影響海河流域徑流變化的因素分析

陳麗君

(天津師范大學城市與環境學院,天津300387)

1 引言

河流的徑流主要受到降雨、氣溫、時空分布、流域形態、人類活動等因素的影響。海河流域河水的徑流在本世紀出現很大變化。在平原地區出現了河流斷流,人海徑流銳減等現象。海河流域位于中國的渤海灣地區,受大陸季風性氣候的影響,地理形態復雜多變,對氣候變化敏感,人類活動又非常活躍。引起徑流變化的原因也是多方面的。分析影響徑流變化的因素,針對性的采取改進措施,這對水資源管理和水資源的可持續開發利用都很重要。

2 海河流域地表水徑流概況

海河流域位于東經112°～120°,北緯35°～43°之間,東臨渤海,南界黃河,西靠云中、太岳山,北依蒙古高原。流域總面積32萬km2。其中山區面積18.9km2,平原面積13.1km2。位于溫帶大陸性季風氣候區,多年平均降水量535mm,年平均陸地蒸發量470mm,年水面蒸發量1100mm,年平均氣溫1.5～14℃,年平均相對濕度50%～70%。全流域干旱指數為1.5～3.0。地表徑流沿太行山、燕山山脈有一個徑流深大于100mm的高值區,太行山、燕山的背風坡,徑流深比迎風坡明顯減少,多年平均徑流深為25～50mm,平原區多年平均徑流深10～50mm,徑流多年變化幅度比降水更大,徑流變差系數Cv為0.19～1.44。該流域多年平均地表水資源量為216億m3,地下水資源量235億m3,水資源總量370億m3。流域人均當地水資源量只有276m3,畝均水資源只有 213m3,只相當于全國平均的12%。

3 海河流域的徑流變化因素分析

3.1 海河流域氣候變化對徑流的影響

近50年來,海河流域降水呈明顯下降趨勢。據統計,1956～1979年,海河流域年均總降雨量1806億m3,而 1980～2000年,年均總降雨量僅1604億m3,減少了11%;平均每 10年減少 21.5mm,年氣溫呈明顯升高趨勢,平均每10年升高0.31℃。海河流域氣候暖化趨勢造成地表水資源大量減少,平均每10年減少18%。

當氣候處于暖干狀態時,由于降水量減少,蒸發量加大,徑流將減少。用水量與降水和氣溫密切相關,氣溫升高時,各種用水量都將增加,尤其灌溉用水量增大最為顯著;消耗水量的加大與回歸水量的減少必將使徑流進一步減少。消耗水量與氣候干旱指數有直接關系,干旱指數愈高,不可恢復水量愈大,回歸水量愈小。當地表水開采量與地下水開采量超出了天然補給量時,以蒸發形式返回大氣的消耗水量增加,而返回土壤的回歸水量減少,以至對陸地水循環產生干擾甚至破壞。這對地表徑流產生較大的影響。與其他流域相比,海河流域對氣候變化更為敏感也更為脆弱。據研究,在海河流域,當氣溫不變,降水減少10%時,徑流減少26%;當降水不變,氣溫升高1℃時,徑流減少8%;當氣溫升高1℃同時降水減少10%,則徑流將減少30%～35%。

3.2 海河流域時空分布和流域形態徑流的影響

3.2.1 海河流域的降雨分布

海河流域包括的9條主要河流,從南往北依次有徒駭河、馬頰河、子牙河、大清河、獨流河、海河、潮白新河、薊運河和灤河。河流下游流經天津、河北、山東,分別從塘沽、樂亭、遵化、慶云入渤海灣,流域面積3.18×105km2,為典型的扇形流域。流域北部和西部為山地和高原,東部和東南屬于華北平原。山區、高原面積約占全流域60%,平原占40%。各個河流的上游直接與下游相接,幾乎無中游段。流域內沖擊平原是由流域內各條河流和黃河泛濫沖積而成,微地形相當復雜。

燕山南麓降水在600mm以上,太行山東側降水在550mm以上,西北部的雁北和冀北高原地區降水量在400mm以下,冀南平原的晉州、辛集、寧晉為平原地區的一個少雨中心,雨量在500mm以下。降水總的趨勢是由太行山、燕山迎風區分別向西北和東南兩側減少。五臺山與遵化附近是海河流域降水最多的地方,其次是中部的晉州、辛集、寧晉等平原地區,海河流域西北部的冀北和雁北高原多年平均降水量最少,沿海降水量比中部稍多。

