淮河流域水資源量分布特征研究

楊燕華，李曉星，許海勇，王 鑫

(交通運輸部天津水運工程科學研究所, 天津 300456)

1 研究背景簡介

聯合國《2018年世界水資源開發》顯示，由于人口增長、經濟發展和消費方式轉變等因素，全球對水資源的需求正在以每年1%的速度增長，而這一速度在未來20年還將大幅加快。盡管目前農業仍是最大的用水行業，但未來工業用水和生活用水需求量將遠大于農業需水量[1]。水資源缺乏將成為制約全球經濟發展的普遍性問題。對水資源需求的增長最主要來自于發展中國家和新興經濟體[2-3]。淮河流域居我國各江河流域人口密度之首，是耕地率最高的區域之一，人均水資源占有量約450 m3，不足全國平均水平1/4，是中國人均水資源占有量最低的地區之一[4]。淮河流域以煤炭、電力為主的重工業產業布局[5]和以旱作為主導的糧食生產[6]，對水資源具有強烈的依賴性[7]。水資源量受區域降水氣候[8-11]、水利基礎設施[12]、人類活動[13-14]的綜合影響。

淮河流域地處中國東部，地理坐標為E111°55′-E121°20′，N30°55′-N36°20′，居長江和黃河流域之間，位于中國南北氣候過渡帶，以北屬暖溫帶區，以南屬北亞熱帶區[16]，極端溫差顯著，流域內降水分布不均[15-18]。本文將基于淮河流域水資源公報[19]公布的降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量，分析淮河流域水資源時空分布特點，對流域水資源特性的了解將有助于流域可持續開發利用和生態環境保護。

2 淮河流域水資源空間分布特征

淮河流域為全國水資源一級區，包括湖北、河南、安徽、江蘇、山東5省40市，流域面積約27×104m2。水資源包括地表水資源和地下水資源兩類。其中，地表水資源量指河流、湖泊等地表水體中由當地降水形成的、可以逐年更新的動態水量，即天然河川徑流量。地下水資源量是指由降水和地表水體入滲補給地下含水層的動態水量，需扣除山丘區和平原區之間的重復計算量。

淮河流域5省降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量2008-2018年間隨時間的變化情況見圖1-圖5。由圖1-圖5可見，2008-2018年間，流域內各省水資源分布隨時間變化規律不同，其中湖北省地表水資源和地下水資源不重復量為零，地表水資源量與地下水資源量一致。河南省水資源量變化幅度較大，2011-2017年水資源整體上比2010年前偏少。安徽省水資源量整體上呈現上升趨勢，增長變化速率約為1.2%。江蘇省水資源量變化規律周期性極強，水資源豐枯年基本呈現3年一個規律的變化周期，如2009-2011年地表水資源和水資源總量上升，2011-2013年兩者又向下變化至與2009年數值接近的程度。山東省地表水資源量和水資源總量整體上呈現下降態勢。

圖1 湖北省水資源變化圖

圖2 河南省水資源變化圖

圖3 安徽省水資源變化圖

圖4 江蘇省水資源變化圖

圖5 山東省水資源變化圖

2018年淮河流域5省的降水量、地表水資源量、地下水資源量和水資源總量見圖6。由圖6可見，流域內安徽省降水量最大，占全流域降水量的31%；湖北省降水量最小，占流域降水量3.05%。水資源的省際分布不平衡，從水資源量沿空間分布情況來看，淮河流域內地表水資源量最大地區為安徽省，河南省、江蘇省、山東省次之，湖北省最少。地下水資源量最大地區為河南省，安徽省、江蘇省、山東省次之，河北省最少。水資源總量安徽省最多，江蘇省、河南省、山東省次之，湖北省最少。安徽省地表水資源量和水資源總量均最多，分別占全流域的42%和38%。湖北省地表水資源量和水資源總量均最少，分別占全流域的0.46%和0.34%。

圖6 淮河流域2018年水資源空間分布圖

3 淮河流域水資源年際變化特征

圖7為1997-2018年間淮河流域年均降水量。由圖7可見，淮河流域多年平均降水量為2 372×108m3左右，最大為2003年的3 470×108m3，最小為2001年的1 703×108m3。降水量年際變化很大，年最大降水量是年最小降水量的3～5倍。降水的豐枯變化頻繁，豐水年與枯水年常連續發生。如2011-2013年為連續3個枯水年，平均年降水量2 045×108m3，為多年平均的86%；而2003-2005年則是連續豐水年，平均降雨量為2 849×108m3，是多年平均的139%。

圖7 1997-2018年間淮河流域年均降水量

1997-2018年間淮河流域年均地表水資源量、地下水資源量和水資源總量隨時間變化，分別見圖8、圖9和圖10。由圖8-圖10可見，1997-2018年間，淮河流域年均地表水資源量平均值為624×108m3，年均地下水資源量平均值為357×108m3，年均水資源總量平均值為862×108m3。年均地表水資源量、年均地下水資源量、年均水資源總量的整體變化趨勢與降水量曲線趨勢一致。在年際間呈周期性變化，豐枯交替。最大值均出現在2003年，為1 692×108m3，最小值均出現在2001年，為488×108m3，最大值為最小值的3.5倍。

