近10年沁河流域徑流變化原因分析

侯保儉，李 焯，李克飛

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003；2.黃河水利委員會(huì)水文局,河南 鄭州 450004)

沁河發(fā)源于山西省長(zhǎng)治市沁源縣太岳山南麓的二郎神溝，是黃河三門峽至花園口區(qū)間的第二大支流，流經(jīng)山西、河南兩省的16個(gè)縣市，于武陟縣南賈村匯入黃河。沁河干流河道全長(zhǎng)485 km，流域面積13 532 km2。流域多年平均氣溫5～11 ℃，多年平均降水量為613.1 mm。

流域總?cè)丝?50.6萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)人口172.0萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率49.1%，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值1 243億元，耕地面積453萬(wàn)畝，人口分布與氣候、地形、資源及城鎮(zhèn)的分布關(guān)系密切。隨著沁河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，流域水資源消耗增大，近年來(lái)沁河流域徑流量發(fā)生明顯變化。通過(guò)對(duì)王浩等[1-2]、張建云[3]、丁一匯[4]、潘燕輝等[5]、仕玉治[6]、莫淑紅[7]、王渺林等[8-9]、侯保儉等[10]的研究分析，對(duì)流域水資源變化的影響主要是由氣候變化和人類活動(dòng)兩個(gè)方面的影響。如何評(píng)判氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)流域河川徑流的影響程度，對(duì)深入了解沁河流域水文特性和生態(tài)環(huán)境演變過(guò)程、適應(yīng)機(jī)制以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等具有重大意義。

1 徑流量變化分析

沁河流域現(xiàn)有水文測(cè)站7處(見(jiàn)表1)，其中5處位于沁河干流，從上至下依次是孔家坡、飛嶺、潤(rùn)城、五龍口和武陟。支流丹河上設(shè)有山路平水文站，沁水河上設(shè)有油房水文站。沁河流域內(nèi)氣象站主要有沁水、陽(yáng)城及安澤等6處，雨量站共有49處，其中潤(rùn)城以上37處、張峰以上25處、飛嶺以上17處，每個(gè)雨量站的平均控制面積約200 km2。

表1 沁河流域各水文站基本情況Table 1 Basic condition of hydrological stations in Qinhe River basin

沁河流域地下水開(kāi)采、水利工程建設(shè)引起的水面蒸發(fā)附加損失等人類活動(dòng)對(duì)河川徑流量有一定的影響，采用成因分析方法對(duì)沁河流域各站徑流量系列進(jìn)行一致性處理(將下墊面條件處理到2000年水平)，見(jiàn)表2。

表2 沁河主要測(cè)站1956—2000年多年平均河川徑流量Table 2 Annual mean runoff of main stations in Qinhe River from1956 to 2000 億m3

沁河流域各站實(shí)測(cè)徑流量總體上呈現(xiàn)逐年代遞減的趨勢(shì)，與1956—2000年相比，飛嶺、潤(rùn)城、五龍口、山路平和武陟2001—2010年實(shí)測(cè)多年平均年徑流量均呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，減少百分比分別為43.6%、58.5%、46.9%、95.6%和38.4%，見(jiàn)表3。

表3 沁河主要控制斷面實(shí)測(cè)年徑流量均值對(duì)比情況Table 3 Comparison of the mean measured annual runoff ofmain control section of Qinhe River 億m3

2 降水量變化影響

2.1 降雨量變化影響

統(tǒng)計(jì)沁河飛嶺以上、飛嶺-潤(rùn)城、潤(rùn)城-五龍口、山路平以上、武陟以上年降雨量，并計(jì)算不同時(shí)段各分區(qū)均值，見(jiàn)表4。研究選定的基準(zhǔn)系列為1956—2000年，選定的參考系列為2001—2010年。繪制各分區(qū)降雨量年際變化和年代均值變化過(guò)程線，分析其年際和年代變化，見(jiàn)圖1～圖5。

表4 沁河不同時(shí)段分區(qū)降雨量對(duì)比情況Table 4 Rainfall comparison of Qinhe River partition in differentperiods mm

圖1 飛嶺以上年降雨量過(guò)程線Fig. 1 Feiling annual rainfall hydrograph from 1956 to 2000

圖2 飛嶺-潤(rùn)城區(qū)間年降雨量過(guò)程線Fig. 2 Annual rainfall hydrograph of Feiling-Runcheng interval

圖3 潤(rùn)城-五龍口區(qū)間年降雨量過(guò)程線Fig. 3 Annual rainfall hydrograph of Runcheng-Wulongkou interval

