滏陽河東武仕水庫站降水徑流演變研究

周盡忠 梁鳳欣 周世忠

（河北省邯鄲水文水資源勘測局 河北 邯鄲 056001）

1 引言

東武仕水庫是滏陽河源頭上的一座大型水庫工程，擔負著防洪、灌溉、發電、旅游和城市供水等諸多任務，是邯鄲市及其水庫下游六個縣（市）最主要的水源地之一，是邯鄲市實施“東蓄、中調、西治”生態水網工程的重要組成部分。分析研究東武仕水庫以上流域降水徑流變化的趨勢和成因，可為水資源有效利用、生態水網建設及水量調配提供決策依據。

2 研究區概況及主要特點

2.1 研究區概況

東武仕水庫位于邯鄲市磁縣境內，1959年興建為中型水庫，1960年開始蓄水，1970年擴建成大型水庫，總庫容1.81×108m3，控制流域面積340km2。水庫以上流域屬暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候區，流域多年平均（1956年～2008年）降水量537.0mm，多年平均徑流量2.7879×108m3。

2.2 研究區主要特點

（1）東武仕水庫地處峰峰礦區黑龍洞泉域下游，徑流量主要以泉群排泄為主。黑龍洞泉域是獨立的補給、徑流、排泄水文地質單元（邯邢水文地質南單元），泉群排泄量全部匯入東武仕水庫。由于黑龍洞泉域主要含水巖系為寒武系、奧陶系碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖系，故而形成東武仕水庫以上流域地表、地下匯水界限不重合。其中，地下匯水面積2404km2，是地面匯水面積的7.07倍。

⑵由于該流域地下匯水區遠大于地面匯水區，導致徑流系數大于1的反常現象。據1956年～2008年東武仕水庫水文站降水、徑流資料計算，多年平均徑流深820.0mm，是多年平均降水量的1.53倍。

⑶東武仕水庫以上流域降水量年內分配不均，年際變化較大。其中，汛期6月～9月的降水量占年降水量的75%左右；最大年降水量1250.3mm，最小年降水量僅有219.6mm，最大最小年降水量的比為5.69倍。

⑷與年降水量相比，徑流量的年內變化相對平穩，年際變化相對較大。根據建庫前的月平均徑流量資料分析計算，年內最大徑流量一般出現在8月份～11月份，4個月的徑流量占年徑流量的40.7%，年內最小徑流量一般出現在4月份～6月份，3個月的徑流量占年徑流量的20.2%，其余5個月的徑流量占年徑流量的39.1%；最大年徑流量7.1198×108m3，最小年徑流量0.6331×108m3，最大最小年徑流量的比為11.25倍。

3 選用資料與分析方法

選用東武仕水庫以上流域1956年～2008年的東武仕、王看、峰峰雨量站的歷年降水量資料和東武仕水庫站歷年入庫徑流量資料。

主要采用降水量累積曲線、徑流量累積曲線、降水量～徑流量雙累積曲線、水文比擬等研究方法。找出降水～徑流時間序列的變化趨勢、變化顯著性和突變點，分別就氣候變化和人類活動對徑流量的影響進行了定量估算。

4 研究區內降水量、徑流量的變化趨勢分析

4.1 年降水量變化趨勢分析

1956年～2008年，東武仕水庫以上流域面平均降水量537.0mm。53年間，降水量總體呈減少趨勢。其中，20世紀50和60年代，由于有1956年和1963年兩個特大豐水年，年代平均降水量最大，分別較多年平均降水量多20.1%和12.2%；70年代以后，降水量持續減少；80年代降水量降至最低水平，較多年平均降水量少8.5%；90年代到21世紀的前8年，年代平均降水量大致與70年代持平，均較多年平均降水量少5.1%。說明降水量受環境影響較弱，雖有下降趨勢但不顯著。如圖1所示。

4.2 年徑流量變化趨勢分析

1956年～2008年，東武仕水庫以上流域年平均徑流量2.7879×108m3。53年間，年徑流量呈大幅減少趨勢。其中，20世紀50年代平均徑流量較多年平均偏大71.6%；60和70年代，平均徑流量雖持續減少，但仍較多年平均偏大58.7%和30.8%；80年代徑流量急劇衰減，較多年平均偏少33.4%；90年代到21世紀的前8年，分別較多年平均偏少48.8%和53.8%。說明年徑流量受環境影響較強，有明顯下降趨勢。如圖1所示。

5 變化環境影響前后的降水徑流變化分析

通過繪制東武仕水庫站年降水量和年徑流量累積曲線（省略）及降水～徑流雙累積曲線，可明顯看出1981年為環境變化影響降水徑流的分界年。即：1956年～1981年環境變化影響較弱（或影響前）；1982年～2008年為環境變化影響較強（或影響后）。東武仕水庫站1956年～2008年降水～徑流雙累積曲線見圖2。

