青島市地表水資源變化趨勢(shì)分析

曹　敏　陳　棟　李春俊

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青島市地表水資源變化趨勢(shì)分析

曹敏1陳棟2李春俊1

一、概況

青島市地處山東半島南部，東南瀕臨黃海，與朝鮮半島和日本列島隔海相望，是我國(guó)華東地區(qū)重要的沿海開放城市。轄4個(gè)縣級(jí)市（即墨市、萊西市、平度市、膠州市），6個(gè)區(qū)（市南、市北、李滄、嶗山、城陽(yáng)、黃島）。全市總面積10654km2。青島市作為我國(guó)北方重要的沿海開放城市，水資源量非常短缺。此次采用1956～2010年長(zhǎng)系列水文資料分析全市水資源變化趨勢(shì)，為青島市水資源開發(fā)利用及實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

二、地表水資源分布特征

此次分析選用全市40個(gè)雨量站，鄰區(qū)11個(gè)雨量站的降水資料，采用1956～2010年同步系列。各站的實(shí)測(cè)月、年降水量資料均摘自《水文年鑒》和《山東省水文特征值統(tǒng)計(jì)資料》。對(duì)少數(shù)系列較短的雨量站降水資料，借用氣候和地形條件相似的鄰近站降水資料或采用本站與鄰站資料相關(guān)分析的方法進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)。選用12個(gè)水文站實(shí)測(cè)徑流系列進(jìn)行還原計(jì)算，并對(duì)天然徑流量系列一致性進(jìn)行分析，得到系列一致性較好，能反映近期下墊面情況的天然年徑流量系列，作為評(píng)價(jià)地表水資源量的依據(jù)。

1.地域分布不均

青島市降水空間分布不均，降水從東南沿海向西北內(nèi)陸遞減，等值線呈西南—東北走向，700mm等值線自王吳水庫(kù)由西向東北經(jīng)即墨入海，由于受地形影響，嶗山、藏馬山西部一帶為降水高值區(qū)，年降水量超過(guò)800mm，嶗山高值中心超過(guò)1000mm。青島市大部分地區(qū)多年平均降水量在600～800mm之間，屬于過(guò)渡帶。

由于青島市河川徑流的補(bǔ)給來(lái)源主要是大氣降水，降水的多少?zèng)Q定著水資源量的變化，而降水的時(shí)空分布及降水過(guò)程的差異又可導(dǎo)致徑流、產(chǎn)流、匯流及水資源量的變化。故年徑流深地域分布總趨勢(shì)同降水量基本一致，但由于河川徑流受流域下墊面條件的影響十分明顯，所以年徑流深地域分布的不均勻性比年降水量更大，具體分布：從東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。嶗山山區(qū)年徑流深達(dá)300mm以上，是年徑流深的高值區(qū)，而北膠萊河下游年徑流深在100mm以下，是年徑流深的低值區(qū)。由于河流上下游所處的地理位置、降水特性和下墊面條件都不相同，所以年徑流深沿河流也會(huì)發(fā)生變化。如大沽河流域上游為山丘區(qū)，下游為平原區(qū)，且上游年降水量大于下游，故年徑流深呈自上游向下游遞減的趨勢(shì)，上游尹府水庫(kù)年徑流深186.3mm；張家院水文站年徑流深156.5mm，張家院至產(chǎn)芝水庫(kù)區(qū)間為124.4mm，兩水庫(kù)以下至南村區(qū)間為109.0mm。

2.年際變化較大

青島地區(qū)降水量多年變化的特點(diǎn)是豐、枯水段交替出現(xiàn)，連豐期偏豐程度和連枯期偏枯程度都比較嚴(yán)重，豐、枯年降水量變化幅度大。20世紀(jì)50年代為豐水期，年代均值比1956～2010年多年平均值多11.5%；60年代為豐水期，年代均值比1956～2010年多年平均值多11%；70年代為豐水期，年代均值比1956～2010年多年平均值多7.2%；80年代為枯水期，年代均值比1956～2010年多年平均值少19.4%；90年代為枯水期，年代均值比1956～2010年多年平均值少4.2%；21世紀(jì)初期為平水期，年代均值略多于多年平均值。

