劉中義，劉 洋

（遼寧省水文水資源勘測局葫蘆島分局，遼寧 葫蘆島 125000）

人類活動影響下六股河流域降雨徑流關系特征分析

劉中義，劉 洋

（遼寧省水文水資源勘測局葫蘆島分局，遼寧 葫蘆島 125000）

以六股河流域作為研究對象,分析了該流域 1980 年前后降雨徑流關系的動態(tài)變化特點。 研究結(jié)果表明,該流域降雨徑流關系并非線性關系。 而且 1980 年以后由于人類活動影響的加劇,該流域降雨徑流關系發(fā)生了一定的變化,兩個時段的降雨徑流相關關系很好,但數(shù)量上變化較大，降雨徑流關系的這種變化,除受下墊面因素影響外,還與流域內(nèi)水資源開發(fā)利用程度有關。研究和分析降雨徑流關系的變化,對水資源開發(fā)利用以及水資源評價有重要作用。

降雨徑流關系；人類活動影響；動態(tài)變化特征

1 流域概況

六股河是葫蘆島市境內(nèi)最大一條獨流入海的河流，發(fā)源于建昌縣谷杖子鄉(xiāng)雙廟村北樓子山（海拔 1092m），向南流經(jīng)興城市、綏中縣，于綏中縣小莊子鄉(xiāng)大漁場注入渤海，河長 158km，流域面積3080km2。

六股河較大的支流有云山洞河、茅河、八家子河、黑水河和王寶河等，在王寶河上建有龍屯大型水庫一座，在云山洞河上建有馬道子中型水庫一座。整個流域南北長，東西窄，地勢為西北高、東南低，西北部為低山丘陵地區(qū)，中部為丘陵地區(qū)，南部主要為河谷平原和山前扇裙地區(qū)。

2 天然狀態(tài)下降雨徑流關系分析

人類活動對流域下墊面的影響，是一個極其復雜的漸變過程，人類活動形式不同，影響程度不同，降雨徑流關系發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折年份也不同。有序聚類分析法是一種推求時間序列發(fā)生可能性突變點的有效方法，實際上也是推求最優(yōu)分割點,使得同類之間的離差平方和最小，而類與類之間的離差平方和相對較大。對于一個時間序列 Ai，首先分段計算時段離差平方和，計算公式為：

式中：Aτ——突變點 i前的水文序列均值；An-τ——突變點 i后的水文序列均值。則總離差和為：

利用有序聚類分析法對六股河 1963—2012 年地表水徑流系列進行分析計算，點繪曲線。當τ 為 1979 年時曲線達到最小值，因此，1979 年是地表徑流系列過程發(fā)生顯著突變點。

根據(jù)流域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展情況,結(jié)合上述計算結(jié)果,初步認為 1980 年以前該流域受人類活動影響較小或基本沒有受到人類活動影響。則對 1963—1979 年降雨徑流系列進行分析,建立其相關關系。通過對該系列資料相關計算,計算結(jié)果見表 1。

通過對六股河流域 1980 年以前降雨徑流關系分析,5種回歸分析類型中,有3種分析類型相關系數(shù)在 0.9 以上, 說明六股河流域 1980 年以前降雨徑流相關關系較好。

3 人類活動影響下降雨徑流關系分析

水文下墊面是影響水量平衡及水文過程的地表各類覆蓋物的一個綜合體。地表各類覆蓋物很多，本文研究和關注的僅是影響水量平衡及水文過程的那些要素。這些要素大致可分為地質(zhì)、地貌、植被和人為建筑等4類要素。

表1 天然狀態(tài)下降雨徑流關系曲線及相關系數(shù)

