汤旺河流域生态水文过程研究

曹伟征

（黑龙江省佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯 154002）

1 研究区域概况

汤旺河流域地处松花江下游,由北向南贯穿小兴安岭腹地,流域面积20，557 km2，流域呈树枝状，流域内当前主要设置了5个水文站，因带岭水文站处永翠河上，为西南岔河的支流，故这次研究未考虑。其中汤旺河干流上设置了3个站，支流上有2个站。其中晨明（二）水文站控制了汤旺河流域整个集水区域面积的92.1%。

汤旺河流域属北温带大陆性季风气候区，年平均气温-1℃，1月平均气温-26℃，7月平均气温20℃，年降雨量627.9 mm，年蒸发量1 036.0 mm(φ20cm蒸发皿)。流域主要岩层为花岗岩和花岗闪长岩,土壤以棕色针叶林土和暗棕壤为主，主要植被是以阔叶红松林为主的温带针阔混交林及阔叶混交林。

汤旺河流域水系较为发育，汤旺河支流众多,共有大小支流、沟溪611条。汤旺河属山溪性河流,水量主要来自大气降水和地下水补给,年内径流量分配与降水量的大小相适应。水资源的时空分布不均,年际间存在着丰枯交替变化的特点。地表水和浅层地下水最大最小径流相差悬殊。年内近70%的地表径流集中在6—9月，50%的地表径流集中在7—8月。

流域内各支流对水资源和水能的开发利用也在明显加大，主要体现在近年来水库和水电站的修建明显增加。当前，正在实施汤旺河流域梯级水电站开发规划，据《汤旺河流域水电梯级开发规划》可知，汤旺河流域水电梯级开发项目总装机为21.741万kW，从2008年至2014年分别开发建设红山、缓岭、苔青、绿桦、晨明、陶家、庆丰共7座水电站，设计总装机15.682万kW，从2013年至2018年开发建设新青、五营、大丰、榆林、十八拐及汤旺河共6座水电站，总装机6.059万kW，近期规划的7座水电站的可行性研究工作都还在进行过程中，但均未开工建设。另据伊春市百湖工程规划，伊春将在今后“十二五”和“十三五”期间建成54个水库和水电站。

汤旺河流域下垫面以森林分布为主汤旺河属少沙河流，流域内植被良好,森林覆盖面积约占70%[4]。但近60年来内，流域内森林结构一直发生了显著的变化。阔叶红松林是汤旺河流域地带性植被,由于不合理的开发和利用,原始阔叶红松林在流域范围内消耗殆[7]。主要体现在森林的过分砍伐，成熟林和过熟林面积比重较小，以天然次生林和人工林面所占的比重一直在增加。森林结构的变化已对流域水文过程产生了较为明显的影响。

2 生态水文过程的变化特征

2.1 径流总量呈现递减趋势

据汤旺河干流上的五营（二）、伊新和晨明（二），3个水文测站历年月平均流量数据均显示流域内的径流量呈减少的趋势。此外，支流西南岔河上的南岔（二）和伊春河上的伊春（三）两个水文站，历年月平均流量数据也显示所控制子流域所产生地地表径流量呈递减趋势。

2.2 流域内径流量的年内分配不均匀系数在增大

据鲁仁达等（2009）研究得：出汤旺河干流五营、伊新和晨明3个水文站的年内分配不均匀系数，分别为0.64，0.41和0.39，表现出呈现自下游向上游逐渐递增的趋势。但这种变化趋势的原因暂未见相关解释，笔者初步认为径流年内分配不均匀数的增大与森林结构以及地形地貌等有关系，特别是森林大面积的砍伐对改变下垫面的水热平衡会有一定的关系。一般地山丘区径流年内分配不均匀数要大于平原区。

