汾河水库流域地貌特征及年际变化

汾河水库流域地貌特征及年际变化

1汾河水库流域的自然形态和气候特征1.1流域地貌及侵蚀特征划分汾河水库盆地位于北纬1112111227，北纬37513859，全长5668公里。隶属于遂宁宁武、景乐县、芦沟县和太原市娄福县。汾河水库控制流域区段位于汾河河源区,从河源至水库坝址河长122km,河道纵坡为3.7‰~20‰,河网密度为0.35km/km2。区间流域面积大于500km2的一级支流有洪河、东碾河、岚河、涧河等,另外还有位于河源的汾河沟、北石河,流经砂页岩区的马坊河,流经花岗岩区的鸣河,贯穿黄土丘陵沟壑区的西碾河、扶头会河、双路河、万辉河等一级支流。流域内地貌可根据地面物质组成及侵蚀特征划分为黄土丘陵沟壑区、土石山区、河川阶地区三大类型区,其中,黄土丘陵沟壑区面积1870km2,占流域总面积的35.5%,年土壤侵蚀模数6710t/km2,年均侵蚀量1332万t,占流域年侵蚀总量的71.1%,是主要且集中的产沙区。汾河水库流域地貌类型详见表1。1.2来水单一化、泥沙多而复杂汾河水库流域属北温带半干旱季风气候区,春季干旱缺雨,夏季短暂热量不足,秋季低温霜冻早临,冬季漫长严寒少雪。多年平均气温6.3℃,最高和最低气温均出现在河川阶地区,最高36.4℃,最低-30.5℃。多年平均蒸发量1812.6mm,无霜期110~150d。多年平均降水量494.2mm,汛期6~9月份降水量占全年的75.1%,其中7、8月份最大,占全年降水量的47.6%。多年平均来水量3.74亿m3,汛期来水量占全年来水量的53%。流域多年平均来沙量1155万t,汛期来沙量占全年来沙量的94%,多年平均侵蚀模数为2192t/km2。水库封冻期为70~100d,冰厚40~60cm。2降水量与年度间关系表1利用网格法计算流域平均降水量。1956~2004年流域平均降水量变化及各时段平均降水量变化见表2。由表2可见,流域年均降水量494.2mm,基准期1956~1972年降水量512.0mm,较多年平均值偏丰3.6%;1973~1987年降水量482.1mm,较多年平均值偏少2.5%;1988~1997年降水量与多年均值相差不大,仅偏多了1.8%;1998~2004年降水量明显偏枯,较多年平均值少6%。与基准期相比,各时段年降水量和汛期降水量均呈现减小的态势,而非汛期有些时段还出现了增加的现象。1973~1987年汛期降水量减少了9.8%,全年降水量减少5.8%,非汛期降水量增加了7%;1988~1997年汛期降水量减少3.8%,全年减少1.8%,非汛期增加4.7%;1998~2004年汛期降水量减少9.5%,全年减少9.3%,非汛期减少8.6%。基准期内年最大降水量与年最小降水量之比为3.12,汛期降水量极值比达到5.10,其他各时段降水量极值比变幅在1.59~2.92之间。3水流和洪水的特征分析3.1河流水文主要入库水平压监测数据分析汾河水库站为出库水文站,实测径流受上游来水和水库调蓄影响。汾河水库上游静乐站和上静游站不同时段实测径流量变化见表3。由表3可见,上静游站各时段实测径流量顺时序递减,1956~1972年平均实测径流量为0.74×108m3,与多年平均值相比偏丰38.9%;1973~1987年平均实测径流量为0.52×108m3,比多年平均值偏少2.9%,比基准期年平均值减少了30.1%;1988~1997年平均实测径流量为0.41×108m3,比多年平均值偏少22.3%,比基准期年平均值减少了44.1%;1998~2004年平均实测径流量为0.23×108m3,比多年平均值偏少56.5%,比基准期年平均值减少了68.7%。