浑河流域水文水资源响应变化趋势研究

崔舒颖

（辽宁省抚顺水文局，辽宁 抚顺 113008）

浑河流域是我国东北地区重要的工业基地和农业粮食生产基地之一，流域内人口密度大且城镇化率高，对推动全省经济发展起着重要作用。然而，受各种不利因素影响，浑河流域出现水生态环境不断恶化、水体严重污染、水资源供给压力大、水资源时空分布不均衡以及洪水灾害频发等诸多问题，对科学判断和准确预测未来水资源变化趋势及干旱洪涝等自然灾害造成较大压力，不利于经济社会与资源环境的协调发展[1]。因此，为揭示水资源演变规律，准确识别关键性驱动因子，全面掌握流域水文演化机制，切实提升洪涝灾害防御及预测能力，有必要量化计算和精准识别水资源响应变化趋势及其驱动因子。

目前，我国许多学者研究探讨了流域洪涝灾害的致灾因子，结果发现导致流域洪涝灾害发生概率增大的关键因素是气候变暖引起降雨量增多，而改变流域水文水资源的主要因素是各类工程建设以及林草植被破坏等人类活动[2]。鉴于此，文章结合现有研究成果以及流域内实际情况，采用双累积曲线法和敏感性系数法定量计算分析1985-2020 年间浑河流域水文水资源对人类活动、气候变化的响应过程，并进一步验证两种方法的定量分析结果。

1 流域概况

浑河流域是全省水资源最丰富的内河，也是独立入海河流。浑河全长415km，流域面积2.5 万km2，属于不对称水系。浑河主要流经辽宁中部城市群，人口稠密，传统重工业发达，随着辽河径流量的持续减少以及古源西辽河断流干涸，浑河及其支流太子河承担着中部城市群几乎所有的供水任务。

2 研究方法

2.1 数据来源

水文循环参数的合理选择是保证评价结果科学准确的关键环节，文章结合营口水文站的地貌形态特征及浑河流域水文资料选择3 个代表性水文循环参数，即径流量Q、蒸散发E0、降雨量P，深入探讨关键性驱动因子对改变水文水资源演化的作用机制。

蒸散发和降雨量数据来源于辽宁省气象监测站，采用反距离权重插值法计算流域内各点的潜在蒸散发和降雨量，以平均值作为最终计算结果；流域内的径流量数据来源于营口水文站相关监测资料，年数据序列取1985-2020 年。首先，简要分析敏感性系数法和双累积曲线法的计算过程及其基本原理，然后利用浑河流域的径流序列、蒸散发以及降雨量等要素揭示其水文变化规律，并确定人类活动作用下（变化期）与自然状态下（基准期）水资源改变分界点。

2.2 敏感性系数法

敏感性分析法主要是遵循水量平衡原则来计算不同气候条件下的径流量，从而反映径流对气候变化的响应特征，水量平衡的数学计算式为：

式中：E、△S为流域的蒸散发量和蓄水量变化值，若时间序列较长则蓄水量变化值可以取0。然后利用下式计算气候变化所产生的蒸散发与降雨量之间的关系，即：

式中：ω为植被相关系数。

依据计算经验和相关资料，在年径流量变幅不超过50%的情况下，可以不考虑流量受其它因素的影响变化，采用蒸散发与降雨量的相对变化之差确定流域的径流量变化值，具体计算方法为：

式中：Qclim为流域径流量受气候变化影响的变化值；△E0、△P为蒸散发和降雨量产生的径流量相对变化值；γ、β为蒸散发和降雨量敏感性系数，可利用公式（4）计算确定：

式中：x为干燥系数，可利用E0/P计算确定。

2.3 双累积曲线法

采用双累积曲线的偏移特性可以反映水文序列的一致性特征，在不同因素作用下水文序列的变化情况可以用累积曲线形状特征来描述，其主要原理就是利用相关统计数据建立水文过程与人类活动的相互作用关系，可利用下式表示各水文要素在基准期的线性关系，即：

式中：∑Q、∑P为累积径流量和降雨量；k、b为计算参数。

在各种人类活动影响和自然状态下，设定各演变期内浑河流域的气候变化步调相同，则通过计算实测与模拟径流量的差值即可反映水文水资源径流量对人类活动的响应变化情况，其表达式为：

