2011—2020年淮河流域水資源變化特征研究

朱昊宇，姬 鈺

(安徽省·水利部淮委水利科學研究院，安徽省水利水資源重點實驗室，安徽 合肥 230088)

1 研究背景

水資源是一切生物賴以生存的基本條件和人類生活、生產發展的最重要的自然基礎資源之一[1- 4]。在自然因素和人為因素共同作用下，全球氣候變暖成為趨勢，全球氣溫的持續上升加劇了極端降水事件發生，從而引起水資源時空的分布極不均勻[5- 7]。水資源增強的變異嚴重影響經濟社會的可持續發展，故有必要探討水資源的變化特征[8]。淮河流域由于其土地肥沃、資源豐富和交通便利等優勢，在我國重要的糧食生產、能源礦產和制造業等方面發揮重要作用，成為國家實施鼓勵東部率先、促進中部崛起發展戰略的重要區域[9]。然而，淮河流域地處中國南北氣候過渡帶，是重要的地理生態分界線和生態環境脆弱區，對全球氣候變化十分敏感[10- 11]。因此，分析最近10年(2011—2020年)淮河流域水資源變化特征，以期為淮河流域水資源的優化配置和水環境的治理提供一定的數據支撐。

2 研究方法

2.1 流域概況

淮河流域地處我國華中河南與華東地區蘇皖，西起桐柏山、伏牛山，東臨黃海，南以大別山、江淮丘陵、通揚運河和如泰運河南堤與長江流域分界，北以黃河南堤和沂蒙山脈與黃河流域毗鄰。流域面積27萬km2，以廢黃河為界，分為淮河和沂沭泗河兩大水系，面積分別為19萬km2和8萬km2，包括淮河上游(王家壩以上)、淮河中游(王家壩至洪澤湖出口)、淮河下游(洪澤湖出口以下)、沂沭泗河4個水資源二級區，地跨湖北、河南、安徽、江蘇、山東五省40個市。

淮河流域地處中國南北氣候過渡帶，淮河以北屬暖溫帶區，淮河以南屬北亞熱帶區，氣候溫和，年平均氣溫為11～16℃。氣溫變化由北向南，由沿海向內陸遞增。極端最高氣溫達44.5℃，極端最低氣溫達-24.1℃。蒸發量南小北大，年平均水面蒸發量為900～1500mm，無霜期200～240d。淮河流域山丘區面積約占總面積的1/3，海拔100～1155m，平原面積約占總面積的2/3，海拔在50m以下。淮河流域自然植被分布具有明顯的地帶性特點，土壤類型包括棕壤、褐土、黃棕壤、水稻土。

2.2 數據來源

本研究數據主要來自2011—2020年淮河水資源公報，選擇指標包含降水量、地表水資源量、水資源總量、入海量、入江量、大中型水庫蓄水量、各類工程供水量、總用水量和不同河流水質所占比例。其中，常年均值指1956—2000年多年平均值；地表水資源量為河流、湖泊等地表水體中由當地降水形成的、可以逐年更新的動態水量，即天然河川徑流量；水資源總量為當地由降水形成的地表、地下產水總量(不包括區外來水量)，即地表徑流量與降水入滲補給量之和；供水量為各種水源工程為用戶提供的包括輸水損失在內的水量，也稱取水量；用水量為配置給各類用水戶包括輸水損失在內的毛用水量。根據國家水質標準，將河流水質可分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類和劣Ⅴ類。由于淮河流域Ⅰ類水質河長所占比例極少，將Ⅰ類水質和Ⅱ類水質合并為Ⅱ類以上，故本研究水質分為Ⅱ類以上、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類和劣Ⅴ類，水質情況從2019年不再公布，特此說明。

2.3 數據分析

采用EXCEL2019對數據進行預處理，并進行圖表制作，運用線性回歸探討降水量、地表水資源、水資源總量、入海量、大中型水庫蓄水量、各類工程供水量和總用水量等指標隨時間的變化趨勢，分析各指標間的相關性。

3 結果與分析

3.1 降水量變化特征

如圖1所示，2011—2020年淮河流域平均降水量無明顯變化規律，但總體上呈增加的趨勢。主要表現為：2015年以前，年降水量普遍低于常年降水量均值；2016年開始(除2019年外)，降水量顯著高于常年降水量均值。2011—2020年平均降水量為858.5mm低于常年水平(874.5mm)，說明淮河流域近10年以來降雨量比常年降水量偏少，但濕潤度呈增加趨勢。圖1還顯示，2011—2020年淮河流域平均降水量存在強烈的年際異常變化現象降水。淮河流域平均降水量最少發生在2019年，僅為628mm，說明淮河流域發生嚴重旱情，主要體現伏秋冬連旱，尤其是安徽省發生近40年最為嚴重的伏秋冬連旱。2020年淮河流域平均降水量高達1113.8mm，比2019年降水量增加了77.4%，比常年降水量均值提高了27.4%，這是因為2020年淮河發生了流域性較大洪水，其中淮河水系正陽關以上發生區域性大洪水，沂沭泗河水系發生1960年以來最大洪水。

