滏陽(yáng)河?xùn)|武仕水庫(kù)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(cè)局 河北 邯鄲 056001）

1 引言

東武仕水庫(kù)是滏陽(yáng)河源頭上的一座大型水庫(kù)工程，擔(dān)負(fù)著防洪、灌溉、發(fā)電、旅游和城市供水等諸多任務(wù)，是邯鄲市及其水庫(kù)下游六個(gè)縣（市）最主要的水源地之一，是邯鄲市實(shí)施“東蓄、中調(diào)、西治”生態(tài)水網(wǎng)工程的重要組成部分。分析研究東武仕水庫(kù)以上流域降水徑流變化的趨勢(shì)和成因，可為水資源有效利用、生態(tài)水網(wǎng)建設(shè)及水量調(diào)配提供決策依據(jù)。

2 研究區(qū)概況及主要特點(diǎn)

2.1 研究區(qū)概況

東武仕水庫(kù)位于邯鄲市磁縣境內(nèi)，1959年興建為中型水庫(kù)，1960年開始蓄水，1970年擴(kuò)建成大型水庫(kù)，總庫(kù)容1.81×108m3，控制流域面積340km2。水庫(kù)以上流域?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，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(qū)主要特點(diǎn)

（1）東武仕水庫(kù)地處峰峰礦區(qū)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(dú)立的補(bǔ)給、徑流、排泄水文地質(zhì)單元（邯邢水文地質(zhì)南單元），泉群排泄量全部匯入東武仕水庫(kù)。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(kù)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(qū)遠(yuǎn)大于地面匯水區(qū)，導(dǎo)致徑流系數(shù)大于1的反常現(xiàn)象。據(jù)1956年～2008年?yáng)|武仕水庫(kù)水文站降水、徑流資料計(jì)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(kù)以上流域降水量年內(nèi)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?jī)H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(nèi)變化相對(duì)平穩(wěn)，年際變化相對(duì)較大。根據(jù)建庫(kù)前的月平均徑流量資料分析計(jì)算，年內(nèi)最大徑流量一般出現(xiàn)在8月份～11月份，4個(gè)月的徑流量占年徑流量的40.7%，年內(nèi)最小徑流量一般出現(xiàn)在4月份～6月份，3個(gè)月的徑流量占年徑流量的20.2%，其余5個(gè)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(kù)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(kù)站歷年入庫(kù)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(shí)間序列的變化趨勢(shì)、變化顯著性和突變點(diǎn)，分別就氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)徑流量的影響進(jìn)行了定量估算。

4 研究區(qū)內(nèi)降水量、徑流量的變化趨勢(shì)分析

4.1 年降水量變化趨勢(shì)分析

1956年～2008年，東武仕水庫(kù)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(shì)。其中，20世紀(jì)50和60年代，由于有1956年和1963年兩個(gè)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(xù)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(jì)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(shuō)明降水量受環(huán)境影響較弱，雖有下降趨勢(shì)但不顯著。如圖1所示。

4.2 年徑流量變化趨勢(shì)分析

1956年～2008年，東武仕水庫(kù)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(shì)。其中，20世紀(jì)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(xù)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(jì)的前8年，分別較多年平均偏少48.8%和53.8%。說(shuō)明年徑流量受環(huán)境影響較強(qiáng)，有明顯下降趨勢(shì)。如圖1所示。

5 變化環(huán)境影響前后的降水徑流變化分析

通過繪制東武仕水庫(kù)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(huán)境變化影響降水徑流的分界年。即：1956年～1981年環(huán)境變化影響較弱（或影響前）；1982年～2008年為環(huán)境變化影響較強(qiáng)（或影響后）。東武仕水庫(kù)站1956年～2008年降水～徑流雙累積曲線見圖2。

為對(duì)比分析變化環(huán)境影響前、后不同量級(jí)降水量條件下的徑流變化，分別計(jì)算變化環(huán)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(duì)比分析環(huán)境影響前、后期不同保證率降水量年份相對(duì)應(yīng)的年徑流量變化。對(duì)比計(jì)算結(jié)果見表1。

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

6 變化環(huán)境下影響徑流量的定量分析

6.1 氣候變化和人類活動(dòng)影響程度分析

氣候變化和人類活動(dòng)是影響徑流量發(fā)生變化的主要原因。因此，可將東武仕水庫(kù)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(gè)隨機(jī)降水～徑流系列，對(duì)兩個(gè)系列的特征值進(jìn)行比較，可得出氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)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(dòng)對(duì)徑流量影響的綜合結(jié)果［1］。即：

表1 變化環(huán)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(huán)境影響徑流量估算表

表3 1991年～2008年人類活動(dòng)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—?dú)夂蜃兓绊懙膹搅髁浚?/p>

△Q人類活動(dòng)—人類活動(dòng)影響的徑流量；

在得到環(huán)境變化綜合影響下的徑流量后，即可求解人類活動(dòng)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(guān)圖，建立回歸方程（y=0.0078x-0.4665；相關(guān)系數(shù)＝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(yīng)時(shí)段下不受人類活動(dòng)影響的降水～徑流系列；然后，將得到的徑流量與實(shí)際的徑流量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，它們的差值，即是人類活動(dòng)對(duì)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(dòng)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(kù)以上流域變化環(huán)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(dòng)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(dòng)影響定量分析

人類活動(dòng)對(duì)徑流量的影響主要有下墊面的改變和水利工程的開發(fā)利用。

根據(jù)黑龍洞泉域研究成果，人類活動(dòng)導(dǎo)致下墊面條件劇烈改變的時(shí)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(shí)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(guān)系圖，建立回歸方程（y=0.0053x-0.8390；相關(guān)系數(shù)＝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(yīng)時(shí)段下不受下墊面影響的徑流量系列，它與實(shí)際徑流量數(shù)據(jù)的差值，即是下墊面改變后對(duì)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(kù)以上流域受人類活動(dòng)影響，年平均減少?gòu)搅髁?.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(dòng)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(dòng)影響減少總量的76.5%。

7 結(jié)論

（1）1956年～2008年的53年間，研究區(qū)內(nèi)降水量總體呈減少趨勢(shì)，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(shì)明顯，影響前后衰減幅度為61.3%；環(huán)境變化影響導(dǎo)致徑流減少的界限為1981年。

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

（3）在人類活動(dòng)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(nèi)大型地下水水源地被開發(fā)利用之后，黑龍洞泉水時(shí)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(dòng)影響減少?gòu)搅骺偭康?6.5%；受下墊面影響而減少的徑流量占人類活動(dòng)影響減少?gòu)搅骺偭康?3.5%。陜西水利

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