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user: 2. 研究进展 洮河是甘肃省较早开始水文要素监测的河流之一，1941年在洮河中游岷县设立了龙王台水文站(现岷县水文站)，1942年设立了李家村水文站，新中国成立以后，水文站网不断完善，现已形成布局比较合理，监测项目较为齐全，基本上能满足防洪抗旱、水资源开发利用、水环境监测、水工程规划设计和水土保持等经济社会需要的水文监测系统。随着水文站网的不断完善和水文资料的不断积累，洮河流域水文水资源研究大致经历了三个阶段，第一阶段是上世纪50年代~80年代初，这一时期广大水文工作者在水文测验方面进行了积极的探索，诸如浮标系数、流速系数、测速垂线分布、单样含沙量取沙垂线位置等项目的分析研究；第二阶段为上世纪80年代中期–上世纪末，这一阶段的研究主要集中在水资源及水文情报预报方面，诸如观测水文要素量值及时空变化规律、水资源时空分布、水文资料的整编技术标准以及干流洪水预报模型的探讨等；第三阶段为本世纪初至今，这一时期许多专家、学者积极参与进来，研究的内容进一步扩展，研究的方向主要在随机水文和数字水文方面，诸如用随机过程理论、时间序列分析方法、水文随机模型等借助数字化技术描述水文要素时空变化规律和水资源系统时空分布特征等。 图1. 洮河流域水系及水文站分布图 2.1. 水文要素变化方面 降水、径流是水文循环的重要环节，也是水文测站主要监测项目。水文部门现已积累了较长系列的原始监测数据，为开展降水径流时空变化研究提供了基础支撑。洮河流域多年平均降水量564.7 mm，年径流量46.11亿m 3 ，不同时段主要水文要素特征值见表1所示。 Table 1 Characteristic values of main hydrological elements in the Tao River basi 系列 年降水量(mm) 年径流量(亿m 3 ) 年输沙量(万t) 平均 最大 最小 平均 最大 最小 平均 最大 最小 1956~2016 564.7 780.0 440.6 46.11 95.76 24.54 2095 6590 136 1956~1979 580.2 780.0 448.9 52.95 95.76 32.36 2922 6590 557 1980~1999 550.9 679.1 467.0 43.71 67.60 27.08 2286 4380 604 2000~2016 558.9 689.4 440.6 39.27 58.38 24.54 702 2170 136 表1. 洮河流域主要水文要素特征值 依据实测水文要素数据，张济世等 [ 1 ] 对近50年来洮河流域降水径流变化趋势进行了分析计算，得出降水和径流的年下降斜率分别为−0.86~−1.34 mm和−1.57~−3.36 m 3 /s。凡炳文等 [ 2 ] 对洮河干流控制站近50年(1956~2005年)降水、径流时间序列的变化进行了综合分析，并对径流量序列进行了一致性分析修正，认为径流减少的趋势比降水减少的趋势更加明显，径流减少主要在甘南草原及森林区，降水减少主要在中游及降水高值区，受人类活动和气候变化的影响，径流序列1986年发生了跳跃变化，后段比前段相对减少了27.5%，经一致性分析修正，得出代表近期下垫面条件下洮河地表水资源量为45.86亿m 3 。李计生等 [ 3 ] 分析了洮河径流的时空变化规律，探讨了不同时间段月径流的变化和季节性变化特征，并对径流减少的成因以及汛期各月出现不同频率洪水的可能性进行了分析，指出洮河较大以上洪水主要发生在8~9月份，出现的概率为5.4%。冯平等 [ 4 ] 将水文时间序列多分辨率分析的EMD方法应用于洮河天然年径流量时序波动特征的多时间尺度研究，结果表明年径流量变化存在准2~6年、准8~10年和准26年的波动周期的特征。段志勇等 [ 5 ] 采用小波分析方法，识别了洮河流域降水时间序列中存在的多时间尺度特征，揭示了年降水的周期性特征和旱涝变化趋势，对于进一步了解水资源特征及演变趋势具有重要的意义。李常斌等 [ 6 ] 分析了洮河流域水文气象要素变化的时空特征，综合研究结果表明洮河流域气温、降水和径流的年代际变化周期以9~13年和2~5年最为常见，气温从1990年代中期开始明显上升，降水总体于1990年代初期开始减少，受降水变化影响，流域河川径流量1990年代发生明显减少，降水和径流变化在不同时期和不同生态–地理区间差异明显。