沈阳市河川径流演变趋势分析

唐蕴，杨爱民，张宏建，唐克旺

(1.中国水利水电科学研究院水资源研究所，100038，北京;2.沈阳市水利局，110013，沈阳)

河川径流是水循环中的一个重要过程。径流量大小主要取决于降水、地形、地质、土壤、植被等因子。随着气候变化和人类活动的影响，流域河川径流已经发生了显著改变［1-3］，直接影响到下游地区经济社会的发展用水和生态环境用水;因此，深入剖析河川径流演变规律及其驱动机制是进行流域水土资源合理配置的基础。

沈阳市是辽河中下游地区的重要城市。当前，沈阳市水生态系统面临着“水多”“水少”“水脏”“水浑”等4大问题［4］。为了实现沈阳市政府提出的将沈阳市建设成为人水和谐的“生态城市”目标，水是至关重要的限制性因素;但是，近几十年来，随着城市人口的增加和社会的发展，以及土地利用结构的改变，沈阳地区的水循环已经发生了明显变化［5］:因此，研究该地区的河川径流演变规律及其驱动机制对于保护与恢复辽河中下游地区的河流生态系统具有重要的作用。笔者以沈阳市1980—2007年28 a的实测河川径流资料为基础，采用统计学分析方法，对沈阳市近30年来的河川径流演变规律进行分析，探讨人类活动对河川径流变化的影响程度。

1 沈阳市概况

沈阳市地处中国东北地区的南部、辽宁省的中部，背倚长白山麓，面向渤海之滨，是辽东半岛的腹地，为东北三省的最大城市，E122°25'09″～123°48'24″，N41°11'51″～ 43°02'13″。总面积 1 万 2 980 km2，东西宽115 km，南北长205 km。东临辽宁省抚顺市，南与本溪、辽阳2市相连，西与鞍山市、锦州市接壤，北与铁岭市、阜新市和内蒙古科尔沁左翼后旗毗邻。沈阳市下辖9个市区、4个县(市)及4个开发区。全市总人口698.6万，其中市辖区人口495.9 万［5］。

沈阳地区处于辽东山地与下辽河过渡地带，地貌形态由东北部的低山丘陵区过渡到山前波状倾斜平原区，中西部为广阔平坦的下辽河平原。沈阳市地处中纬度，属于温带大陆性季风气候区的北缘，主要特点是:四季分明，雨热同季，降水集中，日照丰富，温差大，冬寒漫长。多年平均气温6.8～8.1℃，极端最高气温36.5℃，极端最低气温－31.5℃。全市多年平均降水量598.9 mm，6—9月的降水量占年降水量的75%。多年平均水面蒸发量700～900 mm，5—6月的蒸发量约占全年蒸发量的32%。沈阳市主要河流有26条，分别属于辽河、浑河2大水系。属于辽宁省管理的河流有辽河、浑河、饶阳河与柳河。属于沈阳市管理的河流有蒲河、秀水河、养息牧河与北沙河。属于各区(市、县)管理的小型河流有18条，主要有万泉河、长河、满堂河、左小河等［5］。沈阳市行政区县及主要河流分布见图1。

2 研究方法

2.1 数据来源

所用水文站的多年平均天然径流量、多年平均实测径流量、1980—2007年实测径流量序列等主要数据均来源于《沈阳市水资源》研究成果［5］。

2.2 分析方法

1)径流演变分析方法。采用以下2种方法进行河川径流的演变分析。①对比分析天然径流量与实测径流量的差异，从整体上掌握径流的变化特征，明晰人类活动(主要是取用水和水库的调蓄等)对径流的影响程度。②以实测径流量序列为基础数据，根据径流过程来分析径流量的变化特征及其演变趋势。

图1 沈阳市行政区县及主要河流示意图Fig.1 Sketch of administrative regions and main rivers in Shenyang City

2)天然径流量还原计算方法。一定时段内(如一个水文年度)通过河流某断面的总水量，称为该时段的径流总量，常以m3或亿m3计。天然径流量可以理解为:在未受人类活动影响下，一定时段内通过河流某断面的总水量。人类活动主要包括修建水库、取用水改变河川径流的运动方向及沿程分配，改变土地利用方式影响产流的下垫面条件等。

随着国民经济的迅速发展，人类活动在不断地改变河川的天然径流状况，使得水文站实测的径流资料不能完全反映天然河道的径流状况，因此，需要通过对实测径流系列资料进行影响水量的还原计算来推求天然径流量，以使径流资料系列具有一致性。

实测径流量的还原计算非常复杂，工作量也非常庞大，涉及用水的各个方面，一般需要专业水文人员进行此项工作。水利部于2002年开展了《全国水资源综合规划》工作，为了对全国水资源进行新一轮的评价，对全国各主要河流的主要水文站进行了还原计算。目前，水资源调查评价阶段的成果已经通过了国家发改委、水利部等相关部委的审查。本文5个水文站的还原径流量数据采用了前述已经审查的成果。

还原计算时段内天然年径流量的计算公式为

式中:Wn为还原后的天然径流量，亿m3;Wa为水文站实测径流量，亿m3;Wag为农业灌溉耗损量，亿m3;Win为工业用水耗损量，亿m3;Wlf为城镇生活用水耗损量，亿m3;Wdv为跨流域(或跨区间)引水量，亿m3，引出为正，引入为负;Wfd为河道分洪决口水量，亿m3，分出为正，分入为负;Wrs为大中型水库蓄水变量，亿m3，增加为正，减少为负。公式中只列出了对测站实测径流影响较大的还原项目，各地可根据具体情况增减项目。