分析1956～2010年青島市年平均降水量系列可知，在55年中，出現(xiàn)了17個(gè)豐水年，21個(gè)枯水年，最大年降水量為1964年1371.9mm，比均值偏大98%，最小年降水量為1981年384.4mm，比均值偏小49%。

3.年內(nèi)分配不均

青島地區(qū)屬華北溫帶季風(fēng)大陸性氣候，降水量季節(jié)性變化十分明顯。

春季（3～5月）降水量占全年降水量的14.3%；夏季（6～8月）占62.0%；秋季（9～11月）占19.1%；冬季（12～2月）只占4.6%。汛期（6～9月）四個(gè)月降水量占全年降水量的72.5%，其中7、8月份降水量占全年降水量的50.1%，8月份降水量最大，占全年的25.3%；枯水期（10～12月及1～5月）8個(gè)月降水量只占全年的27.5%。由此可見，青島地區(qū)降水量主要集中在汛期4個(gè)月，特別是7、8月份。有些年份，全年降水量主要集中在一兩次特大暴雨中，如嶗山區(qū)北九水站，1997年8月份發(fā)生的一次特大暴雨，最大3日降水量達(dá)573.1mm，占該年年降水量914.4mm的62.7%，占該年8月份降水量609.8mm的94.0%。

青島地區(qū)由于受季風(fēng)影響，除7、8月份降雨量較大，甚至出現(xiàn)洪澇災(zāi)害外，還經(jīng)常出現(xiàn)季節(jié)性干旱，特別是冬春季節(jié)降水量稀少，春季又時(shí)常伴隨著干熱風(fēng)，因此春旱嚴(yán)重。在干旱年份，季節(jié)性連續(xù)干旱，春夏連續(xù)干旱、春夏秋連續(xù)干旱發(fā)生的機(jī)會(huì)都比較多。1981年全市大旱，膠州市膠州站全年降水量?jī)H241.1mm，5～9月份5個(gè)月降水量只有150.4mm，僅占多年平均降水量的28.5%。李村站5～9月份5個(gè)月降水量只有147.8mm，僅占多年平均降水量的26.8%。

圖1　青島站年降水模比系數(shù)差積曲線圖

圖2　青島市年平均降水量模比系數(shù)差積曲線圖

三、地表水資源變化趨勢(shì)分析

由于青島市河川徑流主要是由降水產(chǎn)生，所以徑流量的年際變化特點(diǎn)與降水量的年際變化特點(diǎn)相似，不僅變化幅度大，而且豐枯交替出現(xiàn)，且往往發(fā)生連續(xù)豐水或連續(xù)枯水的情況。

1.豐枯水周期性變化規(guī)律分析

應(yīng)用青島站長(zhǎng)系列降水資料作為分析的依據(jù)，點(diǎn)繪青島站年降水量模比系數(shù)差積曲線圖（見圖1）。

從圖1可以看出，青島地區(qū)年降水量豐、枯變化過(guò)程有比較明顯的周期性。自1915～1945年，差積曲線為下降段，降水量偏枯，1915～1945年降水量均值為606.1mm，比長(zhǎng)系列均值（687.9mm）偏小11.9%。從1946～1976年差積曲線為上升段，降水量偏豐，1946～1976年降水量均值為796.0mm，比長(zhǎng)系列均值偏大15.7%。上述的下降段（枯水段）或上升段（豐水段）雖夾雜著一些較小的豐、枯水波動(dòng)段，但下降趨勢(shì)都十分明顯。從1977年開始，差積曲線又呈下降趨勢(shì)，又進(jìn)入一個(gè)枯水段，1977～2000年降水量均值為612.3mm，比長(zhǎng)系列均值偏小11.0%。從2001年開始，差積曲線呈上升趨勢(shì)，2001～2010年降水量均值為757.2mm，比長(zhǎng)系列均值大10.1%。