圖4 山路平以上年降雨量過(guò)程線Fig. 4 Shanluping annual rainfall hydrograph

圖5 武陟以上年降雨量過(guò)程線Fig. 5 Wuzhi annual rainfall hydrograph

由圖1～圖5分析可知，飛嶺以上和山路平以上降水量總體變化趨勢(shì)不明顯，飛嶺-潤(rùn)城區(qū)間和武陟以上年降雨量總體呈緩慢的減少趨勢(shì)，山路平以上年降雨量總體變化趨勢(shì)不明顯；5個(gè)區(qū)間的50年代、60年代略高于多年均值，70年代、80年代與多年均值接近，90年代之后略低于多年均值；飛嶺以上、飛嶺-潤(rùn)城、潤(rùn)城-五龍口、山路平以上和武陟以上5個(gè)區(qū)間2001—2010年均值較1956—2000年系列分別偏小1.57%、15.1%、4.98%、3.74%和3.83%，偏小幅度均小于同期徑流減少的幅度；說(shuō)明近10年來(lái)，沁河流域降雨徑流關(guān)系較長(zhǎng)系列發(fā)生了較大變化，相同降雨條件下的產(chǎn)流量偏小。

2.2 降雨徑流關(guān)系變化分析

選取飛嶺以上、五龍口以上、山路平以上和武陟以上4個(gè)區(qū)域，分別建立1956—2000年和2001—2010年的年降雨-天然徑流關(guān)系。飛嶺以上人類活動(dòng)很少，能夠直觀反映下墊面的自然變化對(duì)降雨產(chǎn)流的影響，五龍口以上代表沁河干流主要產(chǎn)水區(qū)，山路平以上代表丹河支流，武陟以上代表整個(gè)沁河流域。4個(gè)區(qū)域年降雨-天然徑流關(guān)系見(jiàn)圖6～圖9。

圖6 飛嶺以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準(zhǔn))Fig. 6 Relationship diagram of Feiling annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

圖7 五龍口以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準(zhǔn))Fig. 7 Relationship diagram of Wulongkou annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

圖8 山路平以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準(zhǔn))Fig. 8 Relationship diagram of Shanluping annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

圖9 武陟以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準(zhǔn))Fig. 9 Relationship diagram of Wuzhi annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

由圖6～圖9分析可知，飛嶺以上、五龍口以上和武陟以上1956—2000年降雨-天然徑流關(guān)系的趨勢(shì)線高于2001—2010年系列的趨勢(shì)線，說(shuō)明2001年后的降雨徑流關(guān)系較1956—2000年發(fā)生了較為明顯的變化，相同降雨的產(chǎn)流量減少。山路平以上1956—2000年和2001—2010年的降雨-天然徑流關(guān)系趨勢(shì)線基本重合，兩系列的點(diǎn)距也散亂的分布于同一區(qū)域內(nèi)，說(shuō)明2001年后山路平以上的降雨徑流關(guān)系未發(fā)生較大變化。同時(shí)建立飛嶺以上、五龍口以上和武陟以上1956—2000年降雨-天然徑流量的相關(guān)方程(圖中R為徑流量，P為降雨量)，并將2000—2010年逐年的降雨帶入相關(guān)方程，求得2000年前下墊面條件下的理論產(chǎn)流量，并與實(shí)際的天然徑流量比較(見(jiàn)表5)，可得出降雨變化和下墊面變化對(duì)天然徑流的影響程度。

表5 降雨變化和下墊面變化對(duì)天然徑流的影響程度Table 5 Influence degree of rainfall change and underlying surface change on natural runoff 億m3

2.3 降雨影響程度

1)2001—2010年系列與1956—2000年系列相比，沁河流域飛嶺以上、五龍口以上和武陟以上年和汛期的降雨-天然徑流關(guān)系均發(fā)生了變化，在相同降雨條件下天然徑流量有所減少；但山路平以上降雨-天然徑流關(guān)系未發(fā)生較大的變化。

2)飛嶺以上人類活動(dòng)較少，但2001—2010年系列的降雨徑流關(guān)系仍較1956—2000年系列發(fā)生了較大的變化。經(jīng)分析，2001年后年天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占88.9%，降雨變化因素占11.1%；汛期天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占76.8%，降雨變化因素占23.2%。汛期降雨變化的影響程度大于全年影響程度。

3)五龍口以上為沁河主要產(chǎn)流區(qū)，2001年后較1956—2000年系列年天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占69.1%，降雨變化因素占30.9%；汛期天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占73.6%，降雨變化因素占26.4%。汛期降雨變化的影響程度與全年接近。

4)以武陟以上代表整個(gè)沁河流域，2001年后較1956—2000年系列年天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占80.8%，降雨變化因素占19.2%；汛期天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占72.9%，降雨變化因素占27.1%。汛期降雨變化的影響程度大于全年影響程度。

5)沁河流域2001—2010年河川天然徑流量較1956—2000年均值減少了2.66億m3，將武陟年降雨徑流關(guān)系確定的影響因素分析結(jié)果拓展到整個(gè)流域，則降雨變化減少天然徑流量0.51億m3，占減少量的19.2%，下墊面因素減少天然徑流量2.15億m3，占減少量的80.8%。