為對比分析變化環境影響前、后不同量級降水量條件下的徑流變化，分別計算變化環境影響前、后期系列的降水量頻率，確定兩系列不同保證率（豐、平、枯）降水量的年份，然后對比分析環境影響前、后期不同保證率降水量年份相對應的年徑流量變化。對比計算結果見表1。

由表1可看出，變化環境影響前、后期的年降水量豐、平、枯頻率級的年徑流量皆減少很多，而且隨著降水量級的減少，徑流量的衰減更為劇烈。

6 變化環境下影響徑流量的定量分析

6.1 氣候變化和人類活動影響程度分析

氣候變化和人類活動是影響徑流量發生變化的主要原因。因此，可將東武仕水庫1956年～2008年的降水～徑流量系列，按影響前、后，組成1956年～1981年和1982年～2008年兩個隨機降水～徑流系列，對兩個系列的特征值進行比較，可得出氣候變化和人類活動對徑流量的影響程度。其中，兩系列的均值之差，為氣候變化和人類活動對徑流量影響的綜合結果［1］。即：

表1 變化環境影響下不同降水保證率條件下的徑流變化分析

表2 變化環境影響徑流量估算表

表3 1991年～2008年人類活動影響估算表

式中，△Q綜合影響—為綜合影響的徑流量；

△Q氣候變化—氣候變化影響的徑流量；

△Q人類活動—人類活動影響的徑流量；

在得到環境變化綜合影響下的徑流量后，即可求解人類活動和氣候變化影響下的徑流量。首先，繪制1956年～1981年系列的降水～徑流相關圖，建立回歸方程（y=0.0078x-0.4665；相關系數＝0.92）；而后，將1982年～2008年系列的逐年降水量代入該回歸方程式，得到相應時段下不受人類活動影響的降水～徑流系列；然后，將得到的徑流量與實際的徑流量數據進行對比，它們的差值，即是人類活動對徑流的影響量；最后，可求出氣候變化影響下的徑流量。氣候變化和人類活動影響程度分析估算成果見表2。

由表2可以看出，東武仕水庫以上流域變化環境綜合影響減少的徑流量為2.4967×108m3。其中，氣候變化影響減少的徑流量為0.4880×108m3，占綜合影響的19.5%；人類活動影響減少的徑流量為2.0087×108m3，占綜合影響的80.5%。

6.2 人類活動影響定量分析

人類活動對徑流量的影響主要有下墊面的改變和水利工程的開發利用。

根據黑龍洞泉域研究成果，人類活動導致下墊面條件劇烈改變的時間約在1990年以后，而主要水利工程和大型水源地多在1990年前興建完成。因此，選用1982年～1990年時段的降水～徑流系列，近似作為僅受水利工程影響而沒有受到下墊面改變影響的徑流系列；而后，繪制該系列降水徑流關系圖，建立回歸方程（y=0.0053x-0.8390；相關系數＝0.93）；然后，將 1991年～2008年的逐年降水量代入回歸方程式，即可得到相應時段下不受下墊面影響的徑流量系列，它與實際徑流量數據的差值，即是下墊面改變后對徑流量的影響量。1991年～2008年下墊面和水利工程影響的徑流量估算成果見表3。

由表3可以看出，1991年～2008年，東武仕水庫以上流域受人類活動影響，年平均減少徑流量2.1571×108m3。其中，受下墊面影響減少的平均徑流量為0.4880×108m3，占人類活動影響減少總量的23.5%；受水利工程影響減少的平均徑流量為1.6508×108m3，占人類活動影響減少總量的76.5%。

7 結論

（1）1956年～2008年的53年間，研究區內降水量總體呈減少趨勢，但不顯著，影響前后減少的幅度為9.2%；徑流量衰減劇烈，下降趨勢明顯，影響前后衰減幅度為61.3%；環境變化影響導致徑流減少的界限為1981年。

（2）人類活動是影響徑流減少的主要因素。相對于1956年～1981年，變化環境對天然徑流量的影響較弱；1982年～2008年，人類活動影響導致的徑流量減少占徑流減少總量的80.5%；氣候變化導致的徑流量減少占徑流減少總量的19.5%。

（3）在人類活動影響因素中，水利工程措施是造成徑流量減少的主要原因，尤其是在流域內大型地下水水源地被開發利用之后，黑龍洞泉水時有斷流。1981年～2008年間，受水利工程措施影響而減少的徑流量占人類活動影響減少徑流總量的76.5%；受下墊面影響而減少的徑流量占人類活動影響減少徑流總量的23.5%。陜西水利

[1]劉克巖，張櫓，張光輝等.人類活動對華北白洋淀流域徑流影響的識別研究［J］.水文，2007（06）：6-1.