唐蘊，楊愛民，張宏建，唐克旺

(1.中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，100038，北京;2.沈陽市水利局，110013，沈陽)

河川徑流是水循環(huán)中的一個重要過程。徑流量大小主要取決于降水、地形、地質(zhì)、土壤、植被等因子。隨著氣候變化和人類活動的影響，流域河川徑流已經(jīng)發(fā)生了顯著改變［1-3］，直接影響到下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展用水和生態(tài)環(huán)境用水;因此，深入剖析河川徑流演變規(guī)律及其驅(qū)動機(jī)制是進(jìn)行流域水土資源合理配置的基礎(chǔ)。

沈陽市是遼河中下游地區(qū)的重要城市。當(dāng)前，沈陽市水生態(tài)系統(tǒng)面臨著“水多”“水少”“水臟”“水渾”等4大問題［4］。為了實現(xiàn)沈陽市政府提出的將沈陽市建設(shè)成為人水和諧的“生態(tài)城市”目標(biāo)，水是至關(guān)重要的限制性因素;但是，近幾十年來，隨著城市人口的增加和社會的發(fā)展，以及土地利用結(jié)構(gòu)的改變，沈陽地區(qū)的水循環(huán)已經(jīng)發(fā)生了明顯變化［5］:因此，研究該地區(qū)的河川徑流演變規(guī)律及其驅(qū)動機(jī)制對于保護(hù)與恢復(fù)遼河中下游地區(qū)的河流生態(tài)系統(tǒng)具有重要的作用。筆者以沈陽市1980—2007年28 a的實測河川徑流資料為基礎(chǔ)，采用統(tǒng)計學(xué)分析方法，對沈陽市近30年來的河川徑流演變規(guī)律進(jìn)行分析，探討人類活動對河川徑流變化的影響程度。

1 沈陽市概況

沈陽市地處中國東北地區(qū)的南部、遼寧省的中部，背倚長白山麓，面向渤海之濱，是遼東半島的腹地，為東北三省的最大城市，E122°25'09″～123°48'24″，N41°11'51″～ 43°02'13″?？偯娣e 1 萬 2 980 km2，東西寬115 km，南北長205 km。東臨遼寧省撫順市，南與本溪、遼陽2市相連，西與鞍山市、錦州市接壤，北與鐵嶺市、阜新市和內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗毗鄰。沈陽市下轄9個市區(qū)、4個縣(市)及4個開發(fā)區(qū)。全市總?cè)丝?98.6萬，其中市轄區(qū)人口495.9 萬［5］。

沈陽地區(qū)處于遼東山地與下遼河過渡地帶，地貌形態(tài)由東北部的低山丘陵區(qū)過渡到山前波狀傾斜平原區(qū)，中西部為廣闊平坦的下遼河平原。沈陽市地處中緯度，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)的北緣，主要特點是:四季分明，雨熱同季，降水集中，日照豐富，溫差大，冬寒漫長。多年平均氣溫6.8～8.1℃，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫－31.5℃。全市多年平均降水量598.9 mm，6—9月的降水量占年降水量的75%。多年平均水面蒸發(fā)量700～900 mm，5—6月的蒸發(fā)量約占全年蒸發(fā)量的32%。沈陽市主要河流有26條，分別屬于遼河、渾河2大水系。屬于遼寧省管理的河流有遼河、渾河、饒陽河與柳河。屬于沈陽市管理的河流有蒲河、秀水河、養(yǎng)息牧河與北沙河。屬于各區(qū)(市、縣)管理的小型河流有18條，主要有萬泉河、長河、滿堂河、左小河等［5］。沈陽市行政區(qū)縣及主要河流分布見圖1。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

所用水文站的多年平均天然徑流量、多年平均實測徑流量、1980—2007年實測徑流量序列等主要數(shù)據(jù)均來源于《沈陽市水資源》研究成果［5］。

2.2 分析方法

1)徑流演變分析方法。采用以下2種方法進(jìn)行河川徑流的演變分析。①對比分析天然徑流量與實測徑流量的差異，從整體上掌握徑流的變化特征，明晰人類活動(主要是取用水和水庫的調(diào)蓄等)對徑流的影響程度。②以實測徑流量序列為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)徑流過程來分析徑流量的變化特征及其演變趨勢。

