汉中地区水源涵养能力分析

谢栗 肖祥月

摘要    通过水量平衡法结合遥感和ArcGIS软件计算汉中地区水源涵养量，将水源涵养能力分为弱、中、强3个等级，得出该地区呈现自西向东、从北到南逐渐增强的结论，并得出降雨量是水源涵养能力强弱的主要影响因素。

关键词    水源涵养功能;计算方法;降雨量;汉中地区

中图分类号    P344        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）12-0151-02

水源涵養能力受气候因子、土壤类型、地形地貌等诸多因素影响，在较大空间范围和区域尺度研究水源涵养生态功能一直是科学研究中的难点。国内外关于生态系统水源涵养能力的测算方法很多，譬如水量平衡法、地下径流增长法、降水存储法等[1]，其中利用水量平衡法在大尺度空间范围内研究水源涵养能力能相对客观地反映其分布规律及直接、间接产生的经济价值。

由于汉中市地处秦岭巴山之间，全年雨量丰沛，年径流系数高，地形平缓，物产富饶，准确评估该地区水源涵养能力具有非常重要的意义。

1    区域概况与分析方法

1.1    研发区概况

汉中地区总面积27 246 km2，其中山区占75.2%、丘陵占14.6%、平川占10.2%，长江最大支流汉江发源于宁强县，也是“南水北调”中线水源涵养地和陕西“引汉济渭”工程水源涵养地。平均气温14 ℃，全市年降水量700～1 700 mm，其中南部米仓山最为丰富，降水量为陕西省之冠。整个汉中地区年平均相对湿度分布态势基本呈南大北小。汉江平坝、巴山山地为70%～80%;秦岭山地为73%。一年中冬、春季相对湿度较小，夏、秋季较大;9—10月为全年之冠，相对湿度为80%～86%;冬季（12月至翌年2月）3个月汉江平坝、巴山山地为75%～80%，秦岭山地为58%～66%。

1.2    分析方法

选取11个县区自动站（来源于汉中市气象局）的降雨量观测数据，通过插值获得空间分辨率1 km×1 km的网格图像。

水量平衡方程式分为4类，其中大气系统平衡方程式为P-R-E=±ΔS，流域系统平衡方程式为P-R-E=±ΔS，土壤系统平衡方程式为P+Cm-R+Si-E=±ΔW，地下水系统平衡方程式为αP+Ui-Eu=±ΔU。

结合4个系统水量平衡公式列成联立方程，确定选取整个汉中地区范围，根据数据精度划分为1 km×1 km的闭合单元，作为独立的集水区，将自动站降水量作为水分输入量，蒸发和径流作为水分输出量，估算每个单元水量平衡公式可列为：

P=E+ΔW+C

其中，P为降水量，E为蒸发量，ΔW为土壤储水量，C为地表径流量，单位均为mm。

ΔW+C作为每个闭合单元的存水量及提供给江河径流的水量，可大致确定为该单元水源涵养能力的体现。通过遥感图像处理系统软件（ERDAS）建模[2]，即可求得P、E之间的差值，从而可以进一步获得区域水源涵养能力的初步评估结果。

2    结果与分析

2.1    水源涵养量变化趋势

2006—2012年，汉中地区水源涵养量在51.15～370.18 mm之间波动，且出现逐年增加趋势（图1），多年平均值为136.76 mm，2010—2012年这3年的水源涵养量大于多年均值，其余均低于均值。

2.2    各县区水源涵养能力分布

通过建模对水源涵养各闭合单元计算可以得出，汉中地区水源涵养量集中在-250～1 150 mm/a之间（图2）。当涵养区水源涵养量<0 mm/a时，说明蒸发量大于降雨量，涵养能力较差，如西部地区宁强、略阳、勉县一带虽然处于嘉陵江流域，但受地质地貌及森林覆盖率的影响，部分地区仍出现负值;而汉中东部佛坪县及大巴山一带水源涵养能力较强，有些地区高达950 mm/a以上。

通过ArcGIS中地图处理软件统计11个县区不同层级水源涵养量所占的比例可以发现，水源涵养能力弱的区域约占10%，集中在西部、中部平川部分地区;而水源涵养能力中等地区约占55%，包括平川5个县大部分地区;水源涵养能力高的区域占35%，分布在巴山及米仓山、秦岭南麓佛坪县一带。

根据多年降水量统计发现，我国水量平衡要素组成的重要界线年降水量（1 200 m）在汉中地区基本适用[3]，如南郑县南部、西乡县米仓山沿线年降水量均>1 200 mm，而镇巴县为陕西省暴雨中心，大部分地区年降雨量高达1 400 mm以上。通过ArcGIS显示结果发现，各地水源涵养能力与降雨量基本相符。

水源涵养功能是大尺度生态系统最主要的生态服务功能，因而通过实施一系列措施获得最大水源涵养量具有重要意义[4-5]，譬如通过植树造林来改善生态系统水源涵养能力、减轻人类活动的影响、控制水土流失等。作为“南水北调”中线水源涵养地和陕西“引汉济渭”工程水源涵养地，近几年已开展一系列生态工程建设方案，例如天然林保护工程、退耕还林工程、贫困地区生态移民工程、资源利用工程、居民教育工程。上述工程已纳入生态功能保护区规划之中，按照国家、地方法律法规、政策，可协调区域内生态环境的可持续发展。

3    结论

（1）从空间尺度分析，汉中地区水源涵养能力呈现自西向东、从北到南逐渐增强分布。

（2）西部嘉陵江流域的略阳、宁强两县部分地区水源涵养量较小，在评估生态系统整体水源涵养能力时，不能简单认为水系附近水源涵养能力就强[6-8]。

（3）汉中是重要的水源涵养区，在土壤保持和南水北调中线工程中起到了极其重要的作用，加大对该地区的生态保护具有十分重要的意义。

4    参考文献

[1] 邓坤枚，石培礼，谢高地.长江中游森林生态系统水源涵养量与价值研究[J].资源科学，2002，24（6）：68-73.

[2] 田静，苏红波，陈少辉，等.近20年来中国内陆地表蒸散的时空变化[J].资源科学，2012，34（7）：1277-1286.

[3] 郭中伟，甘雅玲.基于功能与空间格局的区域生态系统保育策略[J].生物多样性，2002，10（4）：399-408.

[4] 李盈盈，刘康，胡胜，等.陕西省子午岭生态功能区水源涵养能力研究[J].干旱区地理，2015，38（3）：636-642.

[5] 王先棒，贺康宁，董喆，等.北川河流域典型林型水源涵养能力评价[J].中国水土保持科学，2017，15（5）：94-102.

[6] 刘昌明，钟骏襄.黄土高原森林对年径流影响的初步分析[J].地理学报，1978，33（2）：31-36.

[7] 康艳.秦岭山地植被水源涵养功能空间分布格局及生态保育策略[D].西安：西北大学，2005.

[8] 刘康，马乃喜，胥艳玲，等.秦岭山地生态环境保护与建设[J].生态学杂志，2004（3）：157-160.