讨赖河水资源情况及径流特征分析

流域的降水，由地面与地下入河网。流出流域出口断面的水流，称为径流。液态降水形成降雨径流，固态降水则形成冰雪融水径流。由降水到达地面时起，到水流流经出口断面的整个物理过程，称为径流形成过程。降水的形式不同，径流的形成过程也各异。我国的河流以降雨径流为主，冰雪融水径流只是在西部高山及高纬地区河流的局部地段发生。

从降雨到水流汇集至出口断面的整个过程，称为径流的形成过程。在不考虑大量人类活动的影响下，径流的形成过程大致可以分为以下几个阶段：

1．降雨阶段

降雨是径流形成的初始阶段，是径流形成的必要条件。

对于一个流域而言，各次降雨在时间上和空间上的分布和变化不完全相同。一次降雨可以笼罩全流域，也可以只降落在流域的部分地区。降雨强度在不同地区是不一致的，雨强最大的地区称为暴雨中心，各次降雨的暴雨中心不可能完全相同。同一次降雨过程中，暴雨中心位置常会沿着某个方向移动，降雨的强度也常随时间而不断变化。

2．蓄渗阶段

降雨开始以后，地表径流产生以前的植物截留、下渗和填洼等过程，称为流域的蓄渗阶段。在这一过程中消耗的降雨不能产生径流，对径流的形成是一个损失。不同流域或同一流域的不同时期的降雨损失量是不完全相同的。

在植被覆盖地区，降雨到达地面时，会被植被截留一部分，这部分的水量称为截留水量。降雨初期，雨滴落在植物的茎叶上，几乎全被截留。在尚未满足最大截留量前，植被下面的地表仅能得到少量降雨。降雨过程继续进行，直至截留量达到最大值后，多余的水量因重力作用和风的影响才向地面跌落，或沿树干流下。当降雨停止后，截留的水分大部分被蒸发。

雨水降落到地面后，在分子力、毛管力和重力的作用下进入土壤孔隙，被土壤吸收，这一过程称为下渗。土壤吸收并能保持一部分水分（吸着水、薄膜水、下悬毛管水等）。土壤保持水分的最大能力，称为土壤最大持水量。下渗的雨水首先满足土壤最大持水量，多余的才能在重力作用下沿着土壤孔隙向下运动，到达潜水面，并补给地下水，这种现象称为渗透。

降雨满足植物截流和下渗以后，还需要填满地表洼地和水塘，称为填洼。只有在完成填洼以后，水流才开始外溢，产生地表径流。

降雨停止后，洼地蓄水大部分消耗于蒸发和下渗。

3．产流漫流阶段

产流是指降雨满足了流域蓄渗以后，开始产生地表（或地下）径流。根据地区的气候条件，可将产流分为两种基本形式：蓄满产流和超渗产流。

蓄满产流大多发生在湿润地区。由于降水量充沛，地下水丰富，潜水面高，包气带薄，植被发育好，土壤表层疏松，下渗能力强，所以降雨很容易使包气带达到饱和状态。此时，下渗趋于稳定，下渗的水量补给地下水，产生地下径流。当降雨强度超过下渗强度时，则产生地表径流。因为蓄满产流是在降雨使整个包气带达到饱和以后才开始产流，所以又称饱和产流。

超渗产流大多发生在干早地区地下水位较低、包气带较厚、下渗强度较小的流域，当降雨强度大于下渗强度时，就开始产流。在产流过程中，降雨仍在继续下渗（下渗量决定于雨前的土壤含水量）。一次降雨过程中，很可能包气带达不到饱和状态，所以又称非饱和产流。

蓄满产流主要决定于降雨量的大小，与降雨强度无关；超渗产流则决定于降雨强度，而与降雨大小无关。我国淮河流域以南及东北大部分地区以蓄满产流为主；黄河流域、西北地区的河流以超渗产流为主，其他地区具有过渡的性质。

流域产流以后，水流沿地面斜坡流动，称为漫流，又称坡地漫流。

4．集流阶段

坡地漫流的水进入河槽以后，沿河槽从高处向低处流动的过程称集流阶段。此为降雨径流形成过程的最终阶段。各大小支流的水量向干流汇入，使干流水位迅速上升，流量增加。当河槽水位上升速度大于两岸地下水位上升速度时，河水补给地下水；当河流水位下降后，反过来由地下水补给河水，这称为河岸的调节作用。与此同时，河槽蓄水逐渐向出口断面流去。即河槽本身也对径流起调节的作用，称为河槽的调节作用。一般河网密度大的地区，河流较长，河槽纵比降小。河水下泄速度慢，河槽的调节作用大；反之河槽调节作用就小。(www.xing528.com)