通过计算基准期与变化期实测径流量的差值即可反映浑河流域水资源径流量对气候变化、人类活动共同作用下的响应变化量，其表达式为：

式中： ∆Qhuman、∆Q为人类活动及其与气候变化共同作用下的径流变化量；mean为计算平均值；Q2c、Q2m、Q1m为变化期流域模拟、实测径流量和基准期实测径流量。

3 结果与分析

3.1 水文序列变化

依据1985-2020 年水文序列统计数据，研究期间浑河流域的蒸散发、降雨量以及径流量序列均呈明显下降趋势；结合径流变化量计算结果，2013年之前浑河流域的蒸散发和径流量呈现出波动上升的变化趋势，而2013 年后逐渐表现出显著下降趋势，且降雨量变化规律不明显[3]。采用敏感性系数法计算分析各水文要素的敏感性特征，如表1 所示。结果显示水文序列期间蒸散发和降雨量均表现出减少趋势，并且降雨量的规律性变化不明显。

表1 蒸散发、降雨及径流量序列敏感性

依据以上计算结果，2008年浑河流域的径流量、降雨量序列出现明显改变，因此以2008 年作为浑河流域水文序列分界点，即1985-2007 年属于该流域自然状态的基准期、2009-2020 年属于人类活动作用的变化期。人类活动作用时期相较于自然状态下浑河的蒸散发、降雨量、径流量依次减小18%、12%、25%。

3.2 水文水资源响应

采用敏感性系数法定量计算浑河流域各水文要素对人类活动、气候变化的响应特征，如表2 所示。结果显示，变化期相较于基准期浑河流域的径流量、蒸散发以及降雨量依次减少125.1mm、116.8mm、170.6mm；基准期和变化期的流域干燥系数依次为0.52、0.46，降雨与蒸散发之间的比值依次为0.48、0.58，水文水资源干燥系数受气候变化、人类活动的共同影响减小11.5%，而降雨与蒸散发的比值提高20.8%。依据浑河流域地貌形态有关资料，以林草植被为主要覆盖物，故植被相关系数ω 取2.1，计算敏感系数和贡献率，如表2 所示。结果表明，受气候变化、人类活动影响浑河流域模拟径流量减少75.0mm 和95.6mm，所对应的贡献率为44%和56%。

表2 蒸散发、降雨量及径流量响应变化量

采用双累积曲线法计算基准期、变化期流域的径流量，如表3 所示。结果显示，2008 年浑河流域的径流与降雨量双累积曲线出现明显偏移，这与分界点计算结果保持较好一致性，然后将基准期的降雨径流关系系数0.9952 代入前文所述公式计算确定变化期模拟径流量。结果显示，模拟与实测径流量之间的差距不断增加，说明人类活动对径流量的影响作用逐渐减弱，气候变化和人类活动减少的径流量为17.5mm、96.9mm，所对应的贡献率为35%、65%。

表3 双累积曲线计算的径流变化量

从表3 可以看出，基准期和变化期浑河流域的径流量变化值为17.5mm、96.9mm。为了保证计算结果的精准度，进一步减少变化期较基准期的计算误差，考虑将基准期模拟径流量减去平均误差，即采用简单误差传递法对模拟径流量进行调整，在此基础上将基准期误差向变化期转移。经误差处理，基准期实测与模拟流量双累积曲线计算结果与之前基本一致，将双累积曲线计算结果经简单误差法处理，如表4 所示。结果表明，经简单误差处理后人类活动所减少的径流量为86.2mm，气候变化和人类活动减少的径流量贡献率为39%、61%，较简单误差处理前人类活动贡献率下降4%，该计算结果与实际情况相符。

表4 经误差传递法处理的径流变化量

4 结 论

1）水文序列时段内浑河流域的蒸散发和降雨量表现出减少趋势，并且降雨量变化规律不明显，2008 年浑河流域的径流量、降雨量序列出现明显改变，故以2008 年作为浑河流域水文序列分界点。

2） 变化期相较于基准期，浑河流域的径流量、蒸散发以及降雨量有所减少，受气候变化、人类活动影响浑河流域径流量逐渐减少，所对应的贡献率为44%和56%。将双累积曲线计算结果利用简单误差法进行处理，结果显示气候变化和人类活动减少的径流量贡献率为39%、61%，较简单误差处理前人类活动贡献率下降4%，这与实际情况更加符合。