孟祥琴，郭紅霞，喬光建

（1.河北省石家莊水文水資源勘測局，石家莊050051；2.邢臺縣水務(wù)局，河北邢臺054001；3.河北省邢臺水文水資源勘測局，河北邢臺054000）

1 降水量變化特征及影響因素分析

1.1 降水量變化特征

利用朱莊水庫流域內(nèi)1956～2005年降水系列資料，計算不同時段降水量，分析其變化趨勢［2］。以10年為一時段進行分析，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

由表1可以看出，隨著時間的推移，不同年代的月平均降水量呈遞減趨勢。為分析降水量年內(nèi)變化情況，對流域內(nèi)降水資料以1980年為分界線，用1980年以前和以后的兩個時段進行分析，如圖1。

由圖1可以看出，降水量的減少主要發(fā)生在汛期7、8月份。根據(jù)兩個時段資料分析，出現(xiàn)3月份和12月份的1980年以后的月平均值大于1980年以前的月平均值，其他月份均是1980年以后時段大于1980年以前的時段。而非汛期的降水量雖有影響，但對年總量的影響所占比例不大。

表1 不同年代月平均降水量統(tǒng)計 單位：mm

圖1 朱莊水庫流域內(nèi)降水量1980年前后時段對比

1.2 降水量變化影響因素

利用朱莊水庫流域內(nèi)1956～2005年降雨量系列資料，分析其變化趨勢見圖2。

圖2 朱莊水庫流域年降水量變化過程線

由圖2可以看出，1956～2007年降水量平均每年減少2.7mm。年際變化幅度較大，極值比5.49。最大值1724.3mm，出現(xiàn)在1963年；最小值314.2mm，出現(xiàn)在1972年。

2 徑流量變化特征及影響因素

2.1 徑流量變化特征

2.1.1 年內(nèi)變化特征

該流域以雨水補給為主的河流，其河流的徑流量變化是隨降水量的季節(jié)變化而變化的，其季節(jié)變化取決于河流的水源補給［3］。采用朱莊站1953～2000年天然年徑流量系列，計算不同年代及多年月平均徑流量，并點繪曲線見圖3。

由圖3可知，朱莊站不同年代及多年平均的年內(nèi)徑流變化過程相似均為單峰型且峰值均出現(xiàn)在8月份。徑流量年內(nèi)分配不均，1～6月份徑流量小且變化緩慢，7月份開始逐漸增加，8月份增加迅速達到最大值，9月份開始逐漸減小，10～12月份徑流變化緩慢但量較1～6月份稍大?？傮w來看，年徑流量主要集中在汛期的6～9月，尤其集中在7～8月，汛期6～9月的徑流量占年徑流量的70%～80%。

圖3 不同時段多年月平均徑流量年內(nèi)分配示意

2.1.2 年際變化特征分析

對朱莊水庫水文站1953～2010年天然年徑流量系列進行統(tǒng)計分析，年最大徑流量出現(xiàn)在1963年，其值16.4億m3，年最小徑流量出現(xiàn)在1999年，其值0.0823億m3，其極值比198.5，年徑流變差系數(shù)1.02，說明該區(qū)域徑流量年際變化很大，朱莊區(qū)域徑流量年際變化曲線見圖4。

圖4 年際變化過程線

由圖4可知，根據(jù)1953～2010年資料系列分析，朱莊水利流域天然徑流系列呈遞減的趨勢，平均每年減少0.0557億m3。

2.2 徑流變化成因分析

2.2.1 下墊面變化對徑流量影響

根據(jù)長系列資料建立朱莊水庫流域20世紀70年代以前和80年代以后兩個時段的降水～徑流相關(guān)曲線。朱莊水文站不同時段降水～徑流相關(guān)圖，見圖5。

圖5 降雨徑流相關(guān)線

利用朱莊水庫水文站實測資料，分析20世紀70年代以前和80年代以后降雨徑流關(guān)系。當年降水量400mm時，則前后時段的徑流進行比較，減少67.0%；當年降水量為600mm時，前后時段徑流比較，減少37.5%；當年降水量800mm時，徑流減少23.0%；當降水量1000mm時，徑流減少15.0%。由于人類活動的影響，使流域的下墊面條件發(fā)生改變，使該流域的地下水補給條件、徑流、排泄的規(guī)律發(fā)生了相應(yīng)變化。