圖1 沈陽市行政區(qū)縣及主要河流示意圖Fig.1 Sketch of administrative regions and main rivers in Shenyang City

2)天然徑流量還原計算方法。一定時段內(nèi)(如一個水文年度)通過河流某斷面的總水量，稱為該時段的徑流總量，常以m3或億m3計。天然徑流量可以理解為:在未受人類活動影響下，一定時段內(nèi)通過河流某斷面的總水量。人類活動主要包括修建水庫、取用水改變河川徑流的運動方向及沿程分配，改變土地利用方式影響產(chǎn)流的下墊面條件等。

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類活動在不斷地改變河川的天然徑流狀況，使得水文站實測的徑流資料不能完全反映天然河道的徑流狀況，因此，需要通過對實測徑流系列資料進(jìn)行影響水量的還原計算來推求天然徑流量，以使徑流資料系列具有一致性。

實測徑流量的還原計算非常復(fù)雜，工作量也非常龐大，涉及用水的各個方面，一般需要專業(yè)水文人員進(jìn)行此項工作。水利部于2002年開展了《全國水資源綜合規(guī)劃》工作，為了對全國水資源進(jìn)行新一輪的評價，對全國各主要河流的主要水文站進(jìn)行了還原計算。目前，水資源調(diào)查評價階段的成果已經(jīng)通過了國家發(fā)改委、水利部等相關(guān)部委的審查。本文5個水文站的還原徑流量數(shù)據(jù)采用了前述已經(jīng)審查的成果。

還原計算時段內(nèi)天然年徑流量的計算公式為

式中:Wn為還原后的天然徑流量，億m3;Wa為水文站實測徑流量，億m3;Wag為農(nóng)業(yè)灌溉耗損量，億m3;Win為工業(yè)用水耗損量，億m3;Wlf為城鎮(zhèn)生活用水耗損量，億m3;Wdv為跨流域(或跨區(qū)間)引水量，億m3，引出為正，引入為負(fù);Wfd為河道分洪決口水量，億m3，分出為正，分入為負(fù);Wrs為大中型水庫蓄水變量，億m3，增加為正，減少為負(fù)。公式中只列出了對測站實測徑流影響較大的還原項目，各地可根據(jù)具體情況增減項目。

在對實測徑流量進(jìn)行還原計算時，主要是還原生產(chǎn)和生活用水消耗量，主要包括Wag、Win、Wlf3個分項，通過對比分析經(jīng)還原處理后的天然徑流量與用水消耗量，在一定程度上可以反映人類取用水對河川徑流的影響程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 天然徑流量與實測徑流量對比

根據(jù)《沈陽市水資源》研究成果，沈陽市多年平均天然年徑流量是根據(jù)1956—2000年45年實測徑流序列經(jīng)還原計算得到的。多年平均實測年徑流量是根據(jù)1980—2007年28年實測徑流量得到的。

從表1和圖2可以看出:沈陽市主要水文站多年平均實測年徑流量比多年平均天然年徑流量減少程度在2.33% ～32.57%之間，平均減少程度是23.11%;遼河遼中站、渾河沈陽站、柳河新民站的徑流量減少程度較大，均超過30%，分別是32.57%、31.44%、30.45%;秀水河公主屯站徑流量減少程度略低于20%，為18.75%;養(yǎng)息牧河小荒地站天然與實測年徑流量相差不大，減少程度僅為2.33%。

表1 沈陽市主要水文站天然與實測徑流量比較Tab.1 Comparison of calculated natural runoff and measured runoff of main hydro-stations in Shenyang City