岷县以上是洮河产水区，其来水量占到洮河总来水量的70%，洮河水电梯级开发使得下游年径流汛期所占比重相对减小，非汛期所占比重相对增加，年内变化趋向均一，尤其九甸峡水利枢纽的建设极大地改变了下游河道的流量过程，对径流的影响较大 [ 7 ] 。不同学者进一步从黄河流域或省域尺度对洮河流域的降水径流进行了更为详细的研究 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] ，这些研究从不同层面初步明晰了洮河流域降水和径流的变化对整个黄河流域水资源变化的影响，并且结合洮河流域是黄河重要水源涵养区的区域背景提出了水生态修复和水资源保护的措施。由于采用资料系列年限及研究方法的不同，研究结果之间略有差异，但普遍认为由于受气候变化及人类活动的双重影响，流域降水和径流特征发生了明显变化，降水与径流总体呈下降趋势，且径流衰减剧烈。 洮河是一条高含沙河流，平均年输沙量达2095万t。近些年来，不同学者围绕洮河泥沙分布及水沙变化规律和趋势方面开展了广泛探讨。凡炳文等 [ 12 ] 通过对洮河红旗水文站的泥沙监测资料分析，得出洮河泥沙具有含量高、输沙总量大、产沙的区域性、年际的波动性、年内的不均匀性和时间的集中性六大特点，上中下游产水产沙效应差异很大，水沙异源特性突出，李家村–红旗区间是洮河主要产沙区，其年来沙量占到洮河总来沙量的70%以上。洮河干流梯级电站的建设和运行，改变了河流泥沙运动和输移状态，使得泥沙过程失真，年内分布和特征值发生了较大变化。陈文等 [ 13 ] 的分析表明水电站拦河大坝的建设阻隔了河流泥沙输移通道，改变了时空分布规律和上下游泥沙平衡关系，水电站建设对河流泥沙的影响较大。张涛等 [ 14 ] 分析了洮河干流水沙关系及其变化，得出洮河各控制断面输水输沙存在正相关关系，洮河上游站水沙关系存在沙量明显增大的变化，洮河中游的岷县站水沙关系波动较大，洮河中下游的水沙关系变化很大，水利水电工程的拦沙作用突出，总体表现为减沙极为明显。张春林等 [ 15 ] 估算了降水变化和人类活动对年径流量和年输沙量的影响，就平均情况而言，降水和人类活动对径流的影响量分别约占径流减少总量的32.9%和67.1%，对输沙的影响量分别约占输沙减少总量的47.4%和52.6%，不同阶段的人类活动特征明显。综合来看，不同时期流域内工程建设增沙和水利水电工程拦沙的结果，使得输沙量呈现阶段性增减变化，这些分析研究成果为洮河流域治理、水利工程建设、小流域治理和水土保持中大量泥沙问题的处理和解决提供了参考依据。 2.2. 水文情报预报方面 水文情报预报在水文科研中占据着及其重要的地位，为科学研判雨水情趋势、精准发布洪水预报、防汛抗旱减灾、合理调度水资源的指挥决策提供着有力支撑。广大学者积极开展洮河流域水文情报预报研究，胡兴林等 [ 16 ] 根据水文系统理论模型的原理和方法，建立了干旱半干旱地区水文预报模型，并在洮河流域进行预报检验获得了初步成功。凡炳文等 [ 17 ] 采用多元线性回归系统，建立了洮河红旗水文站实时洪水过程预报模型，用于红旗站根据上游雨水情信息和监测实时信息做出实时洪水过程预报成果，提高了红旗站洪水预报的时效性和发布预警信息的水平。崔涛 [ 18 ] 将多维时间序列模型在红旗站的应用作了尝试，邓娜 [ 19 ] 针对现有水文预报模型结构复杂、参数多、率定和修正较困难等缺点，采用由秦毅提出的具有成因概念的系统模型对红旗站日径流与含沙量过程进行了预报，该模型简单易行，对降雨径流有较好模拟效果。另外，杨新华等 [ 20 ] 对洮河枯水期径流预报模型进行了积极探讨。 2.3. 气候变化方面 在全球气候变化的大背景下，广大气象工作者针对气候变化对洮河流域和洮河水资源的影响进行了资料及模式分析研究。朱丽等 [ 21 ] 通过对洮河上游碌曲、中游岷县和下游临洮3处站点的气温观测资料分析，认为近50 年洮河流域年平均气温整体呈现显著上升趋势，尤其在1997年前后明显升温，上游碌曲增幅最大，中游岷县、下游临洮增幅明显偏低。王建兵 [ 22 ] 以洮河流域7个气象站地面气象观测资料为基础，根据Holdridge生命地带模型对洮河流域近40年的干燥度变化进行了分析，认为洮河流域从20世纪90年代开始出现了明显的暖干化趋势。