2.3 河流水位过程呈下降趋势

据统计：晨明（二）水文站自1977年至2009年年，平均水位变化过程线（图1）可知，汤旺河流域水位过程也在呈下降走势。

图1 晨明（二）水文站历年年平均水位过程线（1977-2009）

3 生态水文过程变化的驱动力分析

1）流域内年径流量呈减少的趋势，表现出对全球气候变暖的一定响应，因升温将导致流域内季节性冻土层变薄，将影响地表径流的形成过程，整体表现出径流深呈减少的方向发展；同时，因升温也增加了流域内蒸发潜力。

2）近60年来，森林结构的显著改变，扰动了原有降水与产流过程，即森林对降水的容量与平衡过程被打破；同时也表明北方寒区森林砍伐减少了流域产流量。由于汤旺河流域的降水形式包括降雨和降雪，而在森林结构的变化（主要体现在天然次生林、灌木林、稀疏林和人工幼林的比重增加），导致降水在流域内的再分配过程，即产汇流过程发生明显的变化，森林区域呈现出对降水的滞纳容量与产流动态平衡关系在不断地在被人为打破，总体上朝着不利于地表径流形成以及降水蓄积过程的方向发展，而是朝蒸散发量增加的方向发展。

3）汤旺河流域森林区域由于冬季的降雪以及平时的降雨，使得地表径流的产汇过程变得相对复杂。往往回归河道的径流量中有来自地表的，也有来自地下水径流以及壤中流。如果流域森林植被的破坏，会加剧水土流失，同时会减少径流总量的形成。据张怡春（2006）研究得出：汤旺河流域内的汤旺河林场所辖区域内，自1984年至2004年间，非林面积由901 hm2增至2 350.48 hm2。这主要由于部分森林经过采伐，由于抚育手段没有及时跟上，部分已转换为无林地；最后，随着人类活动的范围不断扩大，在人为因素的干扰下，人类活动区域有林地面积不断地减少，而非林地不断加大。这与多数年学者认为寒区森林的减少会导致河流径流量的减少是一致的。因此，森林结构与面积的变化，驱动了流域径流量年内不均匀系数的增大。总之，森林结构的变化是流域生态水文过程变化的重要驱动力。

4 结论

1）近60年来，汤旺河流域森林大面积的砍伐，减少了流域产流量；降低了汤旺河水位过程线；增大了径流年内不均匀系数。

2）森林植被在陆地生态水文循环过程不是孤立的水文景观静态要素，森林植被的生长、结构和功能的动态变化直接影响陆地水文循环过程。因此，森林结构的变化是流域生态水文过程变化的重要驱动力。

3）陆地生态水文过程存在着高度的非线性和时空异质性，例如，流域下垫面的植被、土壤和地形的空间异质性，各种气候、气象要素和干扰因素的时空异质性变化等，对生态水文过程将产生影响。汤旺河流域的水文过程变化还表征出对全球气候变化的响应。

4）建议加强流域内森林的保育力度，尤其是中上游的森林结构应当朝着成熟林和过熟林面积相对增加的比重发展。林下调落物层是流域生态水文过程改变的重要介质，因此要加强天保林工程的实施力度。

[1]黑龙江农垦勘测设计研究院.伊春市南岔区石头河流域梯级水电站环境影响报告书[R].2010.

[2]尹保中，尹保林，刘丙贺.汤旺河流域降水特征及变化趋势分析[J].黑龙江水利科技,2008,38(1).

[3]胡江河，贾秀梅，宋运凯.汤旺河流域降雨与径流变化趋势分析[J].黑龙江水利科技,2008,36(2).

[4]张岩，陈连，王继承.汤旺河流域水文特征分析[J].东北水利水电，2006，24(4)∶28.

[5]鲁仁达，齐方业，田长涛.汤旺河径流变化特征分析[J].黑龙江水利科技,2009,37(4)∶17-18.

[6]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.汤旺河干流水电站梯级规划报告[R].2007.

[7]郭海燕，葛剑平，李景文.中国红松林生态学研究文献概述[J].东北林业大学学报，1995，23(3)∶57-62.

[8]张怡春.基于GIS的汤旺河林业局森林资源动态分析[D].东北林业大学，硕士学位论文，2006.