影响海河流域径流变化的因素分析

陈丽君

(天津师范大学城市与环境学院,天津300387)

1 引言

河流的径流主要受到降雨、气温、时空分布、流域形态、人类活动等因素的影响。海河流域河水的径流在本世纪出现很大变化。在平原地区出现了河流断流,人海径流锐减等现象。海河流域位于中国的渤海湾地区,受大陆季风性气候的影响,地理形态复杂多变,对气候变化敏感,人类活动又非常活跃。引起径流变化的原因也是多方面的。分析影响径流变化的因素,针对性的采取改进措施,这对水资源管理和水资源的可持续开发利用都很重要。

2 海河流域地表水径流概况

海河流域位于东经112°～120°,北纬35°～43°之间,东临渤海,南界黄河,西靠云中、太岳山,北依蒙古高原。流域总面积32万km2。其中山区面积18.9km2,平原面积13.1km2。位于温带大陆性季风气候区,多年平均降水量535mm,年平均陆地蒸发量470mm,年水面蒸发量1100mm,年平均气温1.5～14℃,年平均相对湿度50%～70%。全流域干旱指数为1.5～3.0。地表径流沿太行山、燕山山脉有一个径流深大于100mm的高值区,太行山、燕山的背风坡,径流深比迎风坡明显减少,多年平均径流深为25～50mm,平原区多年平均径流深10～50mm,径流多年变化幅度比降水更大,径流变差系数Cv为0.19～1.44。该流域多年平均地表水资源量为216亿m3,地下水资源量235亿m3,水资源总量370亿m3。流域人均当地水资源量只有276m3,亩均水资源只有 213m3,只相当于全国平均的12%。

3 海河流域的径流变化因素分析

3.1 海河流域气候变化对径流的影响

近50年来,海河流域降水呈明显下降趋势。据统计,1956～1979年,海河流域年均总降雨量1806亿m3,而 1980～2000年,年均总降雨量仅1604亿m3,减少了11%;平均每 10年减少 21.5mm,年气温呈明显升高趋势,平均每10年升高0.31℃。海河流域气候暖化趋势造成地表水资源大量减少,平均每10年减少18%。

当气候处于暖干状态时,由于降水量减少,蒸发量加大,径流将减少。用水量与降水和气温密切相关,气温升高时,各种用水量都将增加,尤其灌溉用水量增大最为显著;消耗水量的加大与回归水量的减少必将使径流进一步减少。消耗水量与气候干旱指数有直接关系,干旱指数愈高,不可恢复水量愈大,回归水量愈小。当地表水开采量与地下水开采量超出了天然补给量时,以蒸发形式返回大气的消耗水量增加,而返回土壤的回归水量减少,以至对陆地水循环产生干扰甚至破坏。这对地表径流产生较大的影响。与其他流域相比,海河流域对气候变化更为敏感也更为脆弱。据研究,在海河流域,当气温不变,降水减少10%时,径流减少26%;当降水不变,气温升高1℃时,径流减少8%;当气温升高1℃同时降水减少10%,则径流将减少30%～35%。

3.2 海河流域时空分布和流域形态径流的影响

3.2.1 海河流域的降雨分布

海河流域包括的9条主要河流,从南往北依次有徒骇河、马颊河、子牙河、大清河、独流河、海河、潮白新河、蓟运河和滦河。河流下游流经天津、河北、山东,分别从塘沽、乐亭、遵化、庆云入渤海湾,流域面积3.18×105km2,为典型的扇形流域。流域北部和西部为山地和高原,东部和东南属于华北平原。山区、高原面积约占全流域60%,平原占40%。各个河流的上游直接与下游相接,几乎无中游段。流域内冲击平原是由流域内各条河流和黄河泛滥冲积而成,微地形相当复杂。

燕山南麓降水在600mm以上,太行山东侧降水在550mm以上,西北部的雁北和冀北高原地区降水量在400mm以下,冀南平原的晋州、辛集、宁晋为平原地区的一个少雨中心,雨量在500mm以下。降水总的趋势是由太行山、燕山迎风区分别向西北和东南两侧减少。五台山与遵化附近是海河流域降水最多的地方,其次是中部的晋州、辛集、宁晋等平原地区,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 降雨在时空上的规律性