朱莊水庫水文站監(jiān)測的結(jié)果分析可以看出，隨著年降水量的增大，前后不同時段徑流量的變化率逐漸減小，其變化范圍由67.7%逐漸過渡到15.0%，說明年降水量越小，流域下墊面對徑流的影響程度就越大。

根據(jù)《邢臺縣水資源調(diào)查及水利區(qū)劃報告》［4］、《邢臺縣水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析報告》［5］和《邢臺縣水資源評價》［6］計算成果，分別對朱莊水庫流域1980年、1990年、2000年土地利用情況進行分析。

通過不同年代該流域土地利用變化情況對比分析，1990年和2000年耕地面積比1980年分別增加了17.1%和34.5%；林地面積分別增加了1.46%和2.45%。土地變化情況為草地面積減小，草地改造為耕地、梯田和林地。其他用地增加幅度較大，但該項用地僅占全流域面積的6%，相對影響較小。

荒坡地改為林地后，土壤在結(jié)構(gòu)及地質(zhì)方面均會得到改善，土壤的下滲能力及蓄水能力會有所增強［7］。林地對徑流的影響為枝葉在降雨過程中可以截留一部分水分，這部分水分大部分要蒸發(fā)掉；有枯枝落葉和發(fā)達根系的林地，具有涵蓄一定水量的能力，其入滲能力比草地大，從而增加了降雨過程的入滲損失量。

林地面積變化不大，1990年比1980年增加了1.46%，2000年比1980年增加了2.45%。有調(diào)查資料顯示，林地結(jié)構(gòu)卻發(fā)生了變化，果林面積增加幅度較大，2000年比1980年增加了20.8倍。人工林增加了將近3倍。而林地面積占流域總面積的80.4%，因而林地變化對該流域產(chǎn)流匯流影響較大。

隨著山區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，對山地的開發(fā)力度不斷增大，該流域草地變化呈遞減趨勢，有3個不同典型年的資料分析，1990年比1980年減少了29.6%，2000年比1980年減少了50.6%。草地面積占全流域總面積的11.9%，該流域大力發(fā)展林果經(jīng)濟，利用荒山發(fā)展林果種植，使得草地減少的面積大部分用于果林和農(nóng)田。這樣，開發(fā)林地的結(jié)果導致增加了降水的入滲量，也將對產(chǎn)流、匯流過程產(chǎn)生影響，導致徑流系數(shù)趨于減小。

山區(qū)開發(fā)過程中，居民建房用地、道路、村鎮(zhèn)建設(shè)、河川、農(nóng)村工礦企業(yè)也將逐漸增加，這些用地面積逐漸增大。1990年其他用地比1980年增加了36.4%，2000年其他用地比1980年增加了55.3%。城鎮(zhèn)化建設(shè)過程對水文要素的影響主要表現(xiàn)為：在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的情況下，流域內(nèi)不透水面積大量增加，改變了產(chǎn)流匯流的過程和條件，造成地面入滲量減少，匯流速度加快，洪峰流量增大。

3 蒸發(fā)量變化特征及影響因素分析

3.1 水面蒸發(fā)量計算

本次分析計算采用E-601型蒸發(fā)器的系列觀測資料。

E-601型蒸發(fā)器主要有蒸發(fā)桶、水圈、測針和溢流桶四部分組成［8］。蒸發(fā)量觀測以8時為分界日，前1日8時至當日8時觀測量為前1日的蒸發(fā)量。

根據(jù)E-601 1次總量的起止時間，計算出20cm口徑蒸發(fā)皿同期的蒸發(fā)總量，用兩者的總量，計算出20cm口徑蒸發(fā)皿的折算系數(shù)。可計算出E-601型蒸發(fā)器的日蒸發(fā)量。

朱莊水庫20cm 蒸發(fā)皿與E-601蒸發(fā)器蒸發(fā)折算系數(shù)見表2。

表2 20cm蒸發(fā)皿與E-601蒸發(fā)器蒸發(fā)折算系數(shù)

3.2 水面蒸發(fā)量變化趨勢與年內(nèi)分配特征

根據(jù)朱莊水庫1981～2011年觀測資料分析，多年平均值為1085.4mm。變化趨勢呈下降趨勢，平均每年下降10.2mm。在30年資料系列中，水面蒸發(fā)量的最大值為1597.5mm，出現(xiàn)在1982年；最小值為756.9mm，出現(xiàn)在2003年，其極值比為2∶1。

按照1981～2000年和2001～2011年資料系列，分成2個時段，計算不同時段的月平均蒸發(fā)量，并計算其不同時段的變化量和變化率。年內(nèi)變化過程線見圖6。

