河南省海河流域地表水資源演變分析及趨勢(shì)預(yù)測(cè)

□潘富強(qiáng)（平頂山水文水資源勘測(cè)局）

0 引言

河南省分屬淮河、黃河、長(zhǎng)江和海河四大流域，其中海河流域是地表水資源最為短缺的區(qū)域。省轄海河流域包含漳衛(wèi)河山丘區(qū)、漳衛(wèi)河平原區(qū)及徒駭馬頰河區(qū)等3個(gè)水資源三級(jí)區(qū)，總面積為15336 km2，其中，漳衛(wèi)河山丘區(qū)總面積6042 km2，漳衛(wèi)河平原區(qū)與徒駭馬頰河區(qū)面積分別為7589、1705 km2。山丘區(qū)面積占整個(gè)流域面積的39.40%，平原區(qū)占60.60%。

1 流域降雨量趨勢(shì)分析

根據(jù)河南省第二次水資源評(píng)價(jià)成果，本次河南省海河流域年平均降雨量計(jì)算選用雨量站68個(gè)，平均每站控制范圍約226 km2。第二次水資源評(píng)價(jià)時(shí)，部分雨量站采用插補(bǔ)方式延長(zhǎng)資料系列，考慮到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及一致性，此次系列長(zhǎng)度采用1964-2012年。

利用降雨量距平百分率P對(duì)流域降雨豐枯情況進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1：

河南省海河流域多年平均降雨量為582.90mm，繪制流域年降雨量過(guò)程線圖，可以看出，整個(gè)序列未見(jiàn)明顯的漸變或跳躍趨勢(shì)，基本圍繞均值上下波動(dòng)。

序列1977年以前整體偏豐，1977-1989年整體偏枯。1978-1989年13年時(shí)間里，枯水年份有7個(gè)，豐水年份僅1個(gè)，其中1978-1981年為連續(xù)枯水年份；1990年以后的23年間，枯水年份有10個(gè)，豐水年份8個(gè)，豐枯年變化劇烈，其中，1991-1992、2001-2002、2006-2007年為連續(xù)枯水年份。

河南省海河流域地處副熱帶季風(fēng)區(qū),冬春為大陸性干燥氣團(tuán)所控制,降水量很少,夏秋太平洋低緯度的暖濕氣流不斷進(jìn)入造成降雨,汛期6-9月份降雨量約占全年的80%左右,主要降雨集中在7、8兩個(gè)月,占年雨量的50%以上。受地形陡峻作用,太行山東麓是暴雨中心經(jīng)常出現(xiàn)的地區(qū)，各區(qū)域的降雨隨著高程的變化明顯，3個(gè)水資源三級(jí)分區(qū)中，西部的漳衛(wèi)河山丘區(qū)多年平均降雨量達(dá)630mm，而徒駭馬頰河區(qū)僅有538mm左右。

2 地表水資源演變趨勢(shì)分析

2.1 流域地表水資源量

河南省海河流域地表水資源主要由地下水和區(qū)域降雨補(bǔ)給，地下水補(bǔ)給主要存在于漳衛(wèi)河山丘區(qū)的山前側(cè)向地帶，季節(jié)性暴雨是河川徑流的主要來(lái)源。

流域地表水資源量的計(jì)算采用分區(qū)合成法。漳衛(wèi)河山丘區(qū)選用寶泉、新村、安陽(yáng)站等系列徑流量成果；漳衛(wèi)河平原區(qū)選用修武站與合汲區(qū)間、淇安元區(qū)間系列徑流量成果；徒駭馬頰河區(qū)選用南樂(lè)站系列徑流量成果。

根據(jù)計(jì)算成果，河南省海河流域多年平均地表水資源量為13.06億m3，3個(gè)水資源三級(jí)區(qū)漳衛(wèi)河山丘區(qū)、漳衛(wèi)河平原區(qū)、徒駭馬頰河區(qū)地表水資源量分別為8.57，3.98，0.52億m3。

受降水、氣候、地形、植被、土壤、地質(zhì)及人類活動(dòng)的影響，地表水資源量的地區(qū)分布呈現(xiàn)西多東少，山區(qū)多，平原少的特點(diǎn)。漳衛(wèi)河山丘區(qū)植被較好，面積雖然只占整個(gè)流域面積的39.40%，但地表水資源量卻站整個(gè)流域的65.06%，是流域地表水資源的主要來(lái)源。

表1 降水量豐枯評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)表

2.2 流域地表水資源年際變化趨勢(shì)

點(diǎn)繪河南省海河流域地表水資源量年序列過(guò)程線（見(jiàn)圖1）可以看出，序列整體有明顯的偏離均值趨勢(shì)，變異較為顯著，說(shuō)明除了隨機(jī)性成分外，還存在確定性成分的影響。

