近10年沁河流域径流变化原因分析

侯保俭，李 焯，李克飞

(1.黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 450003；2.黄河水利委员会水文局,河南 郑州 450004)

沁河发源于山西省长治市沁源县太岳山南麓的二郎神沟，是黄河三门峡至花园口区间的第二大支流，流经山西、河南两省的16个县市，于武陟县南贾村汇入黄河。沁河干流河道全长485 km，流域面积13 532 km2。流域多年平均气温5～11 ℃，多年平均降水量为613.1 mm。

流域总人口350.6万人，其中城镇人口172.0万人，城镇化率49.1%，国内生产总值1 243亿元，耕地面积453万亩，人口分布与气候、地形、资源及城镇的分布关系密切。随着沁河流域经济社会的发展，流域水资源消耗增大，近年来沁河流域径流量发生明显变化。通过对王浩等[1-2]、张建云[3]、丁一汇[4]、潘燕辉等[5]、仕玉治[6]、莫淑红[7]、王渺林等[8-9]、侯保俭等[10]的研究分析，对流域水资源变化的影响主要是由气候变化和人类活动两个方面的影响。如何评判气候变化和人类活动对流域河川径流的影响程度，对深入了解沁河流域水文特性和生态环境演变过程、适应机制以及未来发展趋势等具有重大意义。

1 径流量变化分析

沁河流域现有水文测站7处(见表1)，其中5处位于沁河干流，从上至下依次是孔家坡、飞岭、润城、五龙口和武陟。支流丹河上设有山路平水文站，沁水河上设有油房水文站。沁河流域内气象站主要有沁水、阳城及安泽等6处，雨量站共有49处，其中润城以上37处、张峰以上25处、飞岭以上17处，每个雨量站的平均控制面积约200 km2。

表1 沁河流域各水文站基本情况Table 1 Basic condition of hydrological stations in Qinhe River basin

沁河流域地下水开采、水利工程建设引起的水面蒸发附加损失等人类活动对河川径流量有一定的影响，采用成因分析方法对沁河流域各站径流量系列进行一致性处理(将下垫面条件处理到2000年水平)，见表2。

表2 沁河主要测站1956—2000年多年平均河川径流量Table 2 Annual mean runoff of main stations in Qinhe River from1956 to 2000 亿m3

沁河流域各站实测径流量总体上呈现逐年代递减的趋势，与1956—2000年相比，飞岭、润城、五龙口、山路平和武陟2001—2010年实测多年平均年径流量均呈现明显下降的趋势，减少百分比分别为43.6%、58.5%、46.9%、95.6%和38.4%，见表3。

表3 沁河主要控制断面实测年径流量均值对比情况Table 3 Comparison of the mean measured annual runoff ofmain control section of Qinhe River 亿m3

2 降水量变化影响

2.1 降雨量变化影响

统计沁河飞岭以上、飞岭-润城、润城-五龙口、山路平以上、武陟以上年降雨量，并计算不同时段各分区均值，见表4。研究选定的基准系列为1956—2000年，选定的参考系列为2001—2010年。绘制各分区降雨量年际变化和年代均值变化过程线，分析其年际和年代变化，见图1～图5。

表4 沁河不同时段分区降雨量对比情况Table 4 Rainfall comparison of Qinhe River partition in differentperiods mm

图1 飞岭以上年降雨量过程线Fig. 1 Feiling annual rainfall hydrograph from 1956 to 2000

图2 飞岭-润城区间年降雨量过程线Fig. 2 Annual rainfall hydrograph of Feiling-Runcheng interval

图3 润城-五龙口区间年降雨量过程线Fig. 3 Annual rainfall hydrograph of Runcheng-Wulongkou interval