圖6 不停時段水面蒸發(fā)量年內(nèi)變化過程線

朱莊水庫不同時段月平均蒸發(fā)量，并計算器兩個時段的變化量和變化率。對比分析見表3。

表3 不同時段月平均蒸發(fā)量對比分析

由表3看出，兩個時段的蒸發(fā)量絕對減少量，較大值出現(xiàn)在5～9月份；而變化率的較大值出現(xiàn)在1月和12月。5～9月份的水面蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的59.2，由于非汛期7個月的蒸發(fā)量只占全年蒸發(fā)量的40.8%，所以，蒸發(fā)量減小影響其作用的在汛期。

3.3 蒸發(fā)量變化影響因素

反映影響蒸發(fā)量的主要氣候因子不僅受局部地區(qū)氣象要素，如風速、相對濕度等影響，還會受到大尺度氣候要素，如日照、氣溫等影響，而日照時數(shù)、云量與當?shù)亟邮艿奶栞椛浯笮∮忻芮嘘P(guān)系［9］。但是，在華北地區(qū)，觀測到的水面蒸發(fā)量下降可能是日照和太陽輻射減少及風速減弱造成的，而日照和太陽輻射減少又可能和人為引起的氣溶膠含量增加有關(guān)。

氣溶膠按其來源可分為1次氣溶膠（以微粒形式直接從發(fā)生源進入大氣）和2次氣溶膠（在大氣中由1次污染物轉(zhuǎn)化而生成）兩種。它們可以來自被風揚起的細灰和微塵、海水濺沫蒸發(fā)而成的鹽粒、火山爆發(fā)的散落物及森林燃燒的煙塵等天然源，也可以來自化石和非化石燃料的燃燒、交通運輸及各種工業(yè)排放的煙塵等人為源。

氣溶膠粒子能夠從兩方面影響天氣和氣候：一方面可以將太陽光反射到太空中，從而冷卻大氣，并會使大氣的能見度變壞；另一方面卻能通過微粒散射、漫射和吸收一部分太陽輻射，減少地面長波輻射的外逸。氣溶膠對蒸發(fā)量的影響，主要通過對太陽輻射量的影響，從而影響水面蒸發(fā)量［12］。

4 結(jié)語

根據(jù)朱莊水庫流域的水文資料系列進行分析，流域內(nèi)的降水量、徑流量和水面蒸發(fā)量3個水文要素的變化情況為：朱莊水利流域的降水量呈遞減趨勢，平均每年減少2.7mm，減少數(shù)量最大的在7～8月。徑流量變化也呈遞減趨勢，平均每年減少0.0557億m3，減少幅度最大出現(xiàn)在8月份。水面蒸發(fā)量也呈遞減趨勢，平均每年下降10.2mm，汛期的水面蒸發(fā)量的減少量大于非汛期。

［1］河海大學.水文學原理［M］.南京：河海大學出版社，1998.

［2］邢臺市水務(wù)局，邢臺水文水資源勘測局.邢臺市水資源評價［R］.2003.

［3］王子璐.朱莊水庫流域徑流量變化特征及影響因素［J］.南水北調(diào)與水利科技，2011（4）：70-72.

［4］邢臺縣農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室.邢臺縣水資源調(diào)查及水利區(qū)劃報告［R］.1984.

［5］邢臺縣水政水資源管理辦公室.邢臺縣水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀分析報告［R］.1992.

［6］邢臺縣水務(wù)局.邢臺縣水資源評價［R］.2005.

［7］林凱榮，郭生練，張文華.基于霍頓下滲能力曲線的流量過程線連續(xù)分割方法研究［J］.水文，2008（1）.

［8］水利部國際合作與科技司.水利技術(shù)標準匯編［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［9］張彥增，秦建文，喬光建.河北省平原區(qū)水面蒸發(fā)量變化趨勢及影響因素［J］.南水北調(diào)與水利科技，2011（4）：63-65.

［10］Roderick ML，F(xiàn)arquhar GD.The cause of decreased pan evaporation over the past 50 years［J］.Science，2002，298:1410-1411.

［11］Liu B，Xu M，Henderson M，et al.A spatial analysis of pan evaporation trends in China，1955-2000［J］.Geophysical Research，2004，109（2）:2660-2668.

［12］王紅磊，朱彬，沈利娟，等.南京市夏季大氣氣溶膠新粒子生成事件分析［J］.環(huán)境科學，2012（3）.