双柏县降雨径流特性分析

摘 要：双柏县位于云南省楚雄州南部，地处滇中腹地，哀牢山脉以东，金沙江与红河水系分水岭南侧。境内河流均属于红河流域。该文依托双柏县水资源调查评价，根据收集到的双柏境内及其邻近区域的水文、气象、雨量站点资料，分析双柏县及其周边区域降水随高程的变化规律，据此分析境内各水资源分区、行政分区的多年平均面雨量以及降水统计规律。在降水分析的基础上，根据地区综合分析方法，分析各分区的多年平均径流以及径流统计规律。根据上述分析成果，可总结得到双柏县多年平均面雨量、地表水资源总量、降水、径流的时空分布特性。

关键词：双柏县 降水 径流 水资源量 特性分析

中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0111-06

双柏县位于云南省中部，地处滇中腹地，哀牢山脉以东，金沙江与红河水系分水岭南侧。受地形和季风气候的影响，全县区域内水资源时空分布极不平衡，河水、箐水流量不稳定，汛枯差异明显，夏秋水位暴涨，冬春水位下降，少数河流干涸断流。随着县境内人口不断增长，国民经济和社会事业快速发展，人民生活水平不断提高，水资源供需矛盾日益加剧，工业与生活、城市与农村争水矛盾突出，水资源紧缺制约了工业和城镇发展。如何提高境内水资源安全保障，以有限的水资源支持双柏县经济社会可持续发展，改善环境，维持生态平衡，成为双柏县的当务之急。为了更有效、合理地开发利用和保护水资源，加强水资源管理，提高水资源利用率，保障水资源开发利用和经济社会的协调发展，有必要开展双柏县水资源综合利用规划工作。而水资源调查评价是水资源综合利用规划工作的基础，掌握其降雨径流特性，可为后续的水文分析计算工作奠定基础，提供依据。文章即以双柏县水资源调查评价为依托，根据实测资料开展降雨径流特性分析工作。

1 双柏县自然地理及水文气象概况

双柏县位于云南省中部，楚雄彝族自治州境内南部，东经101°03′～102°02′，北纬24°13′～24°55′之间，东与易门、峨山隔绿汁江相望，南邻新平，西与镇沅、景东和哀牢山脉为界，北连楚雄，东北与禄丰接壤。县城妥甸镇居县境偏北，北距州府楚雄市鹿城镇58 km，距省府昆明193 km。全县总面积4 045 km2，现辖妥甸、大庄、法、鄂嘉、大麦地5镇以及独田、爱尼山、安龙堡3乡，共82个行政村，2个居委会。

双柏县境河流水系均属红河流域上游段的礼社江区域。境内的河流都流归绿汁江、礼社江后在三江口处汇合出境，流入红河。境内主要河流有礼社江、马龙河、绿汁江和沙甸河。其中，礼社江为红河上游段，马龙河、绿汁江均为礼社江左岸一级支流，沙甸河为绿汁江右岸一级支流、礼社江二级支流。

双柏县位于哀牢山以东，金沙江与红河流域分水岭南侧，具有“山川相间、峡谷纵横、高差悬殊、北水南流”的区域地貌特点。最高点为西部的大梁山，海拔2 946 m最低点为三江口，海拔556 m。地处低纬度地带，属亚热带高原季风气候，处于南亚热带过渡区北缘，气候温和，冬无严寒，夏无酷暑。光照资源丰富，雨热同季，干湿季分明。立体气候明显，气候资源类型多样，素有“一山分四季，十里不同天”之说。

双柏县多年平均气温15.1 ℃，最冷月平均气温8.6 ℃，最热月平均气温19.4 ℃，历年极端最高气温31.0 ℃，历年极端最低气温-4.4 ℃。降水量偏少，无霜期长，多年平均无霜期274 d。多年平均日照2 359.4 h，多年平均蒸发量为1 950.6 mm（20 cm口径），多年平均风速3.1 m/s，最多风向为SW风，多年平均雷暴日数57.1 d。主要气象灾害有干旱、大风、洪涝、冰雹、雷暴等。