图4 山路平以上年降雨量过程线Fig. 4 Shanluping annual rainfall hydrograph

图5 武陟以上年降雨量过程线Fig. 5 Wuzhi annual rainfall hydrograph

由图1～图5分析可知，飞岭以上和山路平以上降水量总体变化趋势不明显，飞岭-润城区间和武陟以上年降雨量总体呈缓慢的减少趋势，山路平以上年降雨量总体变化趋势不明显；5个区间的50年代、60年代略高于多年均值，70年代、80年代与多年均值接近，90年代之后略低于多年均值；飞岭以上、飞岭-润城、润城-五龙口、山路平以上和武陟以上5个区间2001—2010年均值较1956—2000年系列分别偏小1.57%、15.1%、4.98%、3.74%和3.83%，偏小幅度均小于同期径流减少的幅度；说明近10年来，沁河流域降雨径流关系较长系列发生了较大变化，相同降雨条件下的产流量偏小。

2.2 降雨径流关系变化分析

选取飞岭以上、五龙口以上、山路平以上和武陟以上4个区域，分别建立1956—2000年和2001—2010年的年降雨-天然径流关系。飞岭以上人类活动很少，能够直观反映下垫面的自然变化对降雨产流的影响，五龙口以上代表沁河干流主要产水区，山路平以上代表丹河支流，武陟以上代表整个沁河流域。4个区域年降雨-天然径流关系见图6～图9。

图6 飞岭以上年降雨-天然径流关系(1956—2000年基准)Fig. 6 Relationship diagram of Feiling annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

图7 五龙口以上年降雨-天然径流关系(1956—2000年基准)Fig. 7 Relationship diagram of Wulongkou annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

图8 山路平以上年降雨-天然径流关系(1956—2000年基准)Fig. 8 Relationship diagram of Shanluping annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

图9 武陟以上年降雨-天然径流关系(1956—2000年基准)Fig. 9 Relationship diagram of Wuzhi annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

由图6～图9分析可知，飞岭以上、五龙口以上和武陟以上1956—2000年降雨-天然径流关系的趋势线高于2001—2010年系列的趋势线，说明2001年后的降雨径流关系较1956—2000年发生了较为明显的变化，相同降雨的产流量减少。山路平以上1956—2000年和2001—2010年的降雨-天然径流关系趋势线基本重合，两系列的点距也散乱的分布于同一区域内，说明2001年后山路平以上的降雨径流关系未发生较大变化。同时建立飞岭以上、五龙口以上和武陟以上1956—2000年降雨-天然径流量的相关方程(图中R为径流量，P为降雨量)，并将2000—2010年逐年的降雨带入相关方程，求得2000年前下垫面条件下的理论产流量，并与实际的天然径流量比较(见表5)，可得出降雨变化和下垫面变化对天然径流的影响程度。

表5 降雨变化和下垫面变化对天然径流的影响程度Table 5 Influence degree of rainfall change and underlying surface change on natural runoff 亿m3

2.3 降雨影响程度

1)2001—2010年系列与1956—2000年系列相比，沁河流域飞岭以上、五龙口以上和武陟以上年和汛期的降雨-天然径流关系均发生了变化，在相同降雨条件下天然径流量有所减少；但山路平以上降雨-天然径流关系未发生较大的变化。

2)飞岭以上人类活动较少，但2001—2010年系列的降雨径流关系仍较1956—2000年系列发生了较大的变化。经分析，2001年后年天然径流量减少的因素中，下垫面变化因素占88.9%，降雨变化因素占11.1%；汛期天然径流量减少的因素中，下垫面变化因素占76.8%，降雨变化因素占23.2%。汛期降雨变化的影响程度大于全年影响程度。

3)五龙口以上为沁河主要产流区，2001年后较1956—2000年系列年天然径流量减少的因素中，下垫面变化因素占69.1%，降雨变化因素占30.9%；汛期天然径流量减少的因素中，下垫面变化因素占73.6%，降雨变化因素占26.4%。汛期降雨变化的影响程度与全年接近。

4)以武陟以上代表整个沁河流域，2001年后较1956—2000年系列年天然径流量减少的因素中，下垫面变化因素占80.8%，降雨变化因素占19.2%；汛期天然径流量减少的因素中，下垫面变化因素占72.9%，降雨变化因素占27.1%。汛期降雨变化的影响程度大于全年影响程度。

