量
（m3/s）次洪洪量
（万m3）
起涨时间退水时间
历时
(h)
1957-7-19 16:00 4540 106753 7-16 18:00 7-23 12:00 162
4 1958-7-7 7:27 4670 76160 7-4 18:00 7-10 0:00 126
5 1958-7-17 13:3
6 9450 18824
7 7-15 20:00 7-22 4:00 152 96 1982-8-2 0:00 4110 14615
8 7-30 16:00 8-
9 12:00 236 114 1984-9-25 8:00 2400 167488 9-22 8:00 10-8 20:00 396
参考文献
[1] 贺瑞敏,王国庆,张建云.环境变化对黄河中游伊洛河流域径流量的影响[J].水土保持研究，2007，14(2):297-301.
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The impact of changes of the climate and underlying surface in YiLuo River regions on runoff
Li Zhijia, Zhang Ping, Li Xiao, Wu Yongtuo
College of Hydrology and Water Resources, Hohai Univ., Nanjing (210098)
Abstract
In order to explore the impact of changes of the underlying surface and climate in YiLuo River regions on runoff, using Kendall's rank correlation test to measure rainfall runoff data series between 1960 and 2000 at YiLuo River HeiShiGuan Station region for trend test.According to analyze ChangShui and the White Horse Temple interval where lots of reservoirs centralized with an emphasis. Results showed that the rainfall runoff in the region have a reduced trend over time, while changes in reservoir regulation and storage is the main reason that cause changes of the flow.
Keywords: Kendall test; YiLuo River Basin; Underlying surface changes。