淮河流域水資源量分布特征研究

楊燕華，李曉星，許海勇，王 鑫

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所, 天津 300456)

1 研究背景簡介

聯(lián)合國《2018年世界水資源開發(fā)》顯示，由于人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和消費(fèi)方式轉(zhuǎn)變等因素，全球?qū)λY源的需求正在以每年1%的速度增長，而這一速度在未來20年還將大幅加快。盡管目前農(nóng)業(yè)仍是最大的用水行業(yè)，但未來工業(yè)用水和生活用水需求量將遠(yuǎn)大于農(nóng)業(yè)需水量[1]。水資源缺乏將成為制約全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的普遍性問題。對水資源需求的增長最主要來自于發(fā)展中國家和新興經(jīng)濟(jì)體[2-3]?；春恿饔蚓游覈鹘恿饔蛉丝诿芏戎?，是耕地率最高的區(qū)域之一，人均水資源占有量約450 m3，不足全國平均水平1/4，是中國人均水資源占有量最低的地區(qū)之一[4]?；春恿饔蛞悦禾俊㈦娏橹鞯闹毓I(yè)產(chǎn)業(yè)布局[5]和以旱作為主導(dǎo)的糧食生產(chǎn)[6]，對水資源具有強(qiáng)烈的依賴性[7]。水資源量受區(qū)域降水氣候[8-11]、水利基礎(chǔ)設(shè)施[12]、人類活動[13-14]的綜合影響。

淮河流域地處中國東部，地理坐標(biāo)為E111°55′-E121°20′，N30°55′-N36°20′，居長江和黃河流域之間，位于中國南北氣候過渡帶，以北屬暖溫帶區(qū)，以南屬北亞熱帶區(qū)[16]，極端溫差顯著，流域內(nèi)降水分布不均[15-18]。本文將基于淮河流域水資源公報[19]公布的降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量，分析淮河流域水資源時空分布特點(diǎn)，對流域水資源特性的了解將有助于流域可持續(xù)開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

2 淮河流域水資源空間分布特征

淮河流域為全國水資源一級區(qū)，包括湖北、河南、安徽、江蘇、山東5省40市，流域面積約27×104m2。水資源包括地表水資源和地下水資源兩類。其中，地表水資源量指河流、湖泊等地表水體中由當(dāng)?shù)亟邓纬傻摹⒖梢灾鹉旮碌膭討B(tài)水量，即天然河川徑流量。地下水資源量是指由降水和地表水體入滲補(bǔ)給地下含水層的動態(tài)水量，需扣除山丘區(qū)和平原區(qū)之間的重復(fù)計算量。

淮河流域5省降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量2008-2018年間隨時間的變化情況見圖1-圖5。由圖1-圖5可見，2008-2018年間，流域內(nèi)各省水資源分布隨時間變化規(guī)律不同，其中湖北省地表水資源和地下水資源不重復(fù)量為零，地表水資源量與地下水資源量一致。河南省水資源量變化幅度較大，2011-2017年水資源整體上比2010年前偏少。安徽省水資源量整體上呈現(xiàn)上升趨勢，增長變化速率約為1.2%。江蘇省水資源量變化規(guī)律周期性極強(qiáng)，水資源豐枯年基本呈現(xiàn)3年一個規(guī)律的變化周期，如2009-2011年地表水資源和水資源總量上升，2011-2013年兩者又向下變化至與2009年數(shù)值接近的程度。山東省地表水資源量和水資源總量整體上呈現(xiàn)下降態(tài)勢。

圖1 湖北省水資源變化圖

圖2 河南省水資源變化圖

圖3 安徽省水資源變化圖

圖4 江蘇省水資源變化圖

圖5 山東省水資源變化圖

2018年淮河流域5省的降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量見圖6。由圖6可見，流域內(nèi)安徽省降水量最大，占全流域降水量的31%；湖北省降水量最小，占流域降水量3.05%。水資源的省際分布不平衡，從水資源量沿空間分布情況來看，淮河流域內(nèi)地表水資源量最大地區(qū)為安徽省，河南省、江蘇省、山東省次之，湖北省最少。地下水資源量最大地區(qū)為河南省，安徽省、江蘇省、山東省次之，河北省最少。水資源總量安徽省最多，江蘇省、河南省、山東省次之，湖北省最少。安徽省地表水資源量和水資源總量均最多，分別占全流域的42%和38%。湖北省地表水資源量和水資源總量均最少，分別占全流域的0.46%和0.34%。

圖6 淮河流域2018年水資源空間分布圖

3 淮河流域水資源年際變化特征

圖7為1997-2018年間淮河流域年均降水量。由圖7可見，淮河流域多年平均降水量為2 372×108m3左右，最大為2003年的3 470×108m3，最小為2001年的1 703×108m3。降水量年際變化很大，年最大降水量是年最小降水量的3～5倍。降水的豐枯變化頻繁，豐水年與枯水年常連續(xù)發(fā)生。如2011-2013年為連續(xù)3個枯水年，平均年降水量2 045×108m3，為多年平均的86%；而2003-2005年則是連續(xù)豐水年，平均降雨量為2 849×108m3，是多年平均的139%。

圖7 1997-2018年間淮河流域年均降水量

1997-2018年間淮河流域年均地表水資源量、地下水資源量和水資源總量隨時間變化，分別見圖8、圖9和圖10。由圖8-圖10可見，1997-2018年間，淮河流域年均地表水資源量平均值為624×108m3，年均地下水資源量平均值為357×108m3，年均水資源總量平均值為862×108m3。年均地表水資源量、年均地下水資源量、年均水資源總量的整體變化趨勢與降水量曲線趨勢一致。在年際間呈周期性變化，豐枯交替。最大值均出現(xiàn)在2003年，為1 692×108m3，最小值均出現(xiàn)在2001年，為488×108m3，最大值為最小值的3.5倍。