海河流域的降水量存在明显的年际变化和年代尺度的周期变化,年际3～7年比较突出,10年尺度变化明显,年代际19～28年尺度明显。时间序列存在4、7、10、24年的主周期变化,且大时间尺度变化较为规则,为准周期振荡。4年周期最为明显,其次是7、24和10年。海河流域的降水量在时间和空间上存在着差异,且差异是带有比较明显的规律性。

在年内尺度内,一般6～9月的径流量占全年的70%～80%,个别的90%。部分调节好的河流也占50%～60%。河流径流的年际变化年内分配有两个特点：枯水期洪水可能性很小,丰水期洪水可能性很大。这些时空分布和地形特征决定了海河流域易旱易涝的特点,也奠定了人类活动对此加以影响的必然性。

3.3 海河流域人类活动对径流的影响

3.3.1 温室效应的影响

直接影响主要指人口增加、社会经济发展引起的生活,生产,生态用水耗损量的增加以及从流域引出的水量和分洪水量等对径流的影响;间接影响主要指工农业生产、基础设施建设和水土保持措施改变了流域的下垫面条件(包括植被、土壤、水面、耕地、潜水位等因素),导致流域产汇条件的变化,从而间接造成河川径流量的减少,间接影响的另一方面是在人类人口增加,社会经济发展的需要,引起了温室效应等气候的变化,导致了海河流域上游冰山雪水融化,致使源头水储备量减少也影响了海河流域的径流。

3.3.2 水利设施的影响

由于海河流域本身的形态特征决定了其易旱易涝的性质,致使该区域的下游经常受到灾害。目前,流域内已建大中小型水库1900多座。总库容300多亿m3,这些水库已经控制山区面积的83%,用以防洪、灌溉、供水、发电等。水库、大坝的建立明显且持久的改变了海河流域的径流面貌,直接影响径流的形态。对流域下游的水资源利用、污染物的清除等有明显的负面影响。

3.3.3 开发地下水的影响

随着人类对地下水的开发越来越多,地下水埋深也由20世纪50、60年代的35mm到70年代的24mm,再到80、90年代的几乎不产流,而径流的减少率也由70年代的31.43%迅速增加到八、九十年代的90%。降水量减少程度远比径流量减少程度要少,说明降水不是影响径流减少的主要因素。径流量的减少大致是从20世纪70年代末开始的,而70年代正是海河流域大面积、大规模进行农田水利工程建设,流域综合治理的人类活动频繁时期。目前人类对水资源开发利用程度依然高扬,地下水开采量十分严重,不仅造成地面沉降、流域生态环境被破坏、还使得海水入侵和咸水下移、污染物入渗速度加快,水源受到不同程度的污染。加上兴办工业带来一系列的水污染、环境地质灾害。综合作用下,人类活动改变了流域的水文情势。破坏了水体的动态平衡,致使地表径流量节节降低。

4 结语

综合对影响海河流域地表径流变化的因素的分析,气候变化和人类活动是导致径流变化的主要原因。要改善海河流域的径流形态,要从两方面做起。

(1)人类必须重视人类的生产生活的活动给整个地球造成的影响。这类活动造成海河流域的降水减少、高山冰雪的融化、地表蒸发量增加等问题,致使海河流域的径流量减少。不仅海河流域如此,世界各地也有其他河流正因此变化遭受不同程度的负面影响。

(2)人类必须建立水资源可持续利用管理系统,提升人与自然和谐共处的理念。海河流域的部分河道由于上游少水截水,下游地下水埋深和严重缺水,地面沉降严重,建立防海水倒灌的闸门,使得其物质的资源和能量的转换功能不能得以更充分的利用。放任其发展,海河流域的生态环境会向更恶劣的方向转变。人类在发展自身利益的同时必须向自然靠拢,还给海河流域一个更加自然健康的流域形态是人与自然和谐相处,社会稳定可持续发展的必由之路。

[1]刘春纂,刘志雨,谢正辉.近50年海滦河流域径流变化趋势研究[J].应用气象学报,2004,15(4)：385～393.

[2]袁再健,沈彦俊,褚英敏,等.海河流域近40年来降水和气温变化趋势及其空间分布特征[J].水土保持研究,2009,3(16)：24～26.