淮河上游洪河水系降水及地表徑流演變情勢分析

（河南省駐馬店水文水資源勘測局 駐馬店 463000）

1 基本情況

洪河水系為淮河流域上游一支較大的獨(dú)立水系，流域面積12380km2，小洪河與汝河在班臺(tái)匯合后，以下稱大洪河，大洪河向東南走向，沿豫皖兩省邊界注入淮河干流。該水系上游為山丘區(qū)，河道比降較大；下游為平原區(qū)，地勢平緩；中間過渡地帶較短。

洪河水系屬半濕潤到半干旱過渡地帶，由于受多種天氣系統(tǒng)及地形的綜合影響，降雨多集中于6～9月份，且強(qiáng)度大、范圍廣、易發(fā)生洪澇災(zāi)害。降水、徑流時(shí)空分布不均，年際、月際變化較大，旱澇交錯(cuò)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2 降水情勢分析

根據(jù)洪河水系多個(gè)雨量站1956～2016年降水量資料進(jìn)行不同系列年份的計(jì)算分析：1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年降水量均值分別為916mm、891.9mm、880.9m；與多年平均相比1956～1976年偏多2.2%，其他兩個(gè)系列比多年平均偏?。欢嗄昶骄?956～2016年）降水量為896.6mm。

從時(shí)呈分布看降水量隨著系列年份變近有逐漸減少趨勢：1977～1996年較1956～1976年減少2.6%，1997～2016年較1977～1996年減少1.2%，較1956～1976年減少3.8%；從地域分布看，上游山區(qū)降水量大于下游平原區(qū)，且降水強(qiáng)度也較大，暴雨出現(xiàn)幾率上游大于下游（見表1）。

從歷年降水量可以看出：洪河水系降水量年際變化較大，最大年降水量1413.3mm，最小年降水量472.9mm，最大年降水量是最小年降水量的3倍；年降水量大于1200mm的有8年，降水量在900～1200mm的年份有21年，降水量在600～900mm的年份有28年，降水量小于600mm的年份有4年。

采用降水量距平百分率P 對(duì)全系列降水情況進(jìn)行豐、平、枯評(píng)價(jià)，對(duì)洪河水系雨量站1956～2016年降水情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)（見表2）。

表1 洪河水系不同系列年均降水量成果表

表3 洪河水系多年平均徑流量系列計(jì)算表

圖1 洪河水系1956～2016年歷年降水量平差曲線圖

由表2可看出：1956～1976年的21年間，豐水年份有6年，枯水年份有7年，平水年份有8年，豐水年、平水年和枯水年數(shù)基本持平，特豐年份偏多；1977～1996年的20年間，豐水年份有9年，枯水年份有9年，平水年份有2年，豐枯年份持平，但平水年較少，特枯年份較多；1997～2016年的20年間，豐水年份有5年，枯水年份有10年，平水年份有5年，豐枯年份相差較多，枯水年明顯多于豐水年。

從以上三個(gè)系列年份的豐平枯年份可以看出，近年來枯水年份有逐漸增多趨勢，平水年份明顯減少趨勢，特豐年份和特枯年份也有較明顯變化（見圖1）。

3 徑流情勢分析

根據(jù)洪河水系代表水文站歷年實(shí)測徑流資料進(jìn)行還原計(jì)算和分析：1956～1976年均天然徑流量為31.7747億m3，比多年平均（1956～2016年）偏多8.1%；1977～1996年年均天然徑流量為27.4826億m3，比多年平均（1956～2016年）偏少6.5%；1997～2016年年均天然徑流量為28.8176億m3，比多年平均（1956～2016年）偏少2%；多年平均天然徑流量29.3979億m3，最大年徑流量84.8431億m3，最小年徑流量3.0492億m3，最大年徑流量是最小年份的27 倍，豐枯懸殊非常大。

從先后不同系列分析：洪河水系1956～1976年均天然徑流量最大；1977～1996年年均天然徑流量比1956～1976年偏少13.5%；1997～2016年均天然徑流量比1956～1976年偏少9.3%，比1977～1996年偏多4.9%；可以看出天然徑流量有減少趨勢（見表3及圖2）。

圖2 洪河水系1956～2016年歷年地表徑流量差積曲線圖

利用天然徑流量差積曲線來分析徑流量的豐、枯變化情況和變化趨勢。差積曲線上升表示偏豐水年份，差積曲線下降表示偏枯水年份，曲線坡度反映徑流量的豐枯強(qiáng)度。

由圖2可以看出洪河水系徑流情勢總體趨勢如下：1957～1959年、1992～1997年、2009～2016年屬于偏枯年份且干枯強(qiáng)度較大；1963～1969年、1982～1991年、2000～2008系列大多屬于偏豐年份；其他系列中豐、枯年份交替出現(xiàn)。