圖8 1997-2018年間淮河流域年均地表水資源量

圖9 1997-2018年間淮河流域年均地下水資源量

圖10 1997-2018年間淮河流域年均水資源總量

4 年內(nèi)水資源變化特征

淮河流域主要河流包括淮河干流、潁河、渦河、澮河、新沱河等河流。通過上述河流主要水文控制站實測數(shù)據(jù)，分析淮河流域地表水資源年內(nèi)各月份分布特征。

王家壩閘位于淮河干流中上游分界處，根據(jù)王家壩1952-2010年系列資料繪制多年月平均地表水資源量(圖11)。由圖11可見，王家壩站多年平均徑流總量為90.9×108m3，多年平均流量288.3 m3/s。王家壩站徑流多集中在汛期6-9月份，多年平均汛期的地表水資源量占多年平均值的63.2%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的25.1%；多年月平均地表水資源量1月份最小，占全年的2.3%。

圖11 淮河干流王家壩站多年月平均徑流量

潁河主要控制水文站界首站的多年月平均地表水資源量分配見圖12。根據(jù)界首站1952-2010年地表水資源量資料，多年平均地表水資源量總量為36.8×108m3。地表水資源量多集中在7-10月份，占多年平均量的64.8%；多年月平均地表水資源量8月份最大，占全年的22.3%；2月份最小，為1.0×108m3，占全年的2.7%。7-10月份徑流量的年際變化更大，最大值出現(xiàn)在1984年為74.3×108m3，最小值出現(xiàn)在1992年為1.4×108m3，最大值高達(dá)最小值的52倍。

圖12 潁河界首站多年月平均地表水資源量分配圖

渦河蒙城閘站1956-2010年多年平均地表水資源總量為12.89×108m3，多年平均流量40.87 m3/s。地表水資源量的年際變化大，最大年地表水資源量為1963年的58.59×108m3，最大月地表水資源量為1963年8月份的27.45×108m3；最小年地表水資源量出現(xiàn)在1994和2002年，約為0×108m3，地表水資源量年際變化非常大。蒙城閘站地表水資源多集中在7-10月份，占多年平均的73.9%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的27.7%；2月份最小，占全年的1.5%。7-10月份年際變化更大，最大年7-10月份地表水資源量42.61×108m3(1963年)，為最小年7-10月份徑流量0×108m3(1994和2002年)的很多倍。蒙城閘站多年平均月地表水資源量分配見圖13。

圖13 渦河蒙城閘站多年月平均地表水資源量分配圖

澮河的主要控制站為固鎮(zhèn)閘站。固鎮(zhèn)閘站1956-2010年多年平均地表水資源總量為8.65×108m3，多年平均流量27.44 m3/s。固鎮(zhèn)閘站地表水資源多集中在汛期6-9月份，多年平均汛期的地表水資源量占多年平均的70.9%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的30.7%；2月份最小，占全年的2.1%。汛期徑流量的年際變化更大，最大年汛期地表水資源量(1963年)為最小值(2001年)的207倍。固鎮(zhèn)閘站多年平均月地表水資源量分配見圖14。

圖14 澮河固鎮(zhèn)閘站多年月地表水資源量分配圖

徐樓閘站是新沱河的主要控制站。根據(jù)1956-2010年徑流系列資料，繪制多年平均地表水資源的年內(nèi)分配圖(圖15)。由圖15可見，徐樓閘站年平均地表水資源總量為1.11×108m3，多年平均流量3.51 m3/s。地表水資源多集中在7-10月份，占多年平均年徑流量的79.8%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的29.0%；2月份最小，占全年的1.1%。7-10月份地表水資源量的年際變化更大，最大年7-10月份徑流量5.67×108m3(1963年)為最小年0×108m3(1969、1982、1993、1994和2002年)的很多倍。

圖15 新沱河徐樓閘站多年月平均地表水資源量分配圖

5 結(jié) 論

淮河流域地區(qū)具有人均水資源量少、來水變化大、攔蓄條件差等顯著特征，水資源自然條件和承載能力與人口、耕地分布極不相適應(yīng)，干旱缺水問題突出。本文分析了淮河流域水資源時空分布特征，主要結(jié)論如下：

1) 淮河流域水資源量的總體特點(diǎn)是空間分布不平衡、時間分布不均勻。

2) 從空間分布上，淮河流域涉及湖北、河南、安徽、江蘇、山東5省，流域降水和水資源量在5省分布不平衡，其中安徽省降水量和水資源總量在全流域占比最多，為水資源最充沛的省份。

3) 從年際變化情況來看，淮河流域水資源以地表水資源量為主，地下水資源量為輔。年際間水資源總量豐枯交替，且與降水量變化密切相關(guān)，兩者變化趨勢呈現(xiàn)正向相關(guān)性。

4) 基于淮河流域主要河流控制水文站多年年內(nèi)地表水資源量分布情況可見，流域水資源量年內(nèi)各月份分布情況極不均勻。地表水資源量最多的月份均出現(xiàn)在汛期，且汛期各月份總量6-10月份占據(jù)全年總量的70%以上。枯季地表水資源量占比極低，1或2月份水資源量最低，僅占全年總量的2%左右。