白洋淀入淀流量變異程度分析

張東江,哈建強(qiáng),史洪飛

白洋淀入淀流量變異程度分析

張東江,哈建強(qiáng),史洪飛

(滄州水文水資源勘測(cè)局,河北滄州 061000)

為了評(píng)估白洋淀流域內(nèi)水資源開發(fā)利用對(duì)湖泊水文情勢(shì)的影響程度,提出以現(xiàn)狀年環(huán)湖泊河流入湖實(shí)測(cè)月徑流量與天然月徑流量的差異表征入湖流量變異程度。結(jié)果表明：入湖天然徑流量采用降雨徑流關(guān)系法進(jìn)行還原,效果較好;過度開發(fā)利用水資源,使入淀河流順暢程度幾乎全部為完全阻隔。最后提出相應(yīng)的水資源利用和保護(hù)措施。

水資源;徑流量;水資源變異程度;白洋淀

1 白洋淀狀況

白洋淀位于保定市的安新、高陽、容城、雄縣和滄州市的任丘交界處,是華北地區(qū)少有的內(nèi)陸淡水湖,它是由143個(gè)大小不等的淀泊和3700多條溝壕組成的湖泊群的統(tǒng)稱。白洋淀圍堤以內(nèi)共有水圍村36個(gè),淀邊半水圍村62個(gè)[1]。

白洋淀地處暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。春季干旱多風(fēng),夏季高溫多雨,秋季天高氣爽,冬季寒冷少雪。多年平均降水量為510.1 mm,降水量年內(nèi)分配不均,年際變化較大。淀區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量為1 761.7 mm。白洋淀初冰期在11月末,冰期至翌年3月中旬,冰厚0.19～0.42 m。

白洋淀光、熱、水資源豐富。20世紀(jì)60年代前,水深多為2～3 m,水質(zhì)很好,適宜多種水生生物繁殖和植物生長(zhǎng)、農(nóng)田灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖、人畜飲用,浮游生物與底棲動(dòng)物的種、屬很多,漁、葦、糧產(chǎn)業(yè)及航運(yùn)業(yè)均較發(fā)達(dá)。

大清河白洋淀以上流域位于海河流域的中部,流域面積為31199 km2,其中山區(qū)面積為18807 km2,平原面積為12392km2。在白洋淀淀區(qū)以上大清河分為南、北兩支,1974年以前,只有南支匯入白洋淀。1974年后開挖了白溝引河,一般年份北支水量也匯入白洋淀,只有在大水年份才啟用大清河分洪道分洪。該流域內(nèi)地勢(shì)西高東低,白洋淀處于華北平原低洼地帶,淀區(qū)匯集了南、西、北三面呈扇形分布的潴龍河、孝義河、唐河、清水河、府河、瀑河、漕河、萍河、拒馬河9條河流來水,然后從淀泊東面大清河經(jīng)獨(dú)流減河入渤海。歷史上淀區(qū)蓄水主要源于上述河流洪瀝水,近些年來也曾實(shí)施跨流域調(diào)水工程[2]。

2 入淀河道年徑流量還原

入淀河道徑流量是白洋淀水資源量的主要組成部分,它的多少以及時(shí)程變化是反應(yīng)水資源健康與否的一個(gè)重要因素。

2.1 降雨徑流關(guān)系的建立

2.1.1 選擇雨量站點(diǎn)的原則

雨量站點(diǎn)的選擇原則為：①在集水區(qū)域內(nèi)分布相對(duì)均勻;②雨量觀測(cè)值盡可能真實(shí);③計(jì)算方法科學(xué)合理。基于這些原則,計(jì)算結(jié)果才能具備較好的代表性。

由于雨量站點(diǎn)歷史上多有變動(dòng),因而在歷史和現(xiàn)在雨量站點(diǎn)的選擇上很難取得一致,這樣就導(dǎo)致與真值存在一定誤差,影響了計(jì)算精度;但由于站點(diǎn)選擇得足夠多,計(jì)算所得的面平均雨量可符合要求。

2.1.2 面平均雨量的計(jì)算及降雨徑流關(guān)系的建立

天然徑流量按照水資源調(diào)查評(píng)價(jià)相關(guān)技術(shù)規(guī)定進(jìn)行還原計(jì)算。

搜集水利工程建成之前某斷面集水區(qū)域上的部分雨量站點(diǎn)的降水量以及對(duì)應(yīng)河道監(jiān)測(cè)斷面相應(yīng)時(shí)間段的徑流量W(或R),采用算術(shù)平均法計(jì)算面平均降水量P,以建立天然狀態(tài)下降雨徑流關(guān)系。