在对实测径流量进行还原计算时，主要是还原生产和生活用水消耗量，主要包括Wag、Win、Wlf3个分项，通过对比分析经还原处理后的天然径流量与用水消耗量，在一定程度上可以反映人类取用水对河川径流的影响程度。

3 结果与分析

3.1 天然径流量与实测径流量对比

根据《沈阳市水资源》研究成果，沈阳市多年平均天然年径流量是根据1956—2000年45年实测径流序列经还原计算得到的。多年平均实测年径流量是根据1980—2007年28年实测径流量得到的。

从表1和图2可以看出:沈阳市主要水文站多年平均实测年径流量比多年平均天然年径流量减少程度在2.33% ～32.57%之间，平均减少程度是23.11%;辽河辽中站、浑河沈阳站、柳河新民站的径流量减少程度较大，均超过30%，分别是32.57%、31.44%、30.45%;秀水河公主屯站径流量减少程度略低于20%，为18.75%;养息牧河小荒地站天然与实测年径流量相差不大，减少程度仅为2.33%。

表1 沈阳市主要水文站天然与实测径流量比较Tab.1 Comparison of calculated natural runoff and measured runoff of main hydro-stations in Shenyang City

说明辽河、浑河、柳河人类活动对河川径流量的影响程度较大，秀水河人类活动对河川径流量的影响程度中等，养息牧河人类活动对河川径流量的影响程度较小。

3.2 实测径流量变化过程分析

图2 沈阳市主要水文站天然与实测多年平均径流量比较Fig.2 Comparison of calculated natural and measured annual average runoff of main hydro-stations in Shenyang City

表2是沈阳市主要水文站1980—2007年径流量变化情况。从1980—2007年径流量变化过程可以看出，近28 a来，沈阳市主要河川径流表现出程度不等的减少趋势。根据实测序列的线性回归趋势分析，可以初步得到8条主要河流的径流模数年均减少幅度在108～1万2 093 m3/(km2·a)之间，平均减少2 061 m3/(km2·a)。其中，蒲河大河泡站径流模数减少幅度最大，为1万2 093 m3/(km2·a)，其次径流模数减少幅度依次是北沙河大东山堡站(2 083 m3/(km2·a))，柳河新民站(1 518 m3/(km2·a))，养息牧河小荒地站(953 m3/(km2·a))，秀水河公主屯站(665 m3/(km2·a))，辽河辽中站(508 m3/(km2·a))，浑河邢家窝棚站(414 m3/(km2·a))，浑河沈阳站(207 m3/(km2·a))，饶阳河东白城子站(108 m3/(km2·a))。

从径流的年际变化进行分析:蒲河、北沙河径流量表现为 1980—1989年、1990—1999年、2000—2007年逐年代减少的特点，其余河流径流量表现为1980—1989年居中、1990—1999年高、2000—2007年低的特点。表明进入2000年后，沈阳市内站点的径流量处于低值时期。将水文站2000—2007年的平均年径流量与多年平均实测年径流量进行比较，除了北沙河、浑河径流量减少程度在20%左右以外，其他河流2000—2007年的径流量减少程度均在50%以上，养息牧河高达83%，秀水河达到77%，柳河65%，辽河60%，蒲河58%，饶阳河52%。

表2 沈阳市主要水文站1980—2007年实测径流量变化Tab.2 Trend analysis of measured runoff of main hydro－ stations in Shenyang City

4 结论

1)沈阳市实测年径流量较天然年径流量的减少程度在2.33% ～32.57%之间，平均减少程度是23.11%。其中:辽河干流、浑河干流、柳河年径流量减少程度较大，均超过30%;秀水河年径流量减少程度略低于20%;养息牧河天然与实测年径流量相差不大，减少程度仅为2.33%。表明辽河、浑河、柳河人类取用水量较大，人类活动对河川径流的影响程度较高;秀水河中等，相对而言，人类活动对养息牧河的河川径流影响程度最小。

2)通过对沈阳地区28年的实测径流量过程分析表明，沈阳市秀水河、养息牧河、柳河、饶阳河、辽河、蒲河、北沙河、浑河这8条主要河流的径流量均呈现不同程度的减少趋势，径流模数年平均减少幅度在108～1万2 093 m3/(km2·a)之间。其中，蒲河大河泡水文站径流模数减少幅度最大，为1万2 093 m3/(km2·a)，饶阳河东白城子水文站径流模数减少幅度最小，为 108 m3/(km2·a)。

3)沈阳市河川实测径流在1980—2007年的年际变化特点是:1980—1989年径流量居中值、1990—1999年居高值、2000—2007年居低值。2000—2007年的平均年径流量与多年平均实测年径流量比较，除了北沙河、浑河减少程度在20%左右外，其余河流减少程度均在50%以上，养息牧河最高，达到83%，饶阳河最少，为52%。

［1］张建云，王国庆.气候变化对水文水资源影响研究［M］.北京:科学出版社，2007

［2］孙凤华，任国玉，赵春雨，等.中国东北地区及不同典型下垫面的气温异常变化分析［J］.地理科学，2005，25(2):167-171

［3］唐蕴，王浩，严登华，等.近50年来东北地区降水的时空分异研究［J］.地理科学，2005，25(2):172-176

［4］王浩，唐克旺，杨爱民，等.水生态系统保护与修复理论和实践［M］.北京:中国水利水电出版社，2010

［5］于灏，刁永桐，聂良斌，等.沈阳市水资源［M］.沈阳:东北大学出版社，2007