5)沁河流域2001—2010年河川天然径流量较1956—2000年均值减少了2.66亿m3，将武陟年降雨径流关系确定的影响因素分析结果拓展到整个流域，则降雨变化减少天然径流量0.51亿m3，占减少量的19.2%，下垫面因素减少天然径流量2.15亿m3，占减少量的80.8%。

3 人类活动影响

3.1 地下水开发利用及煤炭开采影响

根据沁河流域水资源开发利用成果，沁河2013年地下水开采量达到了5.30亿m3，消耗量3.02亿m3。沁河流域近10年地表水与地下水之间的不重复量2.0亿m3。因此，沁河流域地下水开采，对河川径流产生了一定的影响。

沁河流域内矿产资源丰富，煤炭业发展迅速，煤焦产量成倍增加，煤炭工业成为沁河流域经济的一大支柱性产业。尤其是晋城市矿产资源丰富，蕴藏着煤、煤气层、锰铁矿、铝铁矿等数十种矿产资源，特别是煤、铁的储量可观，有“煤铁之乡”之美称，煤炭资源探明储量273.48亿t，铁矿储量1.45亿t，无烟煤储量约占全国1/4，占山西省的1/2，是我国能源重化工基地的重要组成部分，也是我国重要的无烟煤化工基地。煤炭开采对河川径流有一定的影响。

沁河流域地下水开采以及煤炭开采，对河川径流影响最直接的表现形式是沁河流域泉水补给河川径流量大幅度减少。延河泉位于阳城县延河村，是沁河干流一系列出露泉群中最大的一个，20世纪60—80年代泉水流量为3～4 m3/s，90年代后减少为2.6 m3/s左右。根据山西省清水泉流量调查成果，沁河境内近些年泉水溢出量减少十分明显。沁河流域泉域多年平均补给河道基流量3.42亿m3。2001年以来，由于地下水开采、煤炭开采等影响，沁河流域泉水补给量只有2.11亿m3，占沁河河川径流量19.5%。

由于沁河流域泉水补给河川径流量减少导致沁河河川径流量减少了1.31亿m3，占减少量2.66亿m3的 49.2%。

3.2 水土流失治理影响

根据第2次全国土壤侵蚀遥感调查成果，沁河流域水土流失面积为10 095 km2，占流域总面积的74.6%。按侵蚀强度分，轻度侵蚀面积4 710km2，占流域水土流失面积的46.65%；中度侵蚀面积4 812 km2，占47.66%；强烈侵蚀面积574 km2，占5.68%。

近年来，沁河流域水土流失治理先后实施了农业综合开发水保项目、国债水保项目、淤地坝等一大批重点工程项目，特别是近几年来国家对重点治理区投资力度加大。截止2013年，沁河流域累计初步治理水土流失44.55万hm2，初步治理度为44.13%。水土保持工程建设，在改善当地人民的生活生产条件、保护和改善生态环境、减少水土流失等方面，发挥了极为重要的作用。水土流失治理，通过拦截水量、植物蒸腾等途径利用了一部分河川径流，从而减少了河川径流。

3.3 其它影响

20世纪90年代以前，沁河流域基本没有人工集雨工程。此外，沁河现有集雨工程近10万处，其中山西省2万处，年利用水量117万m3；河南省8万处，年利用水量532万m3。沁河流域雨水资源利用总量达到了649万m3。

水土流失治理、水电开发、雨水利用等因素的共同作用，导致沁河近10年河川径流减少了0.84亿m3，占减少量2.66亿m3的31.6%。

4 结 语

综上所述，沁河流域近10年河川径流量减少，降雨变化作用占19.2%，人类活动影响占80.8%(其中，水资源开发利用作用占49.2%，水土流失治理、水利工程建设、雨水利用、城镇化建设、道路扩建等因素作用占31.6%)。未来随着人类活动越来越频繁，对沁河流域径流量的影响势必会逐渐增强，为了维持沁河流域的生态健康，应合理安排水利调节工程，发展高效节水经济，以维持流域经济社会和河道健康可持续发展。

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