山西省水資源不重復(fù)量的空間分布特征及影響因素

康彩琴

（山西省水文水資源勘測(cè)總站山西太原030000）

0 引言

水資源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也會(huì)受到水資源豐盈與否的制約[1]，習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)城市的發(fā)展要“依水而定、量水而行”，必須加強(qiáng)水資源節(jié)約管理，實(shí)行能源和水資源消耗總量和強(qiáng)度的雙控行動(dòng)。因此，水資源量的合理、可靠評(píng)價(jià)對(duì)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起著基礎(chǔ)性的決定作用。

水資源總量是指當(dāng)?shù)亟邓纬傻牡乇砗偷叵庐a(chǎn)水量，即地表徑流量與降水入滲補(bǔ)給量之和，可由地表徑流加上地下水與地表水資源的不重復(fù)量求得，其中地表徑流可由水文站實(shí)測(cè)資料及供用水資料還原所得，是切實(shí)計(jì)算統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，而不重復(fù)量為地下水資源量隱含的一部分，是推求所得，所以不重復(fù)量的可靠性分析對(duì)水資源總量的評(píng)價(jià)有著不可忽略的重要性。

為了清楚地了解山西省水資源量的多寡以及合理性，本文對(duì)山西省1956—2016年多年平均地下水與地表水資源不重復(fù)量的分布特征及影響因素進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)研究區(qū)域內(nèi)水資源總量的合理性和科學(xué)性提出指導(dǎo)意義，亦可為水資源評(píng)價(jià)成果的有效性提供參考依據(jù)。

1 山西省概況

山西省總面積15.62 萬km2，下轄11 個(gè)地市，10 個(gè)水資源三級(jí)分區(qū)，地跨黃河、海河兩大水系，河流屬于自產(chǎn)外流型水系，地處中緯度地帶的內(nèi)陸，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降水量507.0 mm，多集中在7-9月，空間分布由東南向西北遞減[2]。按地形起伏特點(diǎn)，可分為東部山地區(qū)、西部高原區(qū)和中部盆地區(qū)三大部分。各種地貌類型占全省面積比重，山地約占72.0%，高原占11.5%，各類盆地為16.5%。

東部山地區(qū)以晉冀、晉豫交界的太行山為主干，由太行山、恒山、五臺(tái)山、系舟山、太岳山、中條山等組成。西部高原山地區(qū)是以呂梁山脈為骨干的山地性高原，由蘆芽山、云中山、呂梁山等山系和晉西黃土高原組成。中部盆地區(qū)自東北、西南向縱貫全省，由一系列雁行式平行排列的地塹型盆地組成，各盆地廣泛分布著黃土和沖洪積物，地形平坦、土地肥沃、工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)、城市眾多、人口集中，是本省經(jīng)濟(jì)繁榮地區(qū)。

山西省地層中廣泛分布的裸露和隱伏碳酸鹽巖類地層，形成一系列自成體系的巖溶水補(bǔ)給和儲(chǔ)水構(gòu)造，使地表水和地下水呈現(xiàn)復(fù)雜的轉(zhuǎn)化關(guān)系并形成眾多的巖溶大泉，泉水徑流量約占全省多年平均地表水總量的四分之一以上[3]。受巖溶水補(bǔ)給的河流，基流量大且穩(wěn)定，是山西省水資源的一大特點(diǎn)。

2 不重復(fù)量的計(jì)算方法

北方地區(qū)水資源總量指當(dāng)?shù)亟邓纬傻牡乇砗偷叵庐a(chǎn)水量，即地表徑流量與降水入滲補(bǔ)給量之和，可由地表徑流加上地下水與地表水資源的不重復(fù)量求得[4]。不重復(fù)量指降水入滲補(bǔ)給量中扣除由該部分產(chǎn)生的河川基流量和河道排泄量的部分，對(duì)于山西省而言，該部分由平原區(qū)降水入滲補(bǔ)給量扣除由其形成的河道排泄量的部分、山丘區(qū)側(cè)向流出量、山丘區(qū)開采凈消耗量三部分組成。

平原區(qū)降水入滲補(bǔ)給量1956—2000年系列值的計(jì)算，首先是根據(jù)2001—2016年逐年的降水量P、降水入滲補(bǔ)給量Pr，建立P～Pr關(guān)系曲線，再根據(jù)1956—2000年逐年降水量P，從P～Pr曲線查算相應(yīng)年份的降水入滲補(bǔ)給量Pr。降水入滲補(bǔ)給量形成的河道排泄量的計(jì)算方法與之相同，即建立2001—2016年P(guān)r～QPr河排關(guān)系曲線，根據(jù)推求的逐年降水入滲補(bǔ)給量Pr在曲線上查算相應(yīng)年份的河道排泄量QPr河排。分別根據(jù)逐年值，求取平原區(qū)降水入滲補(bǔ)給量和河道排泄量1956—2016年多年均值，兩者之差即為平原區(qū)的不重復(fù)量。