3.2.2 降雨在時空上的規律性

海河流域的降水量存在明顯的年際變化和年代尺度的周期變化,年際3～7年比較突出,10年尺度變化明顯,年代際19～28年尺度明顯。時間序列存在4、7、10、24年的主周期變化,且大時間尺度變化較為規則,為準周期振蕩。4年周期最為明顯,其次是7、24和10年。海河流域的降水量在時間和空間上存在著差異,且差異是帶有比較明顯的規律性。

在年內尺度內,一般6～9月的徑流量占全年的70%～80%,個別的90%。部分調節好的河流也占50%～60%。河流徑流的年際變化年內分配有兩個特點：枯水期洪水可能性很小,豐水期洪水可能性很大。這些時空分布和地形特征決定了海河流域易旱易澇的特點,也奠定了人類活動對此加以影響的必然性。

3.3 海河流域人類活動對徑流的影響

3.3.1 溫室效應的影響

直接影響主要指人口增加、社會經濟發展引起的生活,生產,生態用水耗損量的增加以及從流域引出的水量和分洪水量等對徑流的影響;間接影響主要指工農業生產、基礎設施建設和水土保持措施改變了流域的下墊面條件(包括植被、土壤、水面、耕地、潛水位等因素),導致流域產匯條件的變化,從而間接造成河川徑流量的減少,間接影響的另一方面是在人類人口增加,社會經濟發展的需要,引起了溫室效應等氣候的變化,導致了海河流域上游冰山雪水融化,致使源頭水儲備量減少也影響了海河流域的徑流。

3.3.2 水利設施的影響

由于海河流域本身的形態特征決定了其易旱易澇的性質,致使該區域的下游經常受到災害。目前,流域內已建大中小型水庫1900多座。總庫容300多億m3,這些水庫已經控制山區面積的83%,用以防洪、灌溉、供水、發電等。水庫、大壩的建立明顯且持久的改變了海河流域的徑流面貌,直接影響徑流的形態。對流域下游的水資源利用、污染物的清除等有明顯的負面影響。

3.3.3 開發地下水的影響

隨著人類對地下水的開發越來越多,地下水埋深也由20世紀50、60年代的35mm到70年代的24mm,再到80、90年代的幾乎不產流,而徑流的減少率也由70年代的31.43%迅速增加到八、九十年代的90%。降水量減少程度遠比徑流量減少程度要少,說明降水不是影響徑流減少的主要因素。徑流量的減少大致是從20世紀70年代末開始的,而70年代正是海河流域大面積、大規模進行農田水利工程建設,流域綜合治理的人類活動頻繁時期。目前人類對水資源開發利用程度依然高揚,地下水開采量十分嚴重,不僅造成地面沉降、流域生態環境被破壞、還使得海水入侵和咸水下移、污染物入滲速度加快,水源受到不同程度的污染。加上興辦工業帶來一系列的水污染、環境地質災害。綜合作用下,人類活動改變了流域的水文情勢。破壞了水體的動態平衡,致使地表徑流量節節降低。

4 結語

綜合對影響海河流域地表徑流變化的因素的分析,氣候變化和人類活動是導致徑流變化的主要原因。要改善海河流域的徑流形態,要從兩方面做起。

(1)人類必須重視人類的生產生活的活動給整個地球造成的影響。這類活動造成海河流域的降水減少、高山冰雪的融化、地表蒸發量增加等問題,致使海河流域的徑流量減少。不僅海河流域如此,世界各地也有其他河流正因此變化遭受不同程度的負面影響。

(2)人類必須建立水資源可持續利用管理系統,提升人與自然和諧共處的理念。海河流域的部分河道由于上游少水截水,下游地下水埋深和嚴重缺水,地面沉降嚴重,建立防海水倒灌的閘門,使得其物質的資源和能量的轉換功能不能得以更充分的利用。放任其發展,海河流域的生態環境會向更惡劣的方向轉變。人類在發展自身利益的同時必須向自然靠攏,還給海河流域一個更加自然健康的流域形態是人與自然和諧相處,社會穩定可持續發展的必由之路。

[1]劉春纂,劉志雨,謝正輝.近50年海灤河流域徑流變化趨勢研究[J].應用氣象學報,2004,15(4)：385～393.

[2]袁再健,沈彥俊,褚英敏,等.海河流域近40年來降水和氣溫變化趨勢及其空間分布特征[J].水土保持研究,2009,3(16)：24～26.