2 基本资料

双柏县河流均属于红河流域，北部与金沙江一级支流龙川江相邻。

红河流域内水文雨量站点较多，大多建于20世纪六、七十年代，这些站点均隶属于云南省水文水资源局。其中，双柏县境内的鱼庄河支流上设有鱼庄河水文站、马龙河支流上设有小龙潭水文站、绿汁江支流上设有董户村和鸦勒2个水文站。境内还设有14个雨量站。收集有这些站点自建站以来至2012年的流量、降水资料。另外，还收集有双柏县周边礼社江干支流、龙川江干支流上8个水文站、23个雨量站自建站至2006年的流量、降水资料以及双柏气象站自建站至2012年，双柏县周边的巍山、南涧、禄丰、弥渡4个气象站自建站至2006年的降水资料。站点分布示意见图1。

上述各水文、雨量、气象站是此次水文分析的主要参证站。云南省水利水电勘测设计研究院及昆明院等勘测设计单位曾在礼社江、绿汁江、龙川江流域水利、水电规划设计工作中先后对各站基础资料从测验、整编及面上做过复核，认为各站观测资料成果精度较高，能够满足分析要求。

3 水资源分区

根据《全国水资源综合规划》以及《云南省水资源综合规划》的分区成果，双柏县处于西南诸河一级水资源区、红河二级水资源区、元江三级水资源区，境内分属红河上段和绿汁江两个四级水资源区。根据双柏县境内河流水系分布情况，此次在云南省水资源分区成果的基础上，将双柏县划分为5个水资源五级区，分别为礼社江干流Ⅰ区、礼社江干流Ⅱ区、马龙河区、沙甸河区、绿汁江干流区。水资源分区情况见图2。以下降雨径流计算主要以各水资源分区、行政分区为计算单元。

4 降水

4.1 测站降水

此次对双柏县境内的小龙潭、鸦勒2个水文站，双柏岔河、王家村、鄂嘉、马龙厂、草坝子、六纳、黑甫冲、大庄、狮子口、下珠蚱、克田共11个雨量站以及双柏气象站插补延长后的年降水系列进行频率计算，线型为P-Ⅲ型曲线，Cs/Cv统一取为2倍，通过经验适线，得到不同雨量站的Cv值，与《云南省楚雄彝族自治州水文手册》的附图《楚雄彝族自治州年降水量Cv图》（资料采用至1992年）的Cv值相差不大，推荐采用此次计算结果，如表1所示。

4.2 区域降水与高程的关系

双柏县境内河流均属红河流域，并有多条干支流属于跨县境河流，因降雨径流特性从上游往下游具有连续性，因此分析降雨径流特性也应整体考虑；此外，邻近有金沙江支流龙川江，因县境内水文站点较少，将龙川江干流上的楚雄水文站、支流紫甸河上的凤屯水文站都纳入了分析范围。因此，为支撑此次降雨径流分析计算，除分析双柏县境内各片区的降水高程关系之外，还分析了县境外邻近河流干支流的降水高程关系。

各降水高程分析区域的划分，对于双柏县境内，考虑到鱼庄河、沙甸河雨量站点相对较多，具备独立分析的条件，因此单独分析这两个流域的降水高程关系，其中鱼庄河的降水高程关系可代表礼社江右岸的不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带，沙甸河的降水高程关系可代表双柏县东北片区整个沙甸河流域及其邻近的洒利黑河等流域；其他区域由于站点不全集中在某个流域，因此分别划分为双柏西南、双柏东南以及马龙河中上游，其中双柏西南代表的是礼社江左岸支流茅铺子河、石板河、马龙河下游（小沙河汇口以下）、绿汁江右岸支流克田河、仓房河、清水河等流域，双柏东南代表的是绿汁江右岸支流红栗河、他此河、者都河、底土河、河口河、邦三河等流域，马龙河中上游则代表的是小沙河汇口以上的马龙河流域，该区域属跨境区域，在双柏境内可代表西北片区小沙河附近的流域。对于跨双柏县境及境外的河流，如礼社江上段扎江、绿汁江干流（从源头至汇口）、龙川江上游、龙川江支流紫甸河，雨量站点均较多，因此分别单独分析各自流域的降水高程关系。