圖1 近10年淮河流域降水量變化特征

3.2 地表水資源和水資源總量變化特征

如圖2所示，淮河流域地表水資源和水資源總量變化特征與降雨量變化特征相似，2011—2020年，淮河流域地表水資源和水資源總量呈逐漸上升的趨勢。圖2(a)顯示，2015年以前，地表水資源普遍低于常年均值；2016年開始，地表水資源高于常年均值。2011—2020年地表水資源均值597.5億m3接近常年均值(594.9億m3)，說明近10年淮河流域地表水資源相對穩定。由圖2(a)還可知，淮河流域地表水資源存在顯著的年際變化，表現為：最低值出現在2013年，僅為380億m3，顯著低于常年均值36.1%；最高值出現在2020年，高達960.4億m3，較常年均值顯著增加了61.4%。由圖2(b)可知，水資源總量變化年際變化與降水量相似，水資源總量最低值和最高值分別為442.01億、1186.9億m3，分別出現在2019年和2020年，與降水量的強弱有關。

圖2 近10年淮河流域地表水資源和水資源總量變化特征

3.3 入海量和入江量變化特征

如圖3所示，淮河流域入海量和入江量2011—2020年呈波動式上升的趨勢，入海量由2011年的308.2億m3增加到2020年的455.9億m3，增加了0.5倍；入江量由2011年的42.4億m3增加到2020年的326.7億m3，增加了6.7倍。淮河流域入海量和入江量最低值均發生在2013年，分別為248.2億m3和2.12億m3，而淮河入海量和入江量最高值均出現在2020年，可能與淮河流域平均年降水量、流域內需水量和蒸發量等因素有關。

圖3 近10年淮河流域入海量和入江量變化特征

3.4 大中型水庫蓄水量、各類工程供水量和總用水量變化特征

如圖4所示，大中型水庫蓄水量、各類工程供水量和總用水量變化特征有所不同。圖4(a)顯示，大中型水庫蓄水量表現為下降的趨勢，由2011年的165.8億m3下降到2020年的108.5億m3，減少了34.6%。2019年大中型水庫蓄水量最少，僅為56.5億m3，與2019年降水量最少有關。由圖4(b)可知，各類供水工程總供水變化不明顯，變異系數僅為3.4%，變化范圍為526.9億～586億m3，但仍呈逐年減低的變化特征，最低值出現在2020年。圖4(c)顯示，總水量變化特征與各類工程供水量相似，總用水量變化不明顯，變異系數為3.2%，相對比較穩定，變化范圍為600.8億～657.6億m3，但仍呈逐年減低的變化特征，最低值出現在2020年。

圖4 近10年淮河流域大中型水庫蓄水量、各類供水工程總供水和總水量變化特征

3.5 淮河流域水質變化特征

如圖5所示，淮河流域水質以Ⅲ類和Ⅳ類所占比例較高，Ⅱ類以上、Ⅴ類和劣Ⅴ類所占比例偏少。Ⅱ類以上水質所占比例呈先降低后增加的趨勢，在2013年所占比例最少，所占比例僅為8.5%，2018年所占比例提高到18%，比2013年顯著增加了111.8%。Ⅲ類所占比例呈逐漸增加的趨勢，由2011年的24.2%增加到2018年的44.4%。Ⅳ類水質所占比例變化較小，變化范圍為23.1%～28.2%，變異系數為8.4%，但總體呈下降趨勢。Ⅴ類所占比例總體偏低，呈下降趨勢，由2011年的10.9%下降到8.5%，變異系數為18%。劣Ⅴ類所占比例變化顯著，變異系數為35.7%，從2011年的22.9%降到2018年的6%。不同水質河長所占比例變化特征說明環境治理措施作用顯著，淮河流域水質得到顯著改善。

圖5 淮河流域不同水質河長所占比例變化特征

3.6 水資源各指標相關性分析

不同水資源各指標間存在一定的相關性，見表1。例如，降水量與地表水資源、水資源總量、入海量、入江量顯著正相關，降水量和大中型水庫蓄水量無顯著相關，降水量與各類工程供水和總用水量顯著負相關。地表水資源與水資源總量、入海量和入江量顯著正相關，地表水資源與大中型水庫蓄水量、各類工程供水量和總用水量無顯著相關。各類工程供水量和總用水量顯著正相關。

表1 水資源各指標間的相關性分析 單位：億m3

降水量、入海量和入江量與Ⅱ類以上所占比例呈顯著正相關，見表2。其他指標與Ⅱ類以上所占比例無顯著相關；降水量、地表水資源和入江量與Ⅲ類所占比例顯著正相關，地表水資源、入海量和入江量與Ⅳ類所占比例呈顯著負相關，降水量、地表水資源、水資源總量和入江量與Ⅴ類所占比例呈顯著負相關，入江量和劣Ⅴ類所占比例呈顯著負相關。

表2 水資源各指標與不同水質所占比例的相關性分析 單位：%

4 結論

2011—2020年淮河流域年均降水量、地表水資源、水資源總量、入海量、入江量和河流水質Ⅲ類以上所占比例大體上呈上升的趨勢，且存在顯著的年際變化；大中型水庫蓄水量、各類工程供水量、總用水量、河流水質Ⅴ類和劣Ⅴ類所占比例呈下降特征，但各類工程供水和總用水量相對比較穩定。研究說明淮河流域降水量、地表水資源增強的年際變異并未影響淮河水資源工程供給和總用水量，且流域河流水質得到顯著改善，這與淮河流域的全面治理密切相關。然而，由于本研究所涉及年限較短，存在一定的局限性。今后會持續關注淮河流域的水資源管理，為淮河流域水資源的可持續發展提供科學依據。