河南省海河流域地表水资源演变分析及趋势预测

□潘富强（平顶山水文水资源勘测局）

0 引言

河南省分属淮河、黄河、长江和海河四大流域，其中海河流域是地表水资源最为短缺的区域。省辖海河流域包含漳卫河山丘区、漳卫河平原区及徒骇马颊河区等3个水资源三级区，总面积为15336 km2，其中，漳卫河山丘区总面积6042 km2，漳卫河平原区与徒骇马颊河区面积分别为7589、1705 km2。山丘区面积占整个流域面积的39.40%，平原区占60.60%。

1 流域降雨量趋势分析

根据河南省第二次水资源评价成果，本次河南省海河流域年平均降雨量计算选用雨量站68个，平均每站控制范围约226 km2。第二次水资源评价时，部分雨量站采用插补方式延长资料系列，考虑到数据的准确性及一致性，此次系列长度采用1964-2012年。

利用降雨量距平百分率P对流域降雨丰枯情况进行分析，评价标准见表1：

河南省海河流域多年平均降雨量为582.90mm，绘制流域年降雨量过程线图，可以看出，整个序列未见明显的渐变或跳跃趋势，基本围绕均值上下波动。

序列1977年以前整体偏丰，1977-1989年整体偏枯。1978-1989年13年时间里，枯水年份有7个，丰水年份仅1个，其中1978-1981年为连续枯水年份；1990年以后的23年间，枯水年份有10个，丰水年份8个，丰枯年变化剧烈，其中，1991-1992、2001-2002、2006-2007年为连续枯水年份。

河南省海河流域地处副热带季风区,冬春为大陆性干燥气团所控制,降水量很少,夏秋太平洋低纬度的暖湿气流不断进入造成降雨,汛期6-9月份降雨量约占全年的80%左右,主要降雨集中在7、8两个月,占年雨量的50%以上。受地形陡峻作用,太行山东麓是暴雨中心经常出现的地区，各区域的降雨随着高程的变化明显，3个水资源三级分区中，西部的漳卫河山丘区多年平均降雨量达630mm，而徒骇马颊河区仅有538mm左右。

2 地表水资源演变趋势分析

2.1 流域地表水资源量

河南省海河流域地表水资源主要由地下水和区域降雨补给，地下水补给主要存在于漳卫河山丘区的山前侧向地带，季节性暴雨是河川径流的主要来源。

流域地表水资源量的计算采用分区合成法。漳卫河山丘区选用宝泉、新村、安阳站等系列径流量成果；漳卫河平原区选用修武站与合汲区间、淇安元区间系列径流量成果；徒骇马颊河区选用南乐站系列径流量成果。

根据计算成果，河南省海河流域多年平均地表水资源量为13.06亿m3，3个水资源三级区漳卫河山丘区、漳卫河平原区、徒骇马颊河区地表水资源量分别为8.57，3.98，0.52亿m3。

受降水、气候、地形、植被、土壤、地质及人类活动的影响，地表水资源量的地区分布呈现西多东少，山区多，平原少的特点。漳卫河山丘区植被较好，面积虽然只占整个流域面积的39.40%，但地表水资源量却站整个流域的65.06%，是流域地表水资源的主要来源。

表1 降水量丰枯评价标准表

2.2 流域地表水资源年际变化趋势

点绘河南省海河流域地表水资源量年序列过程线（见图1）可以看出，序列整体有明显的偏离均值趋势，变异较为显著，说明除了随机性成分外，还存在确定性成分的影响。

点绘各水资源三级区地表水资源年序列过程线，可以看出，除了徒骇马颊河区序列未发生变异外，漳卫河山丘区、漳卫河平原区序列整体均有明显变异趋势。

图1 河南省海河流域年均地表水资源过程线图

河南省海河流域受人类活动的剧烈影响，20世纪60、70年代修建了多座中小型水库以及农田灌溉工程，加之小流域治理，河道整治、建坝以及修建地下水补源工程等因素，持续影响了流域地表径流的形成基础，同时也增加了流域的蒸发水量。由此可见，河南省海河流域年径流序列发生变异具有较强的物理基础。

2.3 流域地表水资源预测方法

依据地表水资源变异分析结果，海河流域地表水资源序列存在整体线性趋势，其变化可以用直线描述。根据最小二乘法，可以得到流域年地表水资源序列变化后的趋势直线方程Yt12=353.01-0.17t。

假设序列无趋势变化，序列基础保持一致性的话，序列均值将是通过直线Yt,2=353.01-0.17t第一点（t=1964）的一条水平线，其方程为Yt,2=17.34，它反映了年径流序列变化前的趋势情况。因此海河流域年地表径流序列的趋势变化成分Yt表示为：

根据时间序列Xt的组成，随机成分St=Xt-Yt，因此：

还原后的序列过程线见图2，对于满足一致性的随机成分St，采用P-Ⅲ型频率曲线进行拟合，从而求得年径流均值为

图2 原始系列与一致性分析后系列对比图

x=17.34亿m3，Cv=0.40，Cs/Cv=3.00。

2.4 2012现状年、2020水平年流域地表水资源量预测

2012年现状年某一频率下的设计值，可采用数据合成法，由设计标准P推求满足设计标准的设计值Sp，加上运行时间t时的确定性成分Yt，即可求得运行时间t时，满足设计标准P的水文实际值Xt,p，即

采用P-Ⅲ型频率曲线进行拟合，2012现状年地表水资源序列均值8.96亿m3，Cv=0.72，Cs/Cv=2.00。序列各频率设计值见表2。

2020水平年地表水资源序列均值x=7.59亿m3，Cv=0.78，Cs/Cv=2.00。序列各频率设计值见表2。

表2 河南省海河流域地表水资源序列不同时期频率计算成果表

从表2可以看出，2020水平年与现状（2012年）相比较，河南省海河流域年地表水资源量在丰水年（P<30%）减少幅度为5%～15%、平水年（40%70%）减少20%左右，这种变化趋势，对区域水资源的开发利用和生态环境保护极为不利。

3 结论

通过对河南省海河流域49年降雨、地表水资源量序列资料的分析，在区域气候条件相对稳定，降雨序列未发生明显变异情况下，其年地表水资源量序列发生了较为明显的线性下降。3个水资源分区中，漳卫河山丘区、漳卫河平原区变化明显，徒骇马颊河区基本无变化。初步分析表明，人类活动引起的流域下垫面变化是影响地表水资源量序列发生变异的最主要因素。

采用基于趋势的水文频率计算方法对流域地表水资源序列进行水文频率计算，多年平均地表水资源量在过去、现状、未来（2020年）3个时期评价结果分别为17.34，8.96，7.59亿m3。现状与过去地表水资源量相比减少约50%，未来与现状相比减少约15%，反映3个时期地表水资源量的形成条件发生了显著变化。

[1]谢平，陈广才，等.变化环境下地表水资源评价方法[M].北京:科学出版社，2009.