姚玉璧等 [ 23 ] 利用洮河流域气象和水资源观测资料建立了水资源气候模式，结果表明洮河流域气温和干旱指数年际变化趋势均呈显著上升趋势，气温变化线性拟合倾向率在0.12~ 0.59 ℃ /10年之间，干燥指数变化线性拟合倾向率在0.05~0.12/10年之间。张济世等 [ 24 ] 统计分析流域上游40多年的实测水文气象数据发现，由于气候升温变暖、草原载畜过量以及过度砍伐森林，导致洮河流域主要产流区甘南高原的气候干旱化、山区水土流失加剧、草原植被退化和沙漠化。上述这些研究为洮河流域内气候变化应对策略、山洪灾害预防预警以及水资源合理利用提供了重要依据。 2.4. 水环境问题方面 水环境是人类社会生存和发展的重要基础，随着国民经济社会的快速发展，在人类活动和气候变化的双重影响下，水环境的污染防控治理已成为加强水环境质量管理、推动产业调整优化、实施生态保护与修复的一项基础工作。据2017年甘肃省重点水质监测站监测资料进行的评价结果显示(表2、表3)，2017年洮河流域排污口22个，入河污水总量1440万t，入河主要污染物中化学需氧量919 t，氨氮132 t；全年干流评价河长673 km，II类水质的河长673 km，占评价总河长的100%。可以看出，2017年洮河流域除苏集河部分河段外，洮河干流及主要支流水质状况相对较好。 Table 2 Waste water discharge and major pollutants entering the Tao River in 201 废污水年排放量(万) 排污口统计(个) 入河污水量(万t) 入河主要污染物(t) 生活 工业 合计 工业 生活 混合 合计 化学需氧量 氨氮 671 289 960 4 14 4 22 1440 919 132 表2. 2017年洮河废污水排放量及入河主要污染物 Table 3 River chief of monitoring the current water quality of the Tao River and major tributaries in 201 河流名称 全年期分类河长(km) 汛期分类河长(km) 非汛期分类河长(km) 评价河长 II类 III类 IV类 评价河长 II类 III类 IV类 评价河长 II类 III类 IV类 V类 洮河 673.1 673.1 673.1 673.1 673.1 673.1 博拉河 84.8 84.8 84.8 84.8 84.8 84.8 冶木河 79.3 79.3 79.3 79.3 79.3 79.3 苏集河 53.0 38.0 15.0 53.0 38.0 15.0 53.0 38.0 15.0 东峪沟 68.8 68.8 68.8 68.8 68.8 68.8 广通河 62.5 62.5 62.5 62.5 62.5 62.5 表3. 2017年洮河及主要支流水质现状监测河长 近年来，广大学者对洮河流域水环境问题进行了积极探讨，科学、合理地评价洮河水环境质量的状况和演变特征，掌握不同水环境中水质类别和污染因子，对于洮河流域推进生态文明建设、解决生态环境问题、促进经济社会协调发展具有重要的现实意义。张国珍等 [ 25 ] 依据洮河干流11个水质监测站点监测数据对洮河干流水质特性进行了分析。杨晓妮等 [ 26 ] 采用单因子评价法和灰色聚类法对洮河干流12个取样断面水质进行评价，结果有9个断面综合水质类别为III类或劣于IV类，氨氮和磷超标是洮河干流水环境恶化的主要因素。杨浩等 [ 27 ] 依据2014年的监测资料，采用单因子评价法评价九甸峡、李家村、红旗水质监测站断面年综合水质类别分别为V类、V类和劣V类；通过应用模糊综合评判法评价3个监测断面所属综合水质类别均为I类水，均达到3个断面既定水环境功能区目标限定的目标类别III、II、III类，指出洮河干流水质改善过程中，总氮污染应是未来一段时间洮河流域水环境保护治理的重点。近些年来洮河干流及主要支流水质监测结果显示出洮河流域山区河源地带的大部分河流水质尚好，洮河干流岷县段、红旗段，支流东峪沟、苏集河、广通河主要纳污河段水质超标严重，甚至达到劣Ⅴ类，主要污染物为高锰酸盐指数、氨氮、溶解氧和五日生化需氧量，城镇处理污水能力不足是城镇排污河段水质超标严重的主要原因。