點(diǎn)繪各水資源三級(jí)區(qū)地表水資源年序列過(guò)程線，可以看出，除了徒駭馬頰河區(qū)序列未發(fā)生變異外，漳衛(wèi)河山丘區(qū)、漳衛(wèi)河平原區(qū)序列整體均有明顯變異趨勢(shì)。

圖1 河南省海河流域年均地表水資源過(guò)程線圖

河南省海河流域受人類活動(dòng)的劇烈影響，20世紀(jì)60、70年代修建了多座中小型水庫(kù)以及農(nóng)田灌溉工程，加之小流域治理，河道整治、建壩以及修建地下水補(bǔ)源工程等因素，持續(xù)影響了流域地表徑流的形成基礎(chǔ)，同時(shí)也增加了流域的蒸發(fā)水量。由此可見(jiàn)，河南省海河流域年徑流序列發(fā)生變異具有較強(qiáng)的物理基礎(chǔ)。

2.3 流域地表水資源預(yù)測(cè)方法

依據(jù)地表水資源變異分析結(jié)果，海河流域地表水資源序列存在整體線性趨勢(shì)，其變化可以用直線描述。根據(jù)最小二乘法，可以得到流域年地表水資源序列變化后的趨勢(shì)直線方程Yt12=353.01-0.17t。

假設(shè)序列無(wú)趨勢(shì)變化，序列基礎(chǔ)保持一致性的話，序列均值將是通過(guò)直線Yt,2=353.01-0.17t第一點(diǎn)（t=1964）的一條水平線，其方程為Yt,2=17.34，它反映了年徑流序列變化前的趨勢(shì)情況。因此海河流域年地表徑流序列的趨勢(shì)變化成分Yt表示為：

根據(jù)時(shí)間序列Xt的組成，隨機(jī)成分St=Xt-Yt，因此：

還原后的序列過(guò)程線見(jiàn)圖2，對(duì)于滿足一致性的隨機(jī)成分St，采用P-Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行擬合，從而求得年徑流均值為

圖2 原始系列與一致性分析后系列對(duì)比圖

x=17.34億m3，Cv=0.40，Cs/Cv=3.00。

2.4 2012現(xiàn)狀年、2020水平年流域地表水資源量預(yù)測(cè)

2012年現(xiàn)狀年某一頻率下的設(shè)計(jì)值，可采用數(shù)據(jù)合成法，由設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P推求滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)值Sp，加上運(yùn)行時(shí)間t時(shí)的確定性成分Yt，即可求得運(yùn)行時(shí)間t時(shí)，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P的水文實(shí)際值Xt,p，即

采用P-Ⅲ型頻率曲線進(jìn)行擬合，2012現(xiàn)狀年地表水資源序列均值8.96億m3，Cv=0.72，Cs/Cv=2.00。序列各頻率設(shè)計(jì)值見(jiàn)表2。

2020水平年地表水資源序列均值x=7.59億m3，Cv=0.78，Cs/Cv=2.00。序列各頻率設(shè)計(jì)值見(jiàn)表2。

表2 河南省海河流域地表水資源序列不同時(shí)期頻率計(jì)算成果表

從表2可以看出，2020水平年與現(xiàn)狀（2012年）相比較，河南省海河流域年地表水資源量在豐水年（P<30%）減少幅度為5%～15%、平水年（40%70%）減少20%左右，這種變化趨勢(shì)，對(duì)區(qū)域水資源的開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)極為不利。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)河南省海河流域49年降雨、地表水資源量序列資料的分析，在區(qū)域氣候條件相對(duì)穩(wěn)定，降雨序列未發(fā)生明顯變異情況下，其年地表水資源量序列發(fā)生了較為明顯的線性下降。3個(gè)水資源分區(qū)中，漳衛(wèi)河山丘區(qū)、漳衛(wèi)河平原區(qū)變化明顯，徒駭馬頰河區(qū)基本無(wú)變化。初步分析表明，人類活動(dòng)引起的流域下墊面變化是影響地表水資源量序列發(fā)生變異的最主要因素。

采用基于趨勢(shì)的水文頻率計(jì)算方法對(duì)流域地表水資源序列進(jìn)行水文頻率計(jì)算，多年平均地表水資源量在過(guò)去、現(xiàn)狀、未來(lái)（2020年）3個(gè)時(shí)期評(píng)價(jià)結(jié)果分別為17.34，8.96，7.59億m3。現(xiàn)狀與過(guò)去地表水資源量相比減少約50%，未來(lái)與現(xiàn)狀相比減少約15%，反映3個(gè)時(shí)期地表水資源量的形成條件發(fā)生了顯著變化。

[1]謝平，陳廣才，等.變化環(huán)境下地表水資源評(píng)價(jià)方法[M].北京:科學(xué)出版社，2009.