張東江,哈建強,史洪飛

白洋淀入淀流量變異程度分析

張東江,哈建強,史洪飛

(滄州水文水資源勘測局,河北滄州 061000)

為了評估白洋淀流域內水資源開發(fā)利用對湖泊水文情勢的影響程度,提出以現(xiàn)狀年環(huán)湖泊河流入湖實測月徑流量與天然月徑流量的差異表征入湖流量變異程度。結果表明：入湖天然徑流量采用降雨徑流關系法進行還原,效果較好;過度開發(fā)利用水資源,使入淀河流順暢程度幾乎全部為完全阻隔。最后提出相應的水資源利用和保護措施。

水資源;徑流量;水資源變異程度;白洋淀

1 白洋淀狀況

白洋淀位于保定市的安新、高陽、容城、雄縣和滄州市的任丘交界處,是華北地區(qū)少有的內陸淡水湖,它是由143個大小不等的淀泊和3700多條溝壕組成的湖泊群的統(tǒng)稱。白洋淀圍堤以內共有水圍村36個,淀邊半水圍村62個[1]。

白洋淀地處暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候區(qū)。春季干旱多風,夏季高溫多雨,秋季天高氣爽,冬季寒冷少雪。多年平均降水量為510.1 mm,降水量年內分配不均,年際變化較大。淀區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量為1 761.7 mm。白洋淀初冰期在11月末,冰期至翌年3月中旬,冰厚0.19～0.42 m。

白洋淀光、熱、水資源豐富。20世紀60年代前,水深多為2～3 m,水質很好,適宜多種水生生物繁殖和植物生長、農田灌溉、水產養(yǎng)殖、人畜飲用,浮游生物與底棲動物的種、屬很多,漁、葦、糧產業(yè)及航運業(yè)均較發(fā)達。

大清河白洋淀以上流域位于海河流域的中部,流域面積為31199 km2,其中山區(qū)面積為18807 km2,平原面積為12392km2。在白洋淀淀區(qū)以上大清河分為南、北兩支,1974年以前,只有南支匯入白洋淀。1974年后開挖了白溝引河,一般年份北支水量也匯入白洋淀,只有在大水年份才啟用大清河分洪道分洪。該流域內地勢西高東低,白洋淀處于華北平原低洼地帶,淀區(qū)匯集了南、西、北三面呈扇形分布的潴龍河、孝義河、唐河、清水河、府河、瀑河、漕河、萍河、拒馬河9條河流來水,然后從淀泊東面大清河經獨流減河入渤海。歷史上淀區(qū)蓄水主要源于上述河流洪瀝水,近些年來也曾實施跨流域調水工程[2]。

2 入淀河道年徑流量還原

入淀河道徑流量是白洋淀水資源量的主要組成部分,它的多少以及時程變化是反應水資源健康與否的一個重要因素。

2.1 降雨徑流關系的建立

2.1.1 選擇雨量站點的原則

雨量站點的選擇原則為：①在集水區(qū)域內分布相對均勻;②雨量觀測值盡可能真實;③計算方法科學合理。基于這些原則,計算結果才能具備較好的代表性。

由于雨量站點歷史上多有變動,因而在歷史和現(xiàn)在雨量站點的選擇上很難取得一致,這樣就導致與真值存在一定誤差,影響了計算精度;但由于站點選擇得足夠多,計算所得的面平均雨量可符合要求。

2.1.2 面平均雨量的計算及降雨徑流關系的建立

天然徑流量按照水資源調查評價相關技術規(guī)定進行還原計算。

搜集水利工程建成之前某斷面集水區(qū)域上的部分雨量站點的降水量以及對應河道監(jiān)測斷面相應時間段的徑流量W(或R),采用算術平均法計算面平均降水量P,以建立天然狀態(tài)下降雨徑流關系。

