人類活動和降雨對渾太河流域水資源的影響比例研究

郭 銳

(遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003)

氣候變化和人類活動對區域水資源變化的影響成為近些年來國內學者的研究熱點[1- 5]，但很難對氣候變化和人類活動2個影響要素進行定量分離，當前，水文學方法在區域人類活動和降水影響定量分離中得到應用[6- 9]，該方法將影響期分為天然影響期和人類活動影響期，通過建立天然影響期的降水徑流關系，對人類活動和降水對區域水資源的影響進行定量分離。渾河、太子河(以下簡稱渾太河)為遼寧東部兩大河流，渾太河水資源變化對于遼寧東部水資源保護具有重要影響，為此本文結合水文學方法，分析人類活動和降水2個因素對區域水資源的影響比例。

1 分析方法

采用水文學方法進行水資源影響定量分析，該方法認為在自然狀態下，一定降水量下的徑流量是一定的，一旦區域受人類活動影響，相同降水條件下的徑流量可能不同。結合上述原理，采用基準期(天然階段)實測水資源量數據，建立基準期降雨-徑流量的線性回歸方程：

Rref=aPref+b

(1)

式中，Rref—基準期的年徑流深，mm；Pref—基準期的年降水量，mm；a和b—線性回歸方程的系數。

以人類活動影響期的年降水作為輸入，代入方程(1)計算得到人類活動影響期估算得到的天然徑流深，計算方程為：

Rfit=aPfit+b

(2)

式中,Rfit—人類活動影響期的年徑流深，mm；Pfit—人類活動影響期的年降水量，mm；其他變量含義同前。

則人類活動影響下徑流變化量的計算方程為：

ΔRfit=Ro-Rfit

(3)

式中，ΔRfit—人類活動影響下的徑流深變化量，mm；Ro—人類活動影響期的實測徑流深，mm。

估算的天然徑流與基準期實測徑流深之間的差值即為氣候變化影響下的徑流變化量，計算方程為：

ΔR=ΔRfit-RN

(4)

式中，ΔR—氣候變化影響下的徑流深變化量，mm；RN—基準期的實測徑流深均值，mm。

結合降雨-徑流雙累積曲線方法來分割基準期(天然階段)和人類活動影響期，根據雙累積曲線分析原理，曲線出現明顯折點，即為水資源發生突變的年份，通過建立基準期的降雨-徑流線性回歸方程，來估算人類活動影響期的天然徑流量。

2 研究成果

2.1 區域概況

渾太河為遼寧東部兩大河流，渾太河流經遼寧省的7座城市，流域水系如圖1所示，是所流經城市主要的生活、農業工業用水來源，渾太河水資源總量年均值為69.01億m3，而水資源人均占用量僅為485m3，屬于極度缺水的區域。為有效保護渾太河水資源，開展了區域水資源綜合保護規劃研究，而水資源綜合保護規劃的重要前提是弄清區域水資源變化的主要因素。為此本文結合水文學方法對渾太河水資源影響因素進行定量分離，并對其影響比例進行定量分析。

圖1 渾太河流域水系

2.2 水資源變化特征分析

為對渾太河水資源量變化特征進行分析，結合渾太河北口前和海城站1976—2013年的徑流和降雨數據，分析其水資源變化特征，分析結果如圖2所示。

圖2 渾太河水資源變化特征

從圖2中可看出，渾太河2個站點的徑流量呈現上升趨勢，但上升趨勢不明顯，存在10a的滑動變化周期，而2個站點的降水量和徑流變化趨勢存在一定的差異性，北口前站降水和徑流變化一致，存在上升變化趨勢，但上升變幅不如徑流量，而海城站降水存在一定的減小趨勢，2個站點的降雨存在5a的變化周期。

2.3 基準期的確定

水文學方法對人類活動和降水對水資源量影響的關鍵在于確定基準期，即為天然期，本文采用降雨-徑流雙累積曲線確定渾太河2個站點的基準期，各站點降水-徑流雙累積曲線如圖3所示。

圖3 2個站點的降雨-徑流雙累積曲線

人類活動對區域水資源影響可直接在降雨-徑流雙累積曲線中得到反映，降水-徑流雙累積曲線的拐點一般為人類活動影響轉折點，轉折點年份前可以認為分析的基準期，即為天然期，從圖3中可看出，渾太河2個站點轉折年份均為1983年，可以認為渾太河的基準期為1983年以前，該時期水資源受人類活動影響較小。

2.4 人類活動和降水對區域水資源影響定量評估結果

結合水文學方法對渾太河水資源影響進行定量分析，結果如圖4所示，見表1。

從圖4中可看出，基準期渾太河各站點降雨-徑流回歸方程的決定系數分別為0.8736和0.6056，可見基準期渾太河各站降雨-徑流回歸方程具有較高的顯著性，可用來定量分離降水和人類活動對渾太河水資源影響。從表1中可看出，渾太河2站點基準期后降水影響是區域水資源變化的主要影響因素，從定量分離結果可看出，降雨所占比例分別為96.2%和86.7%，而人類活動影響比例僅占4.7%和-0.7%。可見，雖然近些年來，渾太河流域人類活動影響增多，但是總體比例還是小于降水活動影響。

表1 人類活動和降雨對渾太河影響定量分離結果

圖4 不同時期降雨-徑流回歸方程的建立

3 結論

水文學方法可較好地對渾太河水資源影響要素進行定量分離，可在其他區域水資源影響要素定量分析中應用和推廣；渾太河流域總體屬于遼寧省極度缺水區，其主要原因在于人均水資源量總體偏少，可適度增加外流域調水，增加渾太河流域水資源總量。