各区域降水高程关系分析成果如图3、表2所示。由分析成果可知，各区域的降水～高程相关关系较好，相关系数除沙甸河流域外，都能达到0.90以上，而沙甸河流域的相关系数也接近0.90，表明各区域的降水与高程之间的关系是具有一定的规律性的。

4.3 区域降水统计规律

4.3.1 多年平均面雨量

根据此次分析得到的各区域降水～高程关系分析成果，按各分区所在区域，按其流域平均高程查算得到面雨量。若水资源分区包含若干个降水高程关系区域，则按照面积加权的方法统计得到。

4.3.2 统计参数Cv、Cs/Cv值

降水量Cs/Cv值统一采用为2倍。

降水量Cv值采用两种方法进行计算，方法一是根据《云南省楚雄彝族自治州水文手册》的附图《楚雄彝族自治州年降水量Cv图》（资料采用至1992年），采用面积加权的方式计算得到；方法二是考虑各个雨量站的Cv值综合取值，二者差别不大，推荐采用方法二成果。各分区降水统计参数成果如表3所示。

5 径流

5.1 测站径流

水文站径流资料年限统一采用1960―2012年。涉及红河上游礼社江干流的大东勇、支流鱼庄河上的鱼庄河水文站、马龙河上的小龙潭水文站、绿汁江上的鸦勒水文站，以及邻近金沙江一级支流龙川江上的楚雄水文站、龙川江一级支流紫甸河上的凤屯水文站。根据各水文站1960―2012年的径流系列按P-Ⅲ型曲线进行频率分析，成果如表4所示。

5.2 各分区径流统计规律

5.2.1 多年平均径流

双柏县水资源主要由降水产生，径流与降水关系密切。多年平均径流计算，考虑研究该区域径流与降水、面积等因素的关系，建立地区综合公式，进而推算各分区的径流（即地表水资源量）。

表5为各水文站降雨径流分析成果，是地区综合分析的基础。其中流域平均高程根据GIS软件量算而得，根据流域平均高程和前述分析的降水～高程关系，可推求出面雨量。多年平均流量由前述的1960―2012年径流系列得到。

影响流域径流量的因素很多，但最直接和明显的因素为集水面积和降水量。根据以上分析成果，认为径流深不仅与降水量有关，还与集水面积有关，按各站径流深、降水量及集水面积成果进行二元幂函数回归分析，经分析相关关系较好，复相关系数为0.989，分析得到的径流与面积、降水的关系成果如式（1）所示。

R=3.269 35×10-8×F -0.136×P 3.433 5 （1）

其中：R为多年平均径流深（mm）；

P为多年平均降水量（mm）；

F为集水面积（km2）。

各行政分区及各水资源分区的多年平均流量及水量，原则上根据上述二元回归地区综合公式推求得到，并对不合理之处进行微调。

5.2.2 统计参数Cv、Cs/Cv值

径流Cs/Cv值统一采用2倍。

径流变差系数Cv值的确定，同样采用地区综合法进行分析。

根据表5中各水文站的径流统计参数分析成果，分别按降水与Cv、径流与Cv、集水面积与Cv进行一元回归相关分析，成果表明，双柏县境内及周边的径流Cv值与集水面积相关关系较差，不予考虑。降水量、径流深与Cv值的相关关系较好，其中降水量与Cv值的关系更好，从点据分布的情况可以看出降水量与Cv值之间有较明显的变化规律，推荐采用。

各分区的径流统计参数如表6、表7所示。

6 降雨径流特性分析结论

根据双柏气象站1959―2012年降水资料统计，5～10月降水量为805.4 mm，占年降水的85.4%，其中6～8月降水最为集中，这3个月降水为515.1 mm，占年降水的54.6%；11月至次年4月降水量为137.5 mm，仅为年降水的14.6%。双柏县降水年内分布特征基本可以此为代表。