3 人類活動(dòng)影響

3.1 地下水開(kāi)發(fā)利用及煤炭開(kāi)采影響

根據(jù)沁河流域水資源開(kāi)發(fā)利用成果，沁河2013年地下水開(kāi)采量達(dá)到了5.30億m3，消耗量3.02億m3。沁河流域近10年地表水與地下水之間的不重復(fù)量2.0億m3。因此，沁河流域地下水開(kāi)采，對(duì)河川徑流產(chǎn)生了一定的影響。

沁河流域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，煤炭業(yè)發(fā)展迅速，煤焦產(chǎn)量成倍增加，煤炭工業(yè)成為沁河流域經(jīng)濟(jì)的一大支柱性產(chǎn)業(yè)。尤其是晉城市礦產(chǎn)資源豐富，蘊(yùn)藏著煤、煤氣層、錳鐵礦、鋁鐵礦等數(shù)十種礦產(chǎn)資源，特別是煤、鐵的儲(chǔ)量可觀，有“煤鐵之鄉(xiāng)”之美稱，煤炭資源探明儲(chǔ)量273.48億t，鐵礦儲(chǔ)量1.45億t，無(wú)煙煤儲(chǔ)量約占全國(guó)1/4，占山西省的1/2，是我國(guó)能源重化工基地的重要組成部分，也是我國(guó)重要的無(wú)煙煤化工基地。煤炭開(kāi)采對(duì)河川徑流有一定的影響。

沁河流域地下水開(kāi)采以及煤炭開(kāi)采，對(duì)河川徑流影響最直接的表現(xiàn)形式是沁河流域泉水補(bǔ)給河川徑流量大幅度減少。延河泉位于陽(yáng)城縣延河村，是沁河干流一系列出露泉群中最大的一個(gè)，20世紀(jì)60—80年代泉水流量為3～4 m3/s，90年代后減少為2.6 m3/s左右。根據(jù)山西省清水泉流量調(diào)查成果，沁河境內(nèi)近些年泉水溢出量減少十分明顯。沁河流域泉域多年平均補(bǔ)給河道基流量3.42億m3。2001年以來(lái)，由于地下水開(kāi)采、煤炭開(kāi)采等影響，沁河流域泉水補(bǔ)給量只有2.11億m3，占沁河河川徑流量19.5%。

由于沁河流域泉水補(bǔ)給河川徑流量減少導(dǎo)致沁河河川徑流量減少了1.31億m3，占減少量2.66億m3的 49.2%。

3.2 水土流失治理影響

根據(jù)第2次全國(guó)土壤侵蝕遙感調(diào)查成果，沁河流域水土流失面積為10 095 km2，占流域總面積的74.6%。按侵蝕強(qiáng)度分，輕度侵蝕面積4 710km2，占流域水土流失面積的46.65%；中度侵蝕面積4 812 km2，占47.66%；強(qiáng)烈侵蝕面積574 km2，占5.68%。

近年來(lái)，沁河流域水土流失治理先后實(shí)施了農(nóng)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)水保項(xiàng)目、國(guó)債水保項(xiàng)目、淤地壩等一大批重點(diǎn)工程項(xiàng)目，特別是近幾年來(lái)國(guó)家對(duì)重點(diǎn)治理區(qū)投資力度加大。截止2013年，沁河流域累計(jì)初步治理水土流失44.55萬(wàn)hm2，初步治理度為44.13%。水土保持工程建設(shè)，在改善當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钌a(chǎn)條件、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、減少水土流失等方面，發(fā)揮了極為重要的作用。水土流失治理，通過(guò)攔截水量、植物蒸騰等途徑利用了一部分河川徑流，從而減少了河川徑流。

3.3 其它影響

20世紀(jì)90年代以前，沁河流域基本沒(méi)有人工集雨工程。此外，沁河現(xiàn)有集雨工程近10萬(wàn)處，其中山西省2萬(wàn)處，年利用水量117萬(wàn)m3；河南省8萬(wàn)處，年利用水量532萬(wàn)m3。沁河流域雨水資源利用總量達(dá)到了649萬(wàn)m3。

水土流失治理、水電開(kāi)發(fā)、雨水利用等因素的共同作用，導(dǎo)致沁河近10年河川徑流減少了0.84億m3，占減少量2.66億m3的31.6%。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，沁河流域近10年河川徑流量減少，降雨變化作用占19.2%，人類活動(dòng)影響占80.8%(其中，水資源開(kāi)發(fā)利用作用占49.2%，水土流失治理、水利工程建設(shè)、雨水利用、城鎮(zhèn)化建設(shè)、道路擴(kuò)建等因素作用占31.6%)。未來(lái)隨著人類活動(dòng)越來(lái)越頻繁，對(duì)沁河流域徑流量的影響勢(shì)必會(huì)逐漸增強(qiáng)，為了維持沁河流域的生態(tài)健康，應(yīng)合理安排水利調(diào)節(jié)工程，發(fā)展高效節(jié)水經(jīng)濟(jì)，以維持流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)和河道健康可持續(xù)發(fā)展。

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