3.1 植被對降雨徑流關系的影響

土壤對水分的滲透性是森林水文特征的重要反映，土壤滲透能力主要決定于非毛管孔隙度，通常與非毛管孔隙度呈顯著正線性相關關系。土壤滲透的發(fā)生及滲透量決定于土壤水分飽和度與補給狀況，不同的土壤類型和森林生態(tài)系統(tǒng)類型決定著土壤的滲透性能。森林破壞會降低根系的活動，加之凋落物層減少和土壤孔隙度降低，使土壤的滲水性能降低。植樹造林是一項重要的水土保持措施。林業(yè)對徑流的影響體現(xiàn)在兩方面：1）是樹木枝葉在降雨過程中可以截留一定的水量，而這部分水量大部分要蒸發(fā)掉；2）是有枯枝落葉層和發(fā)達根系的林地，具有涵蓄一定水量的能力，其入滲能力比荒地大，從而增加了降水過程的入滲損失量。植被類要素是通過植物的生長影響水量平衡，同時，在植物生長的地方，由于土質(zhì)較疏松易于入滲并能夠存貯一定的水量，致使洪水過程趨于平緩,又使洪水總量有所減少，因此，植被對區(qū)域的水量平衡及水文過程亦有較大的影響。

3.2 人類活動對降雨徑流關系影響

山區(qū)人類活動主要包括封山育林、建造石壩梯田、修建水庫及塘壩等措施，這些措施改變了流域的自然形態(tài)，增強了流域調(diào)蓄能力，改變了產(chǎn)、匯流規(guī)律，使流域入滲損失量及陸面的蒸散發(fā)量加大，從而導致地表產(chǎn)水量的減少。水土保持及土地利用是一項持續(xù)時間長且范圍廣泛的人類活動，這些活動種類繁多，其影響十分廣泛，幾乎涉及到各大小流域，對河川徑流的影響，是通過改變流域產(chǎn)匯流條件而實現(xiàn)的，其影響程度主要取決于水保措施及土地利用的規(guī)模、投資和治理水平。在 1980 年前后的農(nóng)田基本建設活動，以及改革開放以來大量投資的水土流失治理等多項措施，增強了流域的攔洪蓄水作用，從而影響了地表徑流的匯集，增加了有效蒸發(fā)，減小了河川徑流量。因此，可以確定水土保持措施及土地利用活動對河川徑流的影響是不容忽視的一項主要因素。

3.3 水利工程對降雨徑流關系影響

河道滲漏是天然狀態(tài)下河道水量的一種運動形式，是地表水向地下水轉(zhuǎn)化的一部分，但近年來，由于人類活動的干擾，破壞了天然狀態(tài)下各滲漏河道原有的動態(tài)平衡，隨著地下水位的大幅度下降，滲漏量明顯增加 。人為建筑物從各方面改變了原有的水文下墊面狀況，如改變了巖性，減小了地面坡度，破壞了地表原有的天然植被，修建水庫后改變了下游原有的水量平衡及水文過程，某些道路、橋隧可能改變了原有的流域界線并打破了原有的水量平衡及水文過程狀態(tài)。

3.4 人類活動影響下降雨徑流關系分析

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，水資源開發(fā)程度提高，人類活動對水文循環(huán)及水資源產(chǎn)生一定的影響。人類活動影響主要包括地下水開發(fā)利用、水土保持措施及其他工程和非工程措施等。由于受溫室效應的作用，該流域降水量系列也呈遞減趨勢。在自然因素和人類活動因素共同作用下，導致該流域降雨徑流關系發(fā)生變化。環(huán)境變化下六股河流域降雨徑流關系曲線線性及相關系數(shù)見表2。

表2 環(huán)境變化下降雨徑流關系曲線及相關系數(shù)

4 降雨徑流關系動態(tài)變化對徑流量影響

人類活動影響地表徑流可分為水資源開發(fā)利用活動的直接影響和流域下墊面漸變累積的間接影響兩大類型。前者主要指因支撐河道外社會經(jīng)濟發(fā)展用水需求或防汛分洪和洪水利用，通過取水（分洪）設施直接引取利用河川徑流，而對河流自然流量和過程造成的直接影響。后者主要指人類社會大規(guī)模土地開發(fā)利用和土地覆蓋變化活動，漸進式引起流域下墊面變化，最終累積產(chǎn)生流域產(chǎn)匯流變化的水文效應，使流域地表徑流伴隨過程的變化而增大或減少。