鑒于該水系大型水庫建成時(shí)間多在1960年附近,因此利用20世紀(jì)60年代以前實(shí)測(cè)徑流量(認(rèn)為接近天然徑流量)與各河道相應(yīng)監(jiān)測(cè)斷面上游控制集水區(qū)域內(nèi)平均降水量建立降雨徑流相關(guān)關(guān)系;利用評(píng)估年相應(yīng)的年平均降水量,通過已建立的降雨徑流關(guān)系,推求出評(píng)估年各河天然徑流量[3]。

經(jīng)對(duì)歷史測(cè)驗(yàn)資料的分析,在白洋淀周邊9條主要入淀河流中,潴龍河、唐河、漕河、清水河、瀑河及拒馬河設(shè)有歷史和現(xiàn)實(shí)一致的水文站。

拒馬河僅有支流中易水1960年所建的安各莊水庫較大,庫容3.09億m3,集水面積467 km2,占新蓋房站集水面積的4.67%,可以看出控制集水面積相對(duì)新蓋房站較小,影響較輕,故據(jù)1954—1980年資料繪制新蓋房站降雨徑流關(guān)系圖(圖1)。

圖1 1954—1980年新蓋房站降雨徑流關(guān)系

以此類推,根據(jù)1954—1962年汛期降水資料繪制漕河站汛期降雨徑流關(guān)系圖;根據(jù)1971—1980年資料繪制北辛店站降雨徑流關(guān)系圖;根據(jù)1953—1959年資料繪制西大洋水庫站降雨徑流關(guān)系;根據(jù)1952—1961年資料繪制北郭村站降雨徑流關(guān)系圖。

2.2 各站評(píng)估年(2010年)還原后的天然徑流量

根據(jù)白洋淀各入淀河道目前水文站點(diǎn)布設(shè)情況以及資料擁有程度,確定2010年為此次白洋淀水資源量健康評(píng)價(jià)工作的評(píng)估年。

a.對(duì)于有資料的站點(diǎn),通過計(jì)算2010年上述各水文站相應(yīng)監(jiān)測(cè)斷面以上集水區(qū)域內(nèi)的面平均降水量,然后查各自站點(diǎn)相應(yīng)降雨徑流關(guān)系圖后得到2010年天然徑流量。經(jīng)計(jì)算,2010年各站面平均雨量及天然徑流量見表1。

表1 2010年各站面平均雨量及天然徑流量

b.由于小望亭、東方機(jī)和下河西3站集水面積均不詳,無法進(jìn)行還原計(jì)算。且由于府河、孝義河和萍河均屬較小河流,對(duì)本次評(píng)估影響不大,因此不予計(jì)算。而瀑河塘湖站已于20世紀(jì)70年代撤掉,時(shí)至今日,該河道也未重新設(shè)立徑流監(jiān)測(cè)站。另外,塘湖站距離淀邊較遠(yuǎn),且下游有瀑河水庫,因此分析計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)這次評(píng)估意義不大。雖然沒參加計(jì)算的河道從數(shù)量看近乎半數(shù),但是均為較小的河流。依據(jù)白洋淀集水區(qū)域進(jìn)行估算,未參加計(jì)算的4條河道流域面積之和約占白洋淀控制流域面積(31 199 km2)的8.3%。而徑流量之和僅占入淀河道總徑流量的一成左右,對(duì)本次評(píng)估影響較小。

2.3 各河道2010年還原后的天然徑流量月分配

采用典型年法求出評(píng)估年的各月天然徑流量。雨量在平面上分布具備不均勻性,因此即使同一水文年不同河流的年均降水量也是有差別的[4]。對(duì)于有歷史資料的站,在考慮月雨量的面分布和月雨量的分配均應(yīng)相似的情況下,從各站降雨徑流關(guān)系的年份中查找與2010年面平均雨量相近的年份為典型年,按其月份徑流量所占年徑流量比例,對(duì)推求而得的2010年天然徑流量進(jìn)行月分配(表2)。山區(qū)徑流與降雨相關(guān)程度較高,當(dāng)降雨面分布和時(shí)程分配接近典型年即天然狀態(tài)時(shí),按典型年月份徑流量比例計(jì)算出的水平年徑流月分配也會(huì)有較高的合理性[5]。