從青島市全市平均年降水量模比系數(shù)差積曲線圖（見圖2）也可以看出，1976年以前，差積曲線呈上升趨勢(shì)，1977年以后呈下降趨勢(shì)。

2.年代平均降水量變化分析

比較青島市不同年代年降水量的均值與55年系列的均值，可以看出，20世紀(jì)50年代降水量均值最大，60、70年代降水量均值逐漸減少，80年代降水量均值最小，90年代年降水量均值又有所回升，2000年之后，降水量均值繼續(xù)上升（見表1）。

3.平均年降水量～天然年徑流量關(guān)系分析

分析1956～1980年和1981～2010年平均年降水量～天然年徑流量關(guān)系曲線，從圖3可以看出，在同量級(jí)降水條件下，不同年代天然徑流量不同，整體趨勢(shì)是隨著時(shí)代變遷，1980年之后數(shù)據(jù)點(diǎn)向上偏離，這表明同量級(jí)降水對(duì)應(yīng)的天然徑流量逐漸下降。1956～1980年多年平均降雨量為754.1mm，對(duì)應(yīng)的多年平均天然徑流量為20.4782億m3，1981～2010年多年平均降雨量為639.5mm，對(duì)應(yīng)的多年平均天然徑流量為11.1977億m3，從以上數(shù)據(jù)可知，1956～1980年多年平均降雨量比1981～2010年僅多15.2%，多年平均天然徑流量卻多了82.9%，1980年徑流系數(shù)明顯減小。尤其是降雨量比較大的年份，1980年之后同量級(jí)降雨量產(chǎn)流減小明顯，比如1971年降雨量為914.8mm，對(duì)應(yīng)徑流為34.4968億m3，1990年降雨量為921.9mm，徑流量?jī)H為25.1695億m3，2007年降雨量為942.3mm，對(duì)應(yīng)徑流量?jī)H為23.5316億m3。

表1　青島市各年代年降水量均值比較表

圖3　青島市平均年降水量～天然年徑流量關(guān)系曲線圖

四、地表水資源量變化趨勢(shì)成因分析

分析其原因，主要是人類活動(dòng)改變了下墊面條件，導(dǎo)致入滲、徑流、蒸發(fā)等水平衡要素發(fā)生了一定的變化。人類開發(fā)用水活動(dòng)因素主要指水資源的開發(fā)利用、封山育林、修筑梯田等措施改變了下墊面的條件，這改變了流域的自然形態(tài)，增加了流域調(diào)蓄能力，導(dǎo)致流域產(chǎn)匯流條件的變化，使流域入滲損失量及陸面的蒸散發(fā)量加大，從而導(dǎo)致地表產(chǎn)流的減少。

一是對(duì)水土流失地區(qū)采取有效水土保持措施后，森林和植被覆蓋率增大，增加了植物截留土壤入滲和流域蒸散發(fā)，致使徑流系數(shù)減小，地表水資源量也相應(yīng)減少；二是20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著用水量的增加，地下水開采量增加，尤其是沿河兩岸大量開采地下水，當(dāng)?shù)叵滤坏陀诤用嫠粫r(shí)，必然發(fā)生河川徑流補(bǔ)給地下水資源量，從而導(dǎo)致地表水資源量減少，地下水資源量的增加。另外需要說(shuō)明的是，由于60、70年代的降水量較大，地表徑流量很大，在整個(gè)系列中起到很大作用，致使隨著系列的延長(zhǎng)、年數(shù)的增多，平均值的減小。以1964年為例，全市平均降雨量為1371.9mm，是歷年最大降雨量，對(duì)應(yīng)天然徑流量為75.64億m3，其對(duì)多年平均徑流量平均值貢獻(xiàn)值較大，從圖3可以看出，該年對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離降雨—徑流關(guān)系曲線較大，如該年不參加統(tǒng)計(jì)，排除極大值的影響1956～2010年多年平均徑流量為14.3008億m3，1956～2000年多年平均徑流量為14.6439億m3■

（作者單位：1.青島市水文局2660712.青島市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司266061）

（專欄編輯：張婷）