鑒于該水系大型水庫建成時間多在1960年附近,因此利用20世紀60年代以前實測徑流量(認為接近天然徑流量)與各河道相應監(jiān)測斷面上游控制集水區(qū)域內平均降水量建立降雨徑流相關關系;利用評估年相應的年平均降水量,通過已建立的降雨徑流關系,推求出評估年各河天然徑流量[3]。

經對歷史測驗資料的分析,在白洋淀周邊9條主要入淀河流中,潴龍河、唐河、漕河、清水河、瀑河及拒馬河設有歷史和現(xiàn)實一致的水文站。

拒馬河僅有支流中易水1960年所建的安各莊水庫較大,庫容3.09億m3,集水面積467 km2,占新蓋房站集水面積的4.67%,可以看出控制集水面積相對新蓋房站較小,影響較輕,故據(jù)1954—1980年資料繪制新蓋房站降雨徑流關系圖(圖1)。

圖1 1954—1980年新蓋房站降雨徑流關系

以此類推,根據(jù)1954—1962年汛期降水資料繪制漕河站汛期降雨徑流關系圖;根據(jù)1971—1980年資料繪制北辛店站降雨徑流關系圖;根據(jù)1953—1959年資料繪制西大洋水庫站降雨徑流關系;根據(jù)1952—1961年資料繪制北郭村站降雨徑流關系圖。

2.2 各站評估年(2010年)還原后的天然徑流量

根據(jù)白洋淀各入淀河道目前水文站點布設情況以及資料擁有程度,確定2010年為此次白洋淀水資源量健康評價工作的評估年。

a.對于有資料的站點,通過計算2010年上述各水文站相應監(jiān)測斷面以上集水區(qū)域內的面平均降水量,然后查各自站點相應降雨徑流關系圖后得到2010年天然徑流量。經計算,2010年各站面平均雨量及天然徑流量見表1。

表1 2010年各站面平均雨量及天然徑流量

b.由于小望亭、東方機和下河西3站集水面積均不詳,無法進行還原計算。且由于府河、孝義河和萍河均屬較小河流,對本次評估影響不大,因此不予計算。而瀑河塘湖站已于20世紀70年代撤掉,時至今日,該河道也未重新設立徑流監(jiān)測站。另外,塘湖站距離淀邊較遠,且下游有瀑河水庫,因此分析計算數(shù)據(jù)對這次評估意義不大。雖然沒參加計算的河道從數(shù)量看近乎半數(shù),但是均為較小的河流。依據(jù)白洋淀集水區(qū)域進行估算,未參加計算的4條河道流域面積之和約占白洋淀控制流域面積(31 199 km2)的8.3%。而徑流量之和僅占入淀河道總徑流量的一成左右,對本次評估影響較小。

2.3 各河道2010年還原后的天然徑流量月分配

采用典型年法求出評估年的各月天然徑流量。雨量在平面上分布具備不均勻性,因此即使同一水文年不同河流的年均降水量也是有差別的[4]。對于有歷史資料的站,在考慮月雨量的面分布和月雨量的分配均應相似的情況下,從各站降雨徑流關系的年份中查找與2010年面平均雨量相近的年份為典型年,按其月份徑流量所占年徑流量比例,對推求而得的2010年天然徑流量進行月分配(表2)。山區(qū)徑流與降雨相關程度較高,當降雨面分布和時程分配接近典型年即天然狀態(tài)時,按典型年月份徑流量比例計算出的水平年徑流月分配也會有較高的合理性[5]。

2.4 河流順暢情況分析

2.4.1 河流閘壩及調控狀況

部分主要入淀河流在20世紀60年代初期陸續(xù)建成了一些水庫,如橫山嶺、口頭、王快、西大洋、龍門和安各莊6座大型水庫,8座中型水庫及一些小型水庫,總控制集水面積9 718 km2,總庫容36億m3,其中6座大型水庫庫容合計為33.016億m3。閘壩調控在為削減洪峰、延續(xù)水資源利用時間起到了一定作用的同時,也增加了徑流調控的人為因素,使徑流變異程度劇增。