双柏县地处哀牢山脉东麓，对于云南省夏季，多为西南暖湿气流控制，相对西南暖湿气流而言，双柏位于背风坡，因此双柏降水比相邻但位于哀牢山以西的景东、镇沅要小很多。需要注意的是，双柏县虽位于西南气流的背风坡，但境内地理环境复杂，导致境内降水的空间分布复杂。从降水的空间分布上看，双柏县降水量随海拔变化特征明显，海拔越高，降水量越大，降水量在区域面上的分布特性大致趋势是由西向东递减，降水高值区多出现在水汽来源大的迎风坡和高山区。全县境内多年平均面雨量927.9 mm，降水量的年际变化不大，Cv值在0.20～0.23之间。从各行政分区降水量分布来看，鄂嘉镇年降水量最多，约为1 313 mm，大庄镇降水量最少，约为828 mm，其余地区降水量在829 ～909 mm之间。

双柏县水资源主要由降雨产生，全县境内多年平均地表水资源量94 167万m3，全县多年平均径流深233 mm。按2010年全县人口与耕地指标统计，人均水资源量5 884 m3，高于全国平均水平。

从径流的年际变化来看，径流量的年际变化存在较明显的地区差异，其中位于礼社江右岸的不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带（鄂嘉镇）径流年际变化较小，Cv值在0.17～0.27之间，平均为0.23；其余地区均位于礼社江左岸，径流年际变化较大，Cv值在0.57～0.67之间，平均为0.62；丰、平、枯水年周期替变化。从径流的年内分配来看，由于境内河流基本都是雨水补给水源类型，径流年内分配与降雨年内分配情况基本一致，主要集中在雨季，尤以6～10月的径流量最大，其中不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带径流年内分配相对均匀，6～10月约占全年总径流量的59.8%；其余地区6～10月约占全年总径流量的75.5%～79.4%。

从径流的空间分布上看，全县径流深分布不均，基本与该县降雨量的空间分布保持一致，总体呈现出随海拔高程变化趋势明显，海拔越高，径流深值越大的趋势。县境内的5个水资源分区中，礼社江干流Ⅰ区、礼社江干流Ⅱ区、马龙河区、沙甸河区、绿汁江干流区多年平均径流深分别为563 mm、189 mm、162 mm、162 mm、147 mm。礼社江左右岸径流深差异较大，右岸不管河-旧丈河-鱼庄河-小江河一带（鄂嘉镇）高程较高（1 700～2 100 m之间），雨量丰沛（1 300～1 500 mm之间），径流系数较大（0.60～0.65之间），径流深较大，在800～900 mm之间，全县降雨、径流深最高值出现在这一带的小江河支流纳嫩河，其流域平均高程最高，为2 041.5 m，相应的面雨量、径流深也最高，分别为1 428.8 mm、884.0 mm；双柏县其他地区均位于礼社江左岸，高程（1 300～2 000 m之间）、降水量（700～1000 mm之间）、径流系数（0.15～0.35之间）、径流深（100～300 mm之间）总体小于右岸，全县径流深最低值出现在绿汁江流域，该流域在双柏县境内流域平均高程为1 575.8 m，面雨量为858.5 mm，径流深为133 mm。

7 结语

文章依托双柏县水资源综合利用规划项目，根据收集到的双柏境内外的水文气象资料，对双柏县进行水资源调查评价，分析总结双柏县降雨径流时空分布特性。按照其降雨径流特性，可为后续的水文分析计算奠定基础、提供依据，从而得到合理的水资源配置方案，使全县水资源供需基本平衡，水资源可以得到有效保护及合理的开发利用，对改善全县生活生产条件、促进当地经济社会发展有积极作用。

参考文献

[1] 丁冉，林芸，唐亚松，等.云南省楚雄州双柏县水资源综合利用规划报告[R].中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，2014.

[2] 许志敏，臧庆春.龙川江流域年径流特性的地区综合法分析[J].人民长江，2011，42（10）：73-76.

[3] 叶长青，甘淑，李运刚.红河流域降水量的时空变异特征[J].云南大学学报：自然科学版，2008，30（1）：54-60.

[4] 李运刚，何大明，叶长青.云南红河流域径流的时空分布变化规律[J].地理学报，2008，63（1）：41-49.

[5] 刘金铎，夏建荣，胡贤群.基于ArcHydroTools流域特征参数快速提取过程――以双柏县32 条河为例[C]//云南省水利学会2014年度学术交流会论文集.昆明：云南省水利学会，2014：1-7.

[6] 柏绍光，傅骅，方绍东.红河流域洪水特性及统计参数分析[J].水文，2001，21（4）：32-34.