汾河水库流域多年平均入库水量为2.8604亿m3(1970~2004年),年平均径流深25~100mm,年均径流系数0.08~26,年径流变差系数Cv为0.8~0.6。汾河干流的静乐站和岚河的上静游站为水库的入库站,两站多年平均径流量分别为2.018亿m3和0.423亿m3(1970~2004年)。静乐水文站控制流域面积2799km2,是汾河水库的主要入库水量,最大年径流量为5.1939亿m3(1996年),最小年径流量为0.6148亿m3(2001年),其极值比为8.448;上静游水文站控制流域面积1400km2,最大年径流量为0.9639亿m3(1973年),最小年径流量为0.1901亿m3(2001年),其极值比为5.0705。由于降雨径流形成机制的复杂性,使得汾河水库断面水量和控制站的径流量之间既有一致性也有不一致性。3.2合理调度利用洪水资源从1970~2004年汾河水库断面资料来看,洪峰流量大于100m3/s共出现114次,不同时期出现的次数统计见表4。由表4可见,大于100m3/s的洪峰流量主要集中在7月和8月份,9月中上旬出现频次比较多主要是集中在1995年,该年9月上中旬大于100m3/s的洪峰出现了13次。因此,7、8月份既是防汛的主要时期,也是合理调度利用洪水资源的关键。根据SL44-93规定,应采用年最大值原则选取洪水系列,文中计算采用年最大值法,即每年选取一个最大值为样本,得到一个洪峰流量时间序列,采用皮尔逊Ⅲ型曲线计算各站的设计洪水。静乐站、上静游站和汾河水库断面洪峰流量频率计算结果详见表5。4沉积物特征分析4.1土壤侵蚀类型分布汾河从发源地到流入水库,在122km的谷地上沉积了深厚的第三纪红土及第四纪黄土,受水蚀和重力侵蚀作用形成了黄土丘陵沟壑侵蚀地貌景观,沟梁相间,沟深坡陡,地形破碎,沟河面积占总面积的48%。土壤侵蚀地貌宏观上划分为丘陵沟壑区、土石山区、河川阶地区三大类型区,按其微观特征,又可将三大类型区划分为12个亚区。全流域年土壤侵蚀总量为2368万t,年均侵蚀模数4495t/km2。年土壤侵蚀模数大于500t/km2的水土流失面积3688km2,占流域总面积的70%。汾河水库上游河道纵坡4.5‰,河网密度为0.35km/km2,主要支流有12条,面积在78~1146km2之间。丘陵沟壑区内的3~30km2的小流域135条,面积1774.3km2,占丘陵沟壑区面积的92.51%。由于上游的水土流失强烈,汾河水库淤积十分严重。4.2上静游站减沙效果汾河水库流域以上各站悬移质输沙量顺时序呈现明显的递减态势。与基准期相比,1973~1987年上静游站减少了27.7%,静乐站减少了38.2%;1988~1997年上静游站减少了70.9%,静乐站减少了45.7%;1998~2004年上静游站减少了98.2%,静乐站减少了82.5%。减沙效果极其显著,甚至上静游站2000~2004年出现的极大值不及1956~1972年出现的极小值的1/3。不同时段悬移质输沙量变化见表6。综上所述,汾河水库上游流域水沙变化很大,年径流量、年输沙量以及水库的淤积量基本上顺时序递减,其原因除降水减少影响外,还有人类活动影响,其中流域水土保持治理的影响是主要的因素。5加强流域内洪水、洪水监测5.1结论通过对汾河水库以上流域的降水量、暴雨、径流、洪水、泥沙特性进行分析,得出了各个因子的各自特性,对以后汾河水库流域的河道洪水管理以及河道整治提供了科学的决策依据,也是河道洪水调度的基础。5.2建议(1)加强对流域内的降水、洪水监测,建立完善的水情自动监测体系,以便及时掌握流域内的暴雨洪水,为流域洪水管理调度提供及时、准确、完整的决策实时信息,确保汾河水库和河道安全。(2)汾河水库是省城太原市的重要水源地,水安全直接关系到太原的经济社会发展和居民身体健康,建议加强对水量和水质的监测