4 影響地表徑流因素分析

影響地表徑流的因素大致包括降水影響、人類活動(dòng)因素影響、下墊面因素的影響及植被影響。降水量的變化是徑流演變最直接原因，降水量的變化與地表徑流演變是不完全同步的，一般而言，徑流量的減少要比降水量的減少大一些。人類活動(dòng)因素主要包括水利工程修建、河道的引水調(diào)水及開發(fā)利用等。下墊面影響因素主要包括工、農(nóng)業(yè)用水輸水過程中由于管線滲漏和土壤下滲使得包氣帶土壤含水量增加，形成有利于產(chǎn)流的條件；隨著城市化進(jìn)程的加快大大增加不透水面積，減少雨水下滲，加快雨水沿地表的匯集，使洪峰增大，峰形變陡，地面徑流增加；此外城市堤防修筑得越來越高，會(huì)使沿河歸槽洪水增加，河道水位不斷抬高。植被因素對(duì)地表徑流的影響表現(xiàn)為對(duì)徑流的涵養(yǎng)功能，當(dāng)下墊面植被率較高時(shí)，加大了截流和蒸騰損失，以致增加了凈蒸散發(fā)量，從而使河流徑流量減少。

5 降雨徑流關(guān)系特征分析

5.1 降雨徑流相關(guān)分析

地表徑流受降水、人類活動(dòng)及下墊面等因素綜合影響，建立洪河水系不同系列年份的降雨徑流相關(guān)關(guān)系，可以看出徑流與降雨的關(guān)系及演變趨勢及特征。

圖3 洪河水系降水—地表徑流相關(guān)關(guān)系圖

由洪河水系不同年份降雨徑流關(guān)系可見：1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年三個(gè)系列降雨徑流相關(guān)系趨勢基本一致，隨著降雨量的增加地表徑流量也隨之增加，且降水級(jí)別越大增加幅度越大，當(dāng)降雨量大于800mm時(shí)，徑流量的增加幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量800mm以下；在降水量小于1000mm時(shí)，同等級(jí)別的降水量1997～2016年點(diǎn)據(jù)明顯偏右，1956～1976年和1977～1996年偏左且較接近，表明同等級(jí)別的降水量1997～2016年徑流量偏大；在降雨量大于1000mm時(shí)，同等級(jí)別的降雨量1956～1976年點(diǎn)據(jù)明顯偏右，1977～1996年和1997～2016年點(diǎn)據(jù)偏左且較接近，表明同等級(jí)別的降水量1956～1976年徑流量偏大；從整體看隨著年份系列變近，在降水量級(jí)別較大時(shí)徑流量有衰減趨勢，在降水量級(jí)別較小時(shí)衰減不太明顯（見圖3）。

5.2 徑流系數(shù)分析

徑流系數(shù)反映降雨形成徑流的比例，徑流系數(shù)集中反映了下墊面的水文地質(zhì)情況和降水特性對(duì)地表徑流的影響，其中影響較大的因子包括下墊面的土壤和植被類型、下墊面前期土壤含水量、降水的量級(jí)和強(qiáng)度等。一般而言，降水越大或降水強(qiáng)度越大，徑流系數(shù)也相應(yīng)較大；下墊面土壤含水量越大，徑流系數(shù)也相應(yīng)越大，且這種關(guān)系是非線性的。所以用徑流系數(shù)研究徑流演變情勢，必須區(qū)分降水影響和下墊面的影響，如果徑流系數(shù)的減小幅度遠(yuǎn)大于降水減少的幅度，那么其中有一部分可能是由下墊面變化所致。

圖4 洪河水系降水—徑流系數(shù)相關(guān)關(guān)系圖

從1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年三個(gè)系列的降水徑流系數(shù)關(guān)系曲線看，徑流系數(shù)均隨著降水量增加而逐漸變大，且降水量級(jí)越大，徑流系數(shù)增大的幅度也越大。三個(gè)系列年份的降水徑流系數(shù)相關(guān)關(guān)系線在降水量1000mm左右時(shí)交叉；當(dāng)降水量小于1000mm，在降水量級(jí)較小時(shí)，地表徑流受下墊面因素影響顯著，同等級(jí)別的降水量1997～2016年系列的徑流系數(shù)較大，和該區(qū)域降水—徑流關(guān)系趨勢一致，主要原因是洪河水系近些年不透水面積大大增加導(dǎo)致地表徑流量增大；當(dāng)降水量大1000mm時(shí)，下墊面對(duì)地表徑流的影響有所削弱，主要受降水強(qiáng)度及前期土壤含水量的影響，同等級(jí)別的降水量1956～1976年系列的徑流系數(shù)較大，主要原因是此年份系列的偏高量級(jí)降水年份較多，導(dǎo)致地表徑流量及徑流系數(shù)較大（見圖4）。

6 結(jié)論

綜上分析，洪河水系降水及地表徑流演變情勢有以下特點(diǎn)：

（1）1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年三個(gè)系列的降水量均值呈逐漸減少趨勢。從豐、平、枯年份分布可以看出，近年來枯水年份有所增多、豐水年份明顯減少，尤其是特枯年份增多較為明顯。

（2）與降水量變化趨勢基本一致，地表徑流量1977～1996年、1997～2016年兩個(gè)系列較1956～1976年也有明顯減少，且減少的幅度大于降水量。由于徑流量受多種因素影響，豐枯年份交替復(fù)雜且懸殊較大。

（3）由于受降水量、水利工程建設(shè)及下墊面改變等因素影響，徑流系數(shù)總體呈衰減趨勢，1956～1976年年徑流系數(shù)大于1977～1996年和1997～2016年兩個(gè)系列。近些年來由于城鄉(xiāng)建設(shè)迅速發(fā)展，不透水面積增加導(dǎo)致下墊面改變，同等降水量級(jí)時(shí)1997～2016年年徑流系數(shù)較1977～1996年略微偏大■