山丘區(qū)側(cè)向流出量和開采凈消耗量總量1956—2000年系列值的計(jì)算，可按照山丘區(qū)逐年降水入滲補(bǔ)給量扣除河川基流量所得。1）河川基流量的計(jì)算：首先建立2001—2016年逐年的天然河川徑流量R、河川基流量Rg 之間的R～Rg 關(guān)系曲線，再根據(jù)1956—2000年逐年天然河川徑流量R，從R～Rg曲線查算相應(yīng)年份的河川基流量Rg。2）降水入滲補(bǔ)給量的計(jì)算：山西省山丘區(qū)河川基流量占地下水資源量（即降水入滲補(bǔ)給量）約60%，通過分析發(fā)現(xiàn)山丘區(qū)Rg和Pr兩者之間相關(guān)性較好，因此，利用建立的2001—2016年Rg～Pr關(guān)系曲線，根據(jù)推求的逐年河川基流量Rg 在曲線上查算求得1956—2000年逐年降水入滲補(bǔ)給量Pr。3）分別根據(jù)逐年值，求取山丘區(qū)降水入滲補(bǔ)給量和河川基流量1956—2016年多年均值，兩者之差即為山丘區(qū)的不重復(fù)量。

3 不重復(fù)量的空間分布特征

山西省1956—2016年多年平均地下水資源量和地表水資源量的不重復(fù)量為40.9 億m3，其中黃河區(qū)26.8 億m3，占66%，海河區(qū)14.1 億m3，占34%。

水資源分區(qū)：不重復(fù)量汾河最大，為13.7 億m3，占比為33.5%，其次為河口鎮(zhèn)至龍門左岸，為5.7 億m3，占比為13.9%；不重復(fù)量大清河山區(qū)最小，為0.17 億m3，占比僅0.4%，其次是三門峽至小浪底區(qū)間，為0.2 億m3，占比僅0.5%。

行政分區(qū)：不重復(fù)量忻州市最大，為7.4 億m3，占比18.2%，其次為運(yùn)城市，6.6 億m3，占比16.1%。最小的為晉城市，為2.5 億m3，占比6.2%，而陽泉市較特殊，不重復(fù)量為負(fù)值，為-0.35 億m3。

4 影響不重復(fù)量特征的因素

影響不重復(fù)量分布特征的因素主要有行政區(qū)劃大小、降雨量、特殊水文地質(zhì)條件（如巖溶大泉）、地下水開發(fā)利用程度等。

地下水資源量和地表水資源量的不重復(fù)量包括平原區(qū)降水入滲補(bǔ)給量扣除其形成的河道排泄量、山丘區(qū)側(cè)向流出量、山丘區(qū)開采凈消耗量，因此不重復(fù)量反映出的特征與地下水資源量計(jì)算方法有直接關(guān)系。山西省平原區(qū)資源量采用補(bǔ)給法計(jì)算，不重復(fù)量的影響因素與影響降水入滲補(bǔ)給量的因素一致，有區(qū)域面積、降水量等，山丘區(qū)資源量采用排泄法計(jì)算，不重復(fù)量的大小與影響開采凈消耗量和側(cè)向流出量的因素相同，即與開發(fā)利用程度、側(cè)向流出量的條件等相關(guān)。

4.1 與區(qū)劃面積相關(guān)

黃河區(qū)面積[5]占比為62%，海河區(qū)面積占比為38%，與不重復(fù)量占比（黃河區(qū)66%，海河區(qū)34%）基本一致；行政分區(qū)不重復(fù)量的分布情況亦與面積占比基本保持一致。水資源分區(qū)和行政分區(qū)中面積最大的區(qū)域分別為汾河、忻州市，不重復(fù)量分布情況亦是如此。

水資源分區(qū)、行政分區(qū)的不重復(fù)量和面積的相關(guān)情況見表1。

表1 行政分區(qū)和水資源分區(qū)面積與不重復(fù)量相關(guān)性表

4.2 與平原區(qū)分布情況相關(guān)

一般情況，在降雨量相同的條件下，平原區(qū)的降補(bǔ)系數(shù)較山丘區(qū)的大，而不重復(fù)量各項(xiàng)均是由降雨量產(chǎn)生的，因此區(qū)域范圍內(nèi)分布有盆地平原區(qū)時(shí)，降水入滲補(bǔ)給量就相對(duì)較大，也會(huì)影響不重復(fù)量的分布情況。

以運(yùn)城市為例，其面積、降雨量和長(zhǎng)治市基本相同，但不重復(fù)量遠(yuǎn)大于后者（表2），究其原因?yàn)檫\(yùn)城市內(nèi)平原區(qū)面積占比為59%，大于后者的10%所致。