2.4 河流順暢情況分析

2.4.1 河流閘壩及調(diào)控狀況

部分主要入淀河流在20世紀(jì)60年代初期陸續(xù)建成了一些水庫,如橫山嶺、口頭、王快、西大洋、龍門和安各莊6座大型水庫,8座中型水庫及一些小型水庫,總控制集水面積9 718 km2,總庫容36億m3,其中6座大型水庫庫容合計(jì)為33.016億m3。閘壩調(diào)控在為削減洪峰、延續(xù)水資源利用時(shí)間起到了一定作用的同時(shí),也增加了徑流調(diào)控的人為因素,使徑流變異程度劇增。

2.4.2 入淀水量變化情況

白洋淀淀區(qū)蓄水主要依靠上游降水產(chǎn)生的地表徑流。流域平均降水量在20世紀(jì)50年代和60年代屬豐水期;70年代基本持平;80年代和90年代屬枯水期,與多年平均相比,分別偏枯6.0%和7.4%[6]。近10年隨著上游經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源需求量的不斷增大,主要入淀河流沒有天然來水。保定市廢污水經(jīng)污水處理廠集中處理后用于景觀用水等后剩余水量通過府河入淀,每年入淀水量在300萬～4500萬m3之間,2001—2009年間入淀水量共計(jì)2億m3。近些年來,由于人為干預(yù)因素的增加,河道徑流連通性變差,非汛期河道干涸斷流現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。

為改善白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的缺水局面,近10年多次從王快、西大洋、安各莊水庫調(diào)水補(bǔ)淀以及從外流域岳城水庫和黃河引水補(bǔ)給白洋淀,累計(jì)納水約9.55億m3,一定程度上緩解了白洋淀濕地的生態(tài)危機(jī),對(duì)維持白洋淀濕地的生態(tài)平衡起到了重要作用。

2.4.3 入淀河流水質(zhì)情況

根據(jù)2001—2009年監(jiān)測(cè)資料分析,府河入淀口及安新縣城附近污染最嚴(yán)重,安新橋監(jiān)測(cè)斷面為劣Ⅴ類,人口密集的村莊周圍水域次之,大張莊、王家寨、同口、關(guān)城、端村監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別在Ⅳ～Ⅴ類間。其他人類生活影響較小的水域水質(zhì)良好,水質(zhì)類別可達(dá)到Ⅳ類。

2.4.4 入淀河道順暢情況

根據(jù)文獻(xiàn)[7]中環(huán)湖河流順暢狀況判定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,斷流阻隔時(shí)間為12、4、2、1、0個(gè)月時(shí),順暢狀況依次為完全阻隔、嚴(yán)重阻隔、阻隔、較順暢和順暢5個(gè)級(jí)別。將2010年各站逐月徑流量、多年平均實(shí)測(cè)徑流量與上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較評(píng)判,即可得到各條入淀河流順暢狀況(表3)。由表3可見,僅有清水河一條河流呈嚴(yán)重阻隔狀態(tài),其余河道均為完全阻隔狀態(tài)。

表3 2010年各站逐月徑流量、多年平均實(shí)測(cè)徑流量及賦分值

3 入湖流量變異程度

3.1 計(jì)算方法

入湖流量過程變異程度系指環(huán)湖泊河流入湖實(shí)測(cè)月徑流量與天然月徑流量過程的差異。反映評(píng)估湖泊流域內(nèi)水資源開發(fā)利用對(duì)湖泊水文情勢(shì)的影響程度。

評(píng)估年實(shí)測(cè)徑流量按各河水文站各月實(shí)測(cè)值。采取評(píng)估年(2010年)環(huán)湖泊河流入湖逐月實(shí)測(cè)徑流量之和與天然月徑流量的平均偏差程度表達(dá)入湖流量變異程度,計(jì)算公式為

表2 經(jīng)還原后2010年各站逐月天然徑流量

式中：IFD為入湖流量變異程度;qn為評(píng)估年每條入湖河流的實(shí)測(cè)月徑流量;qm為評(píng)估年所有入湖河流的實(shí)測(cè)月徑流量;Qn為評(píng)估年每條入湖河流的天然月徑流量;Qm為評(píng)估年所有入湖河流的天然月徑流量;N為環(huán)湖入湖河道數(shù)量;ˉQm為評(píng)估年天然月徑流量年均值。

3.2 白洋淀入淀流量變異程度計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表4計(jì)算成果,利用式(2)～(4),即可計(jì)算出qm、Qm(表4、表5)和ˉQm值。評(píng)估年天然月徑流量年均值為1.217 5億m3。將表中的數(shù)據(jù)代入式(1),即可求得IFD=3.855。

