汾河流域地表徑流變化分析

張宇

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

汾河流域地表徑流變化分析

張宇

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

汾河流域是山西省重要的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展區(qū)域，由于水資源長期過度開發(fā)、植被破壞、污染加劇，水土流失、地下水超采嚴(yán)重，地下水位下降，泉水出流量劇減，降水產(chǎn)流急劇衰減，兩者的共同作用造成地表徑流量大幅減少，因此對汾河流域生態(tài)進(jìn)行建設(shè)是十分重要且緊迫的。

地表徑流；生態(tài)修復(fù)；汾河流域

1 流域概況

汾河流域面積39471km2，南北長412.5km，東西寬188km，干流全長716km，是山西第一大河，黃河第二大支流。流域位于山西省中南部，是山西省政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。

汾河流域人均水資源量275m3，為全省人均水資源量381m3的72%，人均供水量208m3，單位面積平均占有水資源量172m3，為全省單位面積平均水資源量182m3的94.5%；單位面積平均供水量217m3。

汾河流域平川面積占比最大，水熱資源豐富，是全省糧食主產(chǎn)區(qū)域。該流域在不同的歷史時期，植被均在不斷減少，水土流失逐步加大，各個支流上游的溝道不斷發(fā)育，流失的泥沙造成湖泊淤沒。隨著湖泊的逐步消失，帶來了河流水系吸納洪水的能力弱化，洪災(zāi)出現(xiàn)的頻次增加。植被的減少，導(dǎo)致土壤涵養(yǎng)水源的能力降低，支流水量減少，抵御干旱的小氣候環(huán)境一并消失，干旱出現(xiàn)的頻次加大。

2 降水

流域內(nèi)降水成因可分為含有豐沛水汽的副熱帶海洋氣團(tuán)與極地大陸氣團(tuán)接觸、鋒面過境時產(chǎn)生的鋒面雨，大氣層結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定形成的對流雨，因地形抬升作用形成的地形雨，以及因氣流向低壓區(qū)輻合抬升產(chǎn)生的氣旋雨。

流域內(nèi)地形起伏大，山脈多呈東北向或北東方向排列，水汽自南或東南方向入境后，受到層層阻隔，年降水量總體上自南向北遞減，且隨著山地高度的增加而增加，尤其蘆芽山、關(guān)帝山的降水量隨高程增加較快；隨緯度增高同高程降水量漸趨減??；不同坡向降水量高程關(guān)系因水汽來源、山脈走向不同而存在差異。年降水量變化梯度大，存在眾多交替出現(xiàn)的高低值中心，低值區(qū)主要分布于盆地，太原、運(yùn)城、臨汾盆地低值中心年降水量分別在450mm，500mm，550mm以下，均小于盆地周圍山區(qū)；高值區(qū)幾乎全分布在高山地區(qū)。

流域內(nèi)各年間降水量差異很大，上中下游最大、最小年降水量比值介于2.38～3.06之間，降水量年內(nèi)分配極不均勻，季節(jié)變化非常明顯，一般冬季干旱少雨，夏季雨水充沛，秋雨多于春雨。

3 徑流量及分布特性

3.1 天然徑流

汾河流域河津站1956—2013年多年平均天然徑流量為18.72億m3。各測站多年徑流統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 汾河流域主要測站多年徑流統(tǒng)計表

3.2 徑流量分布特性

流域徑流分布特性主要受自然因素和人類活動兩個因素影響。自然因素包括地理位置、地形地貌、氣候氣象、植被等，是徑流賴以形成的基礎(chǔ)，對徑流產(chǎn)生著持久且基本穩(wěn)定的影響。人類活動對流域地表徑流量的影響可分為兩方面：一是以地表水為水源的工農(nóng)業(yè)用水和生活用水以及水利工程的調(diào)蓄，直接改變了下游水文站控制斷面的實(shí)測徑流量，二是生產(chǎn)實(shí)踐和社會活動改變流域下墊面條件（包括植被、土壤、水面、耕地、潛水位等因素），導(dǎo)致入滲、徑流、蒸散發(fā)等平衡要素的變化，使得流域產(chǎn)匯流條件發(fā)生變化，同時改變徑流的時程。

通過對流域內(nèi)干支流水文測站天然徑流分析，具有以下特點(diǎn)：一是地區(qū)分布不均。流域降水量總體上自南向北遞減、山地大于盆地、迎風(fēng)坡大于背風(fēng)坡，徑流深與降水量基本對應(yīng)，徑流深南部大于北部，呂梁山脈的蘆芽山、關(guān)帝山及汾河上游的分水嶺部位為徑流深高值區(qū)，盆地區(qū)為徑流深低值區(qū)。二是年內(nèi)分配不均。流域徑流的年內(nèi)分配表現(xiàn)為典型的夏雨型，即徑流量的豐枯特征和降水量對應(yīng)，徑流集中程度主要取決于雨季持續(xù)時間和降水量的集中程度，各代表站典型年徑流量的年內(nèi)分配，一般豐水年徑流集中程度大于枯水年，大水年份雖然河川徑流豐富，但集中程度高，對水資源開發(fā)不利；連續(xù)最大四個月徑流量出現(xiàn)在6—9月，占多年平均徑流量的50%。三是年際變化比較平緩。汾河流域面積大，干支流有較大巖溶泉水出露，流域的調(diào)節(jié)性能較好，年徑流極值比在4.0左右，變幅相對較小。