在影响河川径流形成与变化的因素中，气候因素是最主要的因素。在流域范围内不论以何种形式进入河槽的水均来源于大气降水，且与降水量、降水强度、形式、过程及空间分布有关。降水强度和形式与径流形成的关系十分密切。在以降雨补给为主的河流，每次降雨可产生一个小洪峰。一年中降雨集中的时期，河流径流量最大，进入洪水期。强暴雨时，雨水在土壤中的下渗量小，汇水时间短，常可造成特大洪峰。此时由于强暴雨对地面的侵蚀、冲刷十分强烈，进入河水的泥沙量也明显增加。以冰雪融水补给为主的河流，往往在春季融冰雪或夏季冰川融化时出现洪峰，具有明显的日变化与季节变化。

降水过程与径流形成过程有关。当降水过程为先小后大时，先降落的小雨使全流域蓄渗，河网内蓄满了水；之后再降的大雨则因为下渗量减小，几乎能全部变成径流，加之这时的河槽调蓄作用也大大减弱，易形成大洪水。

蒸发量的大小直接与径流有关。在降水转变为径流的过程中，水量损失的主要原因就是蒸发。我国湿润地区降水量的30%～50%、干旱地区降水量的80%～95%均消耗于蒸发。扣除蒸发量后，其余部分的降水才能作为下渗、径流量。流域的蒸发包括水面蒸发和陆面蒸发，陆面蒸发中又包括土壤蒸发与植物蒸腾。此外，气温、风、湿度等气候因素也间接地对径流的形成与变化有影响。

在流域的地貌特征中，流域坡度对河川径流的形成有直接影响。流域坡度大，则汇流迅速、下渗量小、径流集中；反之则径流量减少。流域的坡向、高程是通过降水和蒸发来间接影响河川的径流的。如高山使气流抬升，在迎风面常可产生地形雨，使降水量增加，径流量较大；而背风面雨量较少，径流量也减小。地势愈高，气温愈低，蒸发量愈小，径流量则相应增加。

喀斯特地貌发育地区往往有地下蓄水库存在，对径流的形成起调蓄作用。由于地表河流与地下河流相互交替，地下分水线与地面分水线常常很不一致，有时径流总量可大于流域的平均降水总量。

分析讨赖河冰沟站和洪水河新地站的长系列径流资料，系列中包含了多个丰水年组和枯水年组，具有丰水年组、平水年组、枯水年组交替出现的特点，年径流量没有明显变化趋势。讨赖河和洪水河的丰、枯频率变化具有不同趋势，有些年份它们同时出现丰、枯水量，有些年份的丰、枯现象不同。

讨赖河在1953—1963年和1984—1997年为较大的枯水段，1970—1972年、1980—1983年和1998—2013年出现了明显的丰水段，其间1964—1969年和1973—1979有两个基本呈平水段过程，具有不同的丰、平、枯交替特点。洪水河的径流距平累积曲线变化与讨赖河相比，存在明显差异：1958—1965年为丰水年（同期讨赖河为枯水年份）；1966—1980年洪水河为两次短暂的丰、枯交替阶段，1981—1998年洪水河为较大的枯水段，然后1998—2013年洪水河水量偏丰，这些变化与讨赖河丰、枯变化大体一致。

（2）讨赖河干流径流特征分析

讨赖河河道来水由降水、冰雪融水和地下水补给，讨赖河干流是流域内最大河流，发源于青海省祁连山中段，从冰沟出山后，流经甘肃省嘉峪关市、酒泉市肃州区后，纳清水河、临水河两个中游泉水河后进入酒泉市金塔县，经鸳鸯池水库调蓄后，大部分用于鸳鸯灌区的经济生产，余水散耗在广袤的戈壁荒漠中［4］。