在選擇的5種回歸分析類型中，相關系數(shù)均在 0.9 以上，該流域降雨徑流關系雖受人類活動影響，使得降雨徑流關系在數(shù)量上發(fā)生變化，但相關關系仍然較好。無論是天然狀態(tài)，還是人類活動影響，乘冪類型的相關系數(shù)均為 0.94，而且同一類型也便于對比，因此采用乘冪類型不同狀態(tài)下產(chǎn)流量進行對比分析。六股河流域天然狀態(tài)下和環(huán)境變化下降雨徑流關系見圖1。

5 結(jié)語

由于人類活動的影響，使流域下墊面發(fā)生改變，使得流域內(nèi)降雨徑流關系發(fā)生變化。研究和分析降雨徑流關系的變化，對水資源開發(fā)利用以及水資源評價有重要作用。利用有序聚類分析法對六股河流域 1963—2012 年地表水徑流系列進行分析，計算出 1979 年是地表徑流系列過程發(fā)生顯著突變點，則認為 20 世紀 80 年代以前為天然狀態(tài)，80年代后受人類活動影響較大。通過對天然狀態(tài)下與環(huán)境變化下該流域降雨徑流關系分析，兩個時段的降雨徑流相關關系很好，但數(shù)量上變化較大，降雨徑流關系的這種變化，除受下墊面影響因素外，還與流域內(nèi)水資源開發(fā)利用程度有關。

圖1 六股河流域天然環(huán)境下和人類活動影響下降雨徑流關系

［1］凡炳文，牟燕紅，邱文均.洮河流域徑流時間序列一致性及變異研究［J］.水文，2008，28（3）：70-73.

［2］任憲韶，盧作亮，曹寅白.海河流域水資源評價［M］.北京：中國水利水電出版社，2007.

圖1 渾河閘下游右岸護坡平面圖

圖2 渾河閘下游左岸護坡平面圖

2.3 混凝土方格網(wǎng)與生態(tài)護坡結(jié)合

27m 高程平臺和 30m 高程平臺以上，保留原漿砌石護坡和混凝土方格網(wǎng)結(jié)構(gòu)。除此之外，右岸樁號 0+613.1～0+791.8m 在 22m 高程鋪設寬15m 厚 50cm 格賓墊，22～38m 高程是坡比為 1∶3厚 20cm 等邊六角形混凝土預制塊結(jié)合草皮護坡防護。預制塊混凝土標號為 C30，邊長 20cm，厚20cm。預制塊內(nèi)鋪腐植土播撒草籽，形成草皮護坡，腐植土厚 10cm。

3 結(jié) 語

渾河閘下游生態(tài)與工程措施結(jié)合的護坡施工，滿足了傳統(tǒng)護坡強調(diào)的“興利除害”，尤其是防洪安全這一基本功能；還重視了人與自然和諧相處和生態(tài)環(huán)境建設，考慮了親水、休閑、娛樂、景觀和生態(tài)等功能［2］。渾河閘經(jīng)受住了汛期的考驗，同時順應了人與自然共生的要求，為河道防護型式提供了成功的典型。

［參考文獻］

［1］劉黎明，邱衛(wèi)民，許文年，孫超，郭萍.傳統(tǒng)護坡與生態(tài)護坡比較與分析［J］.三峽大學學報，2007（6）.

［2］熊治平，張生鵬，河道生態(tài)護岸設計中的幾個問題［J］.中國水利技術(shù)信息中心（專刊）.

[收稿日期]2013-10-17

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1002－0624（ 2014）06－0030－03

2014-02-17