基于生態修復的汾河流域河川徑流計算分析

武光明

（山西省水文水資源勘測局，山西太原030001）

基于生態修復的汾河流域河川徑流計算分析

武光明

（山西省水文水資源勘測局，山西太原030001）

在流域下墊面進行歸類量化的基礎上，分析森林植被和裸露區的產流規律，地下水用水量對河川基流的影響，從生態修復的角度對河川徑流規律進行分析探討，該方法對流域生態修復效益預測具有一定的參考應用價值。

生態修復；汾河；河川徑流；分析

1 背景

汾河是山西的母親河，為省內第一大河，是黃河的第二大支流，地處山西省的中南部，流域面積39471km2。由于社會經濟的快速發展和人口的急劇增長，流域內用水量持續增加，加之地下水超采、植被退化和煤礦開采對水資源的影響，生態環境受到了嚴重破壞。主要表現為∶流域產流減少，河道基流自身難以維持；地下水超采，域內泉水枯竭；森林植被占比少，水源涵養能力弱，大部分一級支流斷流；水質污染嚴重。對汾河出現的生態問題，山西省委省政府高度重視，2015年決定啟動實施汾河流域生態修復重大戰略工程。今后一段時期內，通過高效節水，提高用水效率；關井壓采，促進地下水位回升；增加森林植被，有效涵養水源；控制污水排放，加強污染防治等措施，使流域內山水林田各要素相互促進，良性循環，生態得到全面恢復。將流域下墊面進行歸類量化，分析不同水文站森林植被和裸露區的產流規律，地下水用水量對基流的影響，從生態修復的角度對河川徑流規律進行分析探討。

2 不同植被條件產流分析

考慮產流條件，將流域及選用水文站以上植被綜合分為兩類，森林和裸露區。通過對地類面積量算，歸類統計森林與裸露區占該站面積的比重，結合各站水文特性，分析不同地類的產流規律。這里將河川徑流分割為三部分，地表水、地表基流和泉水（域內8處巖溶大泉），地表水加地表基流為地表徑流，地表基流加泉水為河川基流。

2.1水文特征

分析選用流域內23個水文站（含區間），為了便于隨后分析流域的產流特征，選取人類活動影響較小時段，水文資料采用各站1956～1979年系列均值。

汾河流域因降水和人類活動的影響，河川基流量（地表基流加巖溶泉水）和河川徑流量（河川基流與地表水之和）不斷減少。同1956～1979年相比，1980～2000年徑流減少34.5%，2001～2013年減少50.6%。

2.2森林植被產流分析

汾河流域現有森林面積6180km2，森林覆蓋率15.7%。森林植被對河道基流產生重要影響，林冠及凋落物截留降水，延遲和改變了產匯流過程，林區土壤持水和蓄水量增加了基流量。

2.2.1 地表基流

對選用水文站地表徑流進行分割，分離出地表基流和地表水，根據各流域森林植被覆蓋率，分析森林對基流的影響。這里把森林覆蓋率作為影響徑流的突出因素，所以分析只采用各流域覆蓋率在40%以上的水文站資料。通過分析，森林覆蓋率與地表基流系數（基流占流域降水百分比）有良好的正相關線性關系，表明森林覆蓋率越高，基流越大（見圖1）。

圖1 森林植被～地表基流關系圖

2.2.2 地表水

通過各水文站森林覆蓋率與地表徑流系數（地表水占流域降水量百分比）的分析，兩者之間也存在良好的正相關線性關系，表明森林覆蓋率越高，地表水產水量越大（見圖2），其原因是森林改變了局部的氣候環境，水分轉化更為復雜，但也表明森林覆蓋率越好，徑流會朝增加的有利趨勢發展。

圖2 森林植被～地表水關系圖

2.3裸露區產流分析

汾河流域從歷史來看，曾經是一個森林茂密、湖泊遍地的水鄉澤國。歷代王朝大興土木，砍伐森林，到建國前森林面積所剩無幾，植被退化，水土流失不斷加重。考慮不同植被對產流的貢獻，將森林和耕種平地面積扣除，其余作為裸露區（含灌木、草坡）一并考慮，現狀汾河流域裸露區面積占流域面積的54.4%。

2.3.1 地表基流

采用各站裸露區面積占水文站集水面積在60%以上的水文站資料進行分析，裸露區面積占比與地表基流系數存在負相關線性關系，表明裸露區面積占比越高，基流越小，這也是造成大部分一級支流斷流的主要因素（見圖3）。

圖3 裸露區面積～地表基流關系圖

2.3.2 地表水

通過對裸露區面積占比與地表徑流系數的分析，兩者之間存在正相關線性關系，表明裸露區面積占比越高，地表水產水量越大（見圖4），主要集中在汛期易發暴雨洪水，是形成該區域水土流失嚴重的主要原因。

圖4 裸露區面積～地表水關系圖

3 地下水開采對河川基流的影響

汾河流域地下水用量隨年代急劇增加，至2010年汾河流域累計超采量達76.1億m3，用水模數從上世紀50年代的0.53萬m3/km2到本世紀初的4.1萬m3/km2。由于地下水不斷開采（超采），致使地下水位不斷下降，河道基流衰減，尤其巖溶大泉自然出流衰減嚴重，域內8處大泉在上世紀60年代之前流量為28.7m3/s，到2013年流量僅8.7m3/s，減少了70%，其中3處泉水已斷流。

根據汾河流域多年地下水用水狀況，分析發現流域地下水開采直接影響河川基流（含泉），進而影響河川徑流量，說明河川徑流及地下水開采之間有密切的關系（見圖5）。分析表明地下水用水和河川基流之間存在負相關關系，地下水用水量越大，基流越小。從流域生態修復的角度，關井壓采，將有利于增加河川基流量和徑流量。

圖5 汾河流域地下水用水量與河川基流關系圖

4 綜合因素影響的河川徑流分析

經過以上分析，綜合植被狀況、降水、徑流以及地下水用水等諸要素，建立聯合模型對不同時段河川徑流進行演算，與全國第二次水資源評價數據（未修正系列）（2001～2013年采用山西水資源公報）進行誤差評價，檢驗其可靠性。模擬與評價河川徑流量比較接近，各時段誤差在-1.7%～8.7%之間，和1956～2000年相比，誤差僅2.3%，說明成果比較合理（見表1）。該方法從水文分析的角度，通過建立各要素間的水文模型，分析計算流域河川徑流，具有較高的計算精度。流域生態修復需要較長周期，此方法可用于流域生態修復規劃階段及規劃實施后的河流生態效益預測，特別是對河川基流及河川徑流進行匡算和初步評估，具有一定的借鑒參考價值。

表1 汾河流域綜合因素影響河川徑流分析統計表

5 結論

（1）分析表明森林覆蓋率與地表基流有良好的正相關關系，森林覆蓋率越高，基流越大，同樣地表徑流量亦越大，即產水量越大。

（2）裸露區面積與地表基流存在負相關關系，表明裸露區面積占比越高，基流越小。

（3）地下水用水和河川基流之間存在負相關關系，地下水用水量越大，基流越小。

（4）綜合因素（植被、水文特征、地下水等）影響的河川徑流水文分析方法具有較高計算精度，可用于流域生態修復的產水效益預測。

［1］范堆相等.山西省水資源評價［M］.北京∶水利水電出版社，2005.

［2］山西省水利廳.山西省水文計算手冊選用站水文下墊面產流地類圖冊［M］.鄭州∶黃河水利出版社，2011.

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：1672-2469（2016）05-0026-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.011

2016-03-10

武光明（1967年—），男，高級工程師。