讨赖河上游冰沟水文站的多年平均径流为6.45亿m3，基本无明显变化趋势，年际变化不大。据讨赖河干流出山口径流统计分析，年内分布不均匀，讨赖河连续最大四个月（6—9月）径流量占年总量的55%；最大两个月（7月、8月）径流量占年总量的36%，枯季11月—次年3月五个月径流量占年总量的26%，4月—5月径流量占年总量的11.9%。讨赖河冰沟水文站多年实测径流资料经过频率分析得到50%频率下的径流量为6.28亿m3。

渠首站的各年径流量波动变化比冰沟站的要大，讨赖河渠首在冰沟水文站以下30km，区间河道基础为砂砾石，渗漏性较大，加上河道自然蒸发损失及大草滩引水工程，区间径流损失水量及大草滩引水工程引走平均为1.1亿m3，50%频率下的讨赖河渠首实际径流量为5.2亿m3。

渠首站的径流量和冰沟站的径流量呈正相关关系，基本随冰沟站入流量的增加而增加。由于冰沟站和渠首站基本没有区间入流，水量损失主要是河道渗漏和大草滩工程引水，因此其径流量具有较好的关系拟合，如下式所示。

W渠首=0.77W冰沟+0.32

对于讨赖河冰沟站径流量一定的情况下，该式能够较好地模拟讨赖河冰沟站和渠首站的径流变化。

在讨赖河渠首站，嘉峪关市和酒泉市肃州区的各灌区通过南、北干渠等进行引水灌溉，讨赖河水量被大量引走消耗。在渠首站以下，北大河流经酒泉盆地灌溉平原区，河道渗漏和地下水补给较为频繁，接受泉水排泄汇成的河流——临水河和清水河注入，讨赖河最后经鸳鸯池水库进入下游金塔盆地。由于下游金塔盆地鸳鸯灌区用水影响，原来汇入黑河干流的讨赖河基本失去与黑河干流的水力联系，只有在讨赖河来水量充足的丰水年份，讨赖河在洪水期才能够到达黑河。据观测，讨赖河在2010年径流量非常高，冰沟站实测径流量为8.83亿m3，最后有部分水量注入黑河。

各年渠首站和鸳鸯池水库入流量与冰沟站年径流量的丰、枯变化趋势一致，20世纪80年代和2000年以后的径流量都比较多，20世纪90年代的讨赖河水量偏少。1980—2012年期间，鸳鸯池水库入库径流量多年平均为3.3亿m3，渠首站和鸳鸯池水库之间的河道水量变化主要受酒泉盆地人类用水活动以及泉水出流等过程的综合影响。随着酒泉盆地农业灌溉面积的增加及引水工程设施的完善，酒泉盆地从讨赖河干流的灌溉引水量增大，使得进入鸳鸯池水库的径流量减少；未来冰沟以上讨赖峡水库的修建和运行，在增加酒泉盆地供水量和保证率的同时，也会对下游金塔县的用水造成影响。

讨赖河冰沟和渠首断面的月径流量受季节影响明显，年内呈现“单峰形”变化过程。讨赖河出山口冰沟站径流呈明显的季节性变化，一般规律是：冬季由于河流封冻，地下水补给，是径流的最枯时段，1—3月径流量占年径流量的7%；3月以后，随着气温升高引起融雪和解冻，径流量增大，4—5月径流量占年径流量的12%；夏、秋雨季是流域降水较多而且集中的时期，6—9月的径流量占年径流量的56%，10—12月为河流退水期，径流量占年径流量的25%。

讨赖河下游鸳鸯灌区境内属不产流区，无自产水资源量。鸳鸯池水库来水的主要组成部分为讨赖河、洪水河下泄地表水及中游泉水量。讨赖河干流取用水对下游鸳鸯池水库的入库水量有直接影响。因此，渠首断面以下的鸳鸯池入库，其月径流量受到渠首入流、人类引水活动及地表水-地下水交换的影响，年内变化过程呈现“双峰形”规律：在7—8月份汛期，讨赖河上游入流量很大，酒泉盆地灌溉用水多余的弃水进入鸳鸯池水库，出现一次峰值；12月份至次年3月份，由于灌溉用水很少，上游入流比较稳定，上年灌溉回归地下水补给河道水量增加，使得该时期鸳鸯池水库入库水量增加而达到一个较小峰值；4—6月份为主要灌溉需水季节，且讨赖河上游来水相对不足，使得进入鸳鸯池水库的径流量持续降低，达到最低；9—11月份，由于讨赖河入流量的减少和冬灌的影响，进入鸳鸯池水库的水量也有所降低［5］。