2.4.2 入淀水量變化情況

白洋淀淀區(qū)蓄水主要依靠上游降水產生的地表徑流。流域平均降水量在20世紀50年代和60年代屬豐水期;70年代基本持平;80年代和90年代屬枯水期,與多年平均相比,分別偏枯6.0%和7.4%[6]。近10年隨著上游經濟社會發(fā)展對水資源需求量的不斷增大,主要入淀河流沒有天然來水。保定市廢污水經污水處理廠集中處理后用于景觀用水等后剩余水量通過府河入淀,每年入淀水量在300萬～4500萬m3之間,2001—2009年間入淀水量共計2億m3。近些年來,由于人為干預因素的增加,河道徑流連通性變差,非汛期河道干涸斷流現(xiàn)象經常發(fā)生。

為改善白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的缺水局面,近10年多次從王快、西大洋、安各莊水庫調水補淀以及從外流域岳城水庫和黃河引水補給白洋淀,累計納水約9.55億m3,一定程度上緩解了白洋淀濕地的生態(tài)危機,對維持白洋淀濕地的生態(tài)平衡起到了重要作用。

2.4.3 入淀河流水質情況

根據(jù)2001—2009年監(jiān)測資料分析,府河入淀口及安新縣城附近污染最嚴重,安新橋監(jiān)測斷面為劣Ⅴ類,人口密集的村莊周圍水域次之,大張莊、王家寨、同口、關城、端村監(jiān)測斷面水質類別在Ⅳ～Ⅴ類間。其他人類生活影響較小的水域水質良好,水質類別可達到Ⅳ類。

2.4.4 入淀河道順暢情況

根據(jù)文獻[7]中環(huán)湖河流順暢狀況判定標準規(guī)定,斷流阻隔時間為12、4、2、1、0個月時,順暢狀況依次為完全阻隔、嚴重阻隔、阻隔、較順暢和順暢5個級別。將2010年各站逐月徑流量、多年平均實測徑流量與上述標準進行比較評判,即可得到各條入淀河流順暢狀況(表3)。由表3可見,僅有清水河一條河流呈嚴重阻隔狀態(tài),其余河道均為完全阻隔狀態(tài)。

表3 2010年各站逐月徑流量、多年平均實測徑流量及賦分值

3 入湖流量變異程度

3.1 計算方法

入湖流量過程變異程度系指環(huán)湖泊河流入湖實測月徑流量與天然月徑流量過程的差異。反映評估湖泊流域內水資源開發(fā)利用對湖泊水文情勢的影響程度。

評估年實測徑流量按各河水文站各月實測值。采取評估年(2010年)環(huán)湖泊河流入湖逐月實測徑流量之和與天然月徑流量的平均偏差程度表達入湖流量變異程度,計算公式為

表2 經還原后2010年各站逐月天然徑流量

式中：IFD為入湖流量變異程度;qn為評估年每條入湖河流的實測月徑流量;qm為評估年所有入湖河流的實測月徑流量;Qn為評估年每條入湖河流的天然月徑流量;Qm為評估年所有入湖河流的天然月徑流量;N為環(huán)湖入湖河道數(shù)量;ˉQm為評估年天然月徑流量年均值。

3.2 白洋淀入淀流量變異程度計算結果

根據(jù)表4計算成果,利用式(2)～(4),即可計算出qm、Qm(表4、表5)和ˉQm值。評估年天然月徑流量年均值為1.217 5億m3。將表中的數(shù)據(jù)代入式(1),即可求得IFD=3.855。