說明遼河、渾河、柳河人類活動對河川徑流量的影響程度較大，秀水河人類活動對河川徑流量的影響程度中等，養(yǎng)息牧河人類活動對河川徑流量的影響程度較小。

3.2 實測徑流量變化過程分析

圖2 沈陽市主要水文站天然與實測多年平均徑流量比較Fig.2 Comparison of calculated natural and measured annual average runoff of main hydro-stations in Shenyang City

表2是沈陽市主要水文站1980—2007年徑流量變化情況。從1980—2007年徑流量變化過程可以看出，近28 a來，沈陽市主要河川徑流表現(xiàn)出程度不等的減少趨勢。根據(jù)實測序列的線性回歸趨勢分析，可以初步得到8條主要河流的徑流模數(shù)年均減少幅度在108～1萬2 093 m3/(km2·a)之間，平均減少2 061 m3/(km2·a)。其中，蒲河大河泡站徑流模數(shù)減少幅度最大，為1萬2 093 m3/(km2·a)，其次徑流模數(shù)減少幅度依次是北沙河大東山堡站(2 083 m3/(km2·a))，柳河新民站(1 518 m3/(km2·a))，養(yǎng)息牧河小荒地站(953 m3/(km2·a))，秀水河公主屯站(665 m3/(km2·a))，遼河遼中站(508 m3/(km2·a))，渾河邢家窩棚站(414 m3/(km2·a))，渾河沈陽站(207 m3/(km2·a))，饒陽河?xùn)|白城子站(108 m3/(km2·a))。

從徑流的年際變化進(jìn)行分析:蒲河、北沙河徑流量表現(xiàn)為 1980—1989年、1990—1999年、2000—2007年逐年代減少的特點，其余河流徑流量表現(xiàn)為1980—1989年居中、1990—1999年高、2000—2007年低的特點。表明進(jìn)入2000年后，沈陽市內(nèi)站點的徑流量處于低值時期。將水文站2000—2007年的平均年徑流量與多年平均實測年徑流量進(jìn)行比較，除了北沙河、渾河徑流量減少程度在20%左右以外，其他河流2000—2007年的徑流量減少程度均在50%以上，養(yǎng)息牧河高達(dá)83%，秀水河達(dá)到77%，柳河65%，遼河60%，蒲河58%，饒陽河52%。

表2 沈陽市主要水文站1980—2007年實測徑流量變化Tab.2 Trend analysis of measured runoff of main hydro－ stations in Shenyang City

4 結(jié)論

1)沈陽市實測年徑流量較天然年徑流量的減少程度在2.33% ～32.57%之間，平均減少程度是23.11%。其中:遼河干流、渾河干流、柳河年徑流量減少程度較大，均超過30%;秀水河年徑流量減少程度略低于20%;養(yǎng)息牧河天然與實測年徑流量相差不大，減少程度僅為2.33%。表明遼河、渾河、柳河人類取用水量較大，人類活動對河川徑流的影響程度較高;秀水河中等，相對而言，人類活動對養(yǎng)息牧河的河川徑流影響程度最小。

2)通過對沈陽地區(qū)28年的實測徑流量過程分析表明，沈陽市秀水河、養(yǎng)息牧河、柳河、饒陽河、遼河、蒲河、北沙河、渾河這8條主要河流的徑流量均呈現(xiàn)不同程度的減少趨勢，徑流模數(shù)年平均減少幅度在108～1萬2 093 m3/(km2·a)之間。其中，蒲河大河泡水文站徑流模數(shù)減少幅度最大，為1萬2 093 m3/(km2·a)，饒陽河?xùn)|白城子水文站徑流模數(shù)減少幅度最小，為 108 m3/(km2·a)。

3)沈陽市河川實測徑流在1980—2007年的年際變化特點是:1980—1989年徑流量居中值、1990—1999年居高值、2000—2007年居低值。2000—2007年的平均年徑流量與多年平均實測年徑流量比較，除了北沙河、渾河減少程度在20%左右外，其余河流減少程度均在50%以上，養(yǎng)息牧河最高，達(dá)到83%，饒陽河最少，為52%。

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