圖8 1997-2018年間淮河流域年均地表水資源量

圖9 1997-2018年間淮河流域年均地下水資源量

圖10 1997-2018年間淮河流域年均水資源總量

4 年內水資源變化特征

淮河流域主要河流包括淮河干流、潁河、渦河、澮河、新沱河等河流。通過上述河流主要水文控制站實測數據，分析淮河流域地表水資源年內各月份分布特征。

王家壩閘位于淮河干流中上游分界處，根據王家壩1952-2010年系列資料繪制多年月平均地表水資源量(圖11)。由圖11可見，王家壩站多年平均徑流總量為90.9×108m3，多年平均流量288.3 m3/s。王家壩站徑流多集中在汛期6-9月份，多年平均汛期的地表水資源量占多年平均值的63.2%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的25.1%；多年月平均地表水資源量1月份最小，占全年的2.3%。

圖11 淮河干流王家壩站多年月平均徑流量

潁河主要控制水文站界首站的多年月平均地表水資源量分配見圖12。根據界首站1952-2010年地表水資源量資料，多年平均地表水資源量總量為36.8×108m3。地表水資源量多集中在7-10月份，占多年平均量的64.8%；多年月平均地表水資源量8月份最大，占全年的22.3%；2月份最小，為1.0×108m3，占全年的2.7%。7-10月份徑流量的年際變化更大，最大值出現在1984年為74.3×108m3，最小值出現在1992年為1.4×108m3，最大值高達最小值的52倍。

圖12 潁河界首站多年月平均地表水資源量分配圖

渦河蒙城閘站1956-2010年多年平均地表水資源總量為12.89×108m3，多年平均流量40.87 m3/s。地表水資源量的年際變化大，最大年地表水資源量為1963年的58.59×108m3，最大月地表水資源量為1963年8月份的27.45×108m3；最小年地表水資源量出現在1994和2002年，約為0×108m3，地表水資源量年際變化非常大。蒙城閘站地表水資源多集中在7-10月份，占多年平均的73.9%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的27.7%；2月份最小，占全年的1.5%。7-10月份年際變化更大，最大年7-10月份地表水資源量42.61×108m3(1963年)，為最小年7-10月份徑流量0×108m3(1994和2002年)的很多倍。蒙城閘站多年平均月地表水資源量分配見圖13。

圖13 渦河蒙城閘站多年月平均地表水資源量分配圖

澮河的主要控制站為固鎮閘站。固鎮閘站1956-2010年多年平均地表水資源總量為8.65×108m3，多年平均流量27.44 m3/s。固鎮閘站地表水資源多集中在汛期6-9月份，多年平均汛期的地表水資源量占多年平均的70.9%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的30.7%；2月份最小，占全年的2.1%。汛期徑流量的年際變化更大，最大年汛期地表水資源量(1963年)為最小值(2001年)的207倍。固鎮閘站多年平均月地表水資源量分配見圖14。

圖14 澮河固鎮閘站多年月地表水資源量分配圖

徐樓閘站是新沱河的主要控制站。根據1956-2010年徑流系列資料，繪制多年平均地表水資源的年內分配圖(圖15)。由圖15可見，徐樓閘站年平均地表水資源總量為1.11×108m3，多年平均流量3.51 m3/s。地表水資源多集中在7-10月份，占多年平均年徑流量的79.8%；多年月平均地表水資源量7月份最大，占全年的29.0%；2月份最小，占全年的1.1%。7-10月份地表水資源量的年際變化更大，最大年7-10月份徑流量5.67×108m3(1963年)為最小年0×108m3(1969、1982、1993、1994和2002年)的很多倍。

圖15 新沱河徐樓閘站多年月平均地表水資源量分配圖

5 結 論

淮河流域地區具有人均水資源量少、來水變化大、攔蓄條件差等顯著特征，水資源自然條件和承載能力與人口、耕地分布極不相適應，干旱缺水問題突出。本文分析了淮河流域水資源時空分布特征，主要結論如下：

1) 淮河流域水資源量的總體特點是空間分布不平衡、時間分布不均勻。

2) 從空間分布上，淮河流域涉及湖北、河南、安徽、江蘇、山東5省，流域降水和水資源量在5省分布不平衡，其中安徽省降水量和水資源總量在全流域占比最多，為水資源最充沛的省份。

3) 從年際變化情況來看，淮河流域水資源以地表水資源量為主，地下水資源量為輔。年際間水資源總量豐枯交替，且與降水量變化密切相關，兩者變化趨勢呈現正向相關性。

4) 基于淮河流域主要河流控制水文站多年年內地表水資源量分布情況可見，流域水資源量年內各月份分布情況極不均勻。地表水資源量最多的月份均出現在汛期，且汛期各月份總量6-10月份占據全年總量的70%以上。枯季地表水資源量占比極低，1或2月份水資源量最低，僅占全年總量的2%左右。