4 地表徑流量變化趨勢分析

地下水位下降后，泉水出流量劇減，同時，多年來降水量的下降也直接導(dǎo)致河川徑流的衰減，兩者共同作用造成地表徑流量大幅減少。依據(jù)現(xiàn)有58年的實(shí)測水文資料，1956—2013年平均降雨量為507mm，平均地表徑流量為20.4億m3。其中：1956—1979年平均降雨量為529mm，平均地表徑流量為26.5億m3；1980—2000年平均降雨量為477mm，平均地表徑流量為17.4億m3；2001—2013年平均降雨量為515mm，平均地表徑流量為13.3億m3，降雨量與2012年基本相近。在調(diào)查的1956—1979年，1980—2000年，2001—2013年水資源量均值是逐段減少的。2001—2013年段水資源量比1956—1979年水資源量減少近30%。

從地表水資源量累計均值分析圖中可以看出，降水量、徑流量累計均值曲線均為下降趨勢，說明實(shí)測年份內(nèi)，汾河流域徑流量總體呈現(xiàn)衰減趨勢，由于降水和徑流存在非線性關(guān)系，當(dāng)降水量減少時，徑流量以遠(yuǎn)大于降水量的減幅減少，徑流量累計均值曲線下降趨勢比降雨量曲線下降明顯。經(jīng)各年徑流量資料統(tǒng)計，在1980—2013年的34年間，只有6年的地表徑流量高于均值，在1989—2013年25年間，只有2年的地表徑流量高于均值，2013年徑流量為20.8億m3，僅與均值持平。

地表徑流量的減少有降雨因素，也有地表產(chǎn)流條件（下墊面）變化的因素。與1956—1979年系列相比，1980—2000年系列地表徑流量每年減少9.1億m3，其中受降雨因素減少影響4.1億m3，占45%，受地表產(chǎn)流條件影響5億m3，占55%。2001—2013年地表徑流量和1956—1979年相比，減少徑流量13.2億m3，其中受降雨因素減少影響1.4億m3，占11%，受地表產(chǎn)流條件影響11.8億m3，占89%。

從汾河流域上、中、下游三個區(qū)間資料整體比較，汾河各段總體呈衰減演變的趨勢，上游徑流量普遍偏低，下降趨勢較為明顯，由于近年來上游采取部分保護(hù)措施，年徑流量下降趨勢平緩；較上游情況相比，中游徑流量普遍偏高，2008年以來部分河段經(jīng)過治理后略有上揚(yáng)，但仍不能達(dá)到前期水平；下游段徑流量與中游徑流量比較，下降趨勢沒有改變。

5 生態(tài)修復(fù)緊迫性分析

一是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對水的需求尤為迫切。產(chǎn)流不足問題不解決，自身造血功能不恢復(fù)，單靠引調(diào)客水難以保障經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。二是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對生態(tài)文明的要求越來越高。在改造自然過程中，改善生態(tài)環(huán)境、恢復(fù)河流水系、建設(shè)生態(tài)文明已成為流域內(nèi)全體人民的共識。三是近年來雖然水生態(tài)惡化問題有所控制，但地下水補(bǔ)給途徑破壞、河流自身產(chǎn)流不足、植被差的問題并未解決且有可能繼續(xù)惡化。四是汾河流域面源污染嚴(yán)重，河流水質(zhì)不斷惡化等多重效應(yīng)疊加，造成了城市周邊地區(qū)土壤和淺層地下水的嚴(yán)重污染。為此，維護(hù)汾河河道健康生命，保護(hù)山西人民美好家園已到了刻不容緩的地步。

6 保護(hù)措施

第一，科學(xué)配置水土資源，節(jié)水優(yōu)先，高效利用，保障流域經(jīng)濟(jì)社會健康發(fā)展。增加林地、水地、水域面積，減少旱地面積，對25°以上坡地退耕還林還草，將部分占用的河灘地改造為蓄水濕地，為水生態(tài)修復(fù)提供必需的基礎(chǔ)條件。進(jìn)行部分水域及水利設(shè)施建設(shè)，增加水域面積。實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，落實(shí)用水總量和效率控制紅線，以農(nóng)業(yè)節(jié)水為重點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧工業(yè)、生活節(jié)水，嚴(yán)格控制用水增量。對流域內(nèi)灌區(qū)進(jìn)行高效節(jié)水改造，節(jié)約用水。

第二，恢復(fù)水域，重建水系，充分利用洪水資源。通過在汾河干流沿線、支流下游和邊山峪口等區(qū)域恢復(fù)和建設(shè)一批能調(diào)蓄徑流的“珍珠串”狀水域，總面積238km2，蓄滯洪水，充分利用雨洪資源，使洪水資源化，達(dá)到重建河流水系、抬升地下水位、凈化水質(zhì)、改善生態(tài)環(huán)境、增加漁業(yè)養(yǎng)殖及豐富水生植物等目的，在確保防洪安全的前提下，蓄滯洪水源化。通過體制機(jī)制創(chuàng)新，強(qiáng)化水功能區(qū)限制納污紅線，加強(qiáng)污染防治，加大廢污水處理和中水回用力度，在山丘區(qū)重點(diǎn)實(shí)施清潔小流域建設(shè)，實(shí)現(xiàn)污水資源化。

7 結(jié)論

汾河流域是我省重要的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展區(qū)域，由于水資源長期過度開發(fā)、植被破壞、污染加劇，水土流失、地下水超采嚴(yán)重，地下水位下降，地下水水位下降后，泉水出流量劇減，降水產(chǎn)流也急劇衰減，兩者的共同作用造成地表徑流量大幅減少。生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，遠(yuǎn)超水資源和水環(huán)境承載能力，對人類不良影響的表現(xiàn)越來越明顯，加大生態(tài)環(huán)境建設(shè)投入以保護(hù)越來越脆弱的生態(tài)環(huán)境已刻不容緩。

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］1004-7042（2016）10-0022-02

張宇（1980-），男，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)水力學(xué)及河流動力學(xué)專業(yè)，工程師。

2016-08-15；

2016-09-24