表2 行政分區(qū)平原區(qū)分布情況與不重復(fù)量相關(guān)性表

以永定河冊(cè)田水庫以上和漳衛(wèi)河山區(qū)為例，其面積相當(dāng)，而漳衛(wèi)河山區(qū)雨量明顯較大，不重復(fù)量卻是永定河冊(cè)田水庫以上偏大（表3），究其原因?yàn)橛蓝ê觾?cè)田水庫以上平原區(qū)面積分布（36%）遠(yuǎn)大于漳衛(wèi)河山區(qū)（8%）所致。

表3 水資源分區(qū)平原區(qū)分布情況與不重復(fù)量相關(guān)性表

圖1 各地市多年降雨量情況

4.3 與區(qū)域特殊水文地質(zhì)條件相關(guān)

最為典型的表現(xiàn)區(qū)域?qū)訇柸?，該市的不重?fù)量為負(fù)值。首先娘子關(guān)泉水出露于陽泉市平定縣，但泉域內(nèi)有40%左右的碳酸鹽巖裸露區(qū)即水資源量的補(bǔ)給區(qū)位于晉中市等地，在計(jì)算資源量時(shí)我省按照補(bǔ)給區(qū)的分布進(jìn)行了資源分配，陽泉市剩下約60%巖溶泉水流量，而河川基流量并未分配，全部歸屬于陽泉市，造成資源量與基流量在陽泉市內(nèi)并不是對(duì)等關(guān)系；其次陽泉市整個(gè)行政區(qū)劃范圍基本包含于泉域內(nèi)，娘子關(guān)泉又屬于大型巖溶泉，平均流量約7 m3/s，泉域巖溶水資源量的分配對(duì)陽泉市的影響最大；再次陽泉市開采凈消耗量占比較小，無側(cè)向流出量。綜合呈現(xiàn)陽泉市不重復(fù)量為負(fù)值的情況。

以臨汾市和呂梁市為例，其面積基本相同，且臨汾市平原區(qū)面積占比和降雨量均較呂梁市大，但不重復(fù)量卻是呂梁市大。也是因?yàn)槿Y源量進(jìn)行了跨地市分配（郭莊泉水資源量從臨汾市分配到呂梁市），而基流量未進(jìn)行分配，全部統(tǒng)計(jì)在臨汾市，導(dǎo)致臨汾市不重復(fù)量偏少所致。

4.4 與地下水開發(fā)利用程度相關(guān)

太原市的不重復(fù)量模數(shù)（單位區(qū)域面積上的不重復(fù)量）最大（表2），為5.6 m3/a·km2，分析原因是由于太原市地下水開發(fā)利用程度較高，尤其是巖溶泉水的開發(fā)利用量[6]更是占了全省巖溶水量的30.8%，山丘區(qū)巖溶水和裂隙水合計(jì)開采量占全省的19.8%（表4）。

表4 山丘區(qū)開采凈耗和側(cè)排分布情況表

5 結(jié)論

地下水和地表水資源的不重復(fù)量可以反映水資源總量中除地表徑流量以外資源量的特征[7,8]，與地下水資源量表現(xiàn)的特征雖有差異，但也有相似性[8]。

本文的分析結(jié)果表明，影響不重復(fù)量的因素中區(qū)劃面積占首位，其次是區(qū)內(nèi)平原區(qū)面積的占比情況，最后是區(qū)內(nèi)地下水的開發(fā)利用程度，這三種因素按照先后順序所占優(yōu)勢(shì)越大，不重復(fù)量就越多。

值得注意的是，山西省分布著眾多自成體系的巖溶大泉，受其補(bǔ)給的河川基流量大且穩(wěn)定。而各大巖溶泉范圍均存在跨地市、跨流域分布的情況，泉水資源量補(bǔ)給區(qū)有可能和排泄區(qū)不是一個(gè)地市或水資源分區(qū)，根據(jù)資源量的定義，排泄區(qū)的泉水流量會(huì)分配至補(bǔ)給區(qū)。而包含泉水流量的河川基流量和地表徑流保持一致，仍在排泄區(qū)統(tǒng)計(jì)。對(duì)于資源量組份簡(jiǎn)單（開采量和側(cè)向排泄量占比?。┑牡厥谢蛩Y源分區(qū)，就會(huì)出現(xiàn)排泄區(qū)巖溶泉資源量小于河川基流量，或者巖溶泉資源量被分配到其它地市的情況，如陽泉市、臨汾市等，即不重復(fù)量出現(xiàn)負(fù)值或者偏小的態(tài)勢(shì)，這也是山西省地下水有別于其他省的一種特殊情況。這一點(diǎn)對(duì)水資源總量的匯總合理性分析起到較為重要的參考意義。