入湖流量過程變異程度指標(biāo)(IFD)的賦分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)全國(guó)重點(diǎn)水文站1956—2000年實(shí)測(cè)徑流與天然徑流計(jì)算獲得,入湖流量過程變異程度在0～5.0之間。

3.3 分析結(jié)論

通過上述分析可以看出,入淀流量過程變異程度是相當(dāng)高的。另外,從表4可以看出,現(xiàn)狀情況下,不但斷流河道數(shù)量多,各河道斷流時(shí)間也較長(zhǎng),幾乎是全年處于完全阻隔狀態(tài),表明無論是年徑流總量還是年中徑流過程,現(xiàn)狀與天然差異都比較大,在此水系上,人類開發(fā)利用水資源的程度已經(jīng)相當(dāng)高了。

4 水資源管理措施

近年來,隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,白洋淀水資源緊缺狀況相當(dāng)嚴(yán)峻,數(shù)次發(fā)生連年干涸現(xiàn)象,嚴(yán)重影響了區(qū)域水環(huán)境健康以及旅游觀光、水產(chǎn)養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè),進(jìn)而影響淀區(qū)居民的生活,為此,必須盡快采取措施增加水量,改善淀區(qū)水環(huán)境。

a.加強(qiáng)淀區(qū)上游水土保持治理力度,提高山區(qū)水資源涵養(yǎng)效果。實(shí)施退耕還林、植樹造林等措施,減少山洪、泥石流等危害,保證水源持續(xù)不斷,盡量減少人為因素的破壞。

b.加大水污染治理力度,嚴(yán)格控制排污量。認(rèn)真核算河道和淀區(qū)自凈能力、納污能力,根據(jù)受水區(qū)凈化能力控制污水排放量,對(duì)無序排放污水的現(xiàn)象采取嚴(yán)厲的懲罰措施,大力鼓勵(lì)表彰污水處理達(dá)標(biāo)單位。加強(qiáng)淀區(qū)生活垃圾管理,研究科學(xué)合理的辦法,減少污水排放量。

c.加強(qiáng)水資源管理,限制淀區(qū)提調(diào)水量。水量是保證淀區(qū)效能的主要因素之一,近年來,淀區(qū)水位一直處在低位運(yùn)行,嚴(yán)重影響著航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及旅游觀光等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,并造成了不小的損失,因此,要嚴(yán)格周邊大面積農(nóng)田灌溉以及高耗水企業(yè)的無序取水,控制外調(diào)水量[8]。

d.積極開拓水源,加大引調(diào)水力度。引調(diào)水工程已經(jīng)實(shí)施多年,在保護(hù)淀區(qū)水環(huán)境、發(fā)展淀區(qū)經(jīng)濟(jì)等方面取得了一定的效益。按當(dāng)?shù)厮Y源狀況分析,水資源緊缺程度將會(huì)持續(xù)嚴(yán)峻,因此,(跨流域)調(diào)水也將成為維持淀區(qū)水資源健康的一項(xiàng)強(qiáng)有力措施。黃河及海河流域各水系河道水量豐枯不定,時(shí)常出現(xiàn)斷流情況,建議白洋淀補(bǔ)水水源改為南水北調(diào)的長(zhǎng)江水,可分配一定水量指標(biāo),建立長(zhǎng)效的供水機(jī)制,以保證白洋淀的生態(tài)健康。

表4 評(píng)估年(2010年)部分主要河道天然徑流量?jī)|m3

表5 評(píng)估年(2010年)部分主要河道實(shí)測(cè)徑流量?jī)|m3

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Analysis of variation of flow into Baiyangdian Lake

ZHANG Dongjiang,HA Jianqiang,SHI Hongfei
(Cangzhou Hydrology and Water Resources Survey Bureau,Cangzhou 061000,China)

In order to evaluate the influence of water resources utilization in the Baiyangdian Basin on the hydrological regime of the lake,it is proposed that the variation of flow into the lake be characterized by the difference between the observed monthly runoff amount from surrounding rivers into the lake in the evaluation year and the natural monthly runoff amount.The study results show that the precipitation-runoff relationship method can effectively restore the natural runoff amount into the lake,and over-exploitation of the water resources in the basin has caused most rivers that flow into the lake to be seriously obstructed.Several measures are proposed for the utilization and protection of water resources.

water resources;runoff amount;water resources variation;Baiyangdian Lake

TV213.4

A

1004-6933(2014)01-0043-05

201307-21 編輯：徐 娟)

10.3969/j.issn.1004-6933.2014.01.009

張東江(1964—),男,高級(jí)工程師,主要從事流域水文水資源研究。E-mail：czjzhdj@163.com