入湖流量過程變異程度指標(IFD)的賦分標準根據(jù)全國重點水文站1956—2000年實測徑流與天然徑流計算獲得,入湖流量過程變異程度在0～5.0之間。

3.3 分析結論

通過上述分析可以看出,入淀流量過程變異程度是相當高的。另外,從表4可以看出,現(xiàn)狀情況下,不但斷流河道數(shù)量多,各河道斷流時間也較長,幾乎是全年處于完全阻隔狀態(tài),表明無論是年徑流總量還是年中徑流過程,現(xiàn)狀與天然差異都比較大,在此水系上,人類開發(fā)利用水資源的程度已經相當高了。

4 水資源管理措施

近年來,隨著社會經濟的快速發(fā)展,白洋淀水資源緊缺狀況相當嚴峻,數(shù)次發(fā)生連年干涸現(xiàn)象,嚴重影響了區(qū)域水環(huán)境健康以及旅游觀光、水產養(yǎng)殖等產業(yè),進而影響淀區(qū)居民的生活,為此,必須盡快采取措施增加水量,改善淀區(qū)水環(huán)境。

a.加強淀區(qū)上游水土保持治理力度,提高山區(qū)水資源涵養(yǎng)效果。實施退耕還林、植樹造林等措施,減少山洪、泥石流等危害,保證水源持續(xù)不斷,盡量減少人為因素的破壞。

b.加大水污染治理力度,嚴格控制排污量。認真核算河道和淀區(qū)自凈能力、納污能力,根據(jù)受水區(qū)凈化能力控制污水排放量,對無序排放污水的現(xiàn)象采取嚴厲的懲罰措施,大力鼓勵表彰污水處理達標單位。加強淀區(qū)生活垃圾管理,研究科學合理的辦法,減少污水排放量。

c.加強水資源管理,限制淀區(qū)提調水量。水量是保證淀區(qū)效能的主要因素之一,近年來,淀區(qū)水位一直處在低位運行,嚴重影響著航運、水產養(yǎng)殖以及旅游觀光等產業(yè)的發(fā)展,并造成了不小的損失,因此,要嚴格周邊大面積農田灌溉以及高耗水企業(yè)的無序取水,控制外調水量[8]。

d.積極開拓水源,加大引調水力度。引調水工程已經實施多年,在保護淀區(qū)水環(huán)境、發(fā)展淀區(qū)經濟等方面取得了一定的效益。按當?shù)厮Y源狀況分析,水資源緊缺程度將會持續(xù)嚴峻,因此,(跨流域)調水也將成為維持淀區(qū)水資源健康的一項強有力措施。黃河及海河流域各水系河道水量豐枯不定,時常出現(xiàn)斷流情況,建議白洋淀補水水源改為南水北調的長江水,可分配一定水量指標,建立長效的供水機制,以保證白洋淀的生態(tài)健康。

表4 評估年(2010年)部分主要河道天然徑流量億m3

表5 評估年(2010年)部分主要河道實測徑流量億m3

參考文獻：

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Analysis of variation of flow into Baiyangdian Lake

ZHANG Dongjiang,HA Jianqiang,SHI Hongfei
(Cangzhou Hydrology and Water Resources Survey Bureau,Cangzhou 061000,China)

In order to evaluate the influence of water resources utilization in the Baiyangdian Basin on the hydrological regime of the lake,it is proposed that the variation of flow into the lake be characterized by the difference between the observed monthly runoff amount from surrounding rivers into the lake in the evaluation year and the natural monthly runoff amount.The study results show that the precipitation-runoff relationship method can effectively restore the natural runoff amount into the lake,and over-exploitation of the water resources in the basin has caused most rivers that flow into the lake to be seriously obstructed.Several measures are proposed for the utilization and protection of water resources.

water resources;runoff amount;water resources variation;Baiyangdian Lake

TV213.4

A

1004-6933(2014)01-0043-05

201307-21 編輯：徐 娟)

10.3969/j.issn.1004-6933.2014.01.009

張東江(1964—),男,高級工程師,主要從事流域水文水資源研究。E-mail：czjzhdj@163.com