王海寧，劉 佳，彭 鵬

（1.河北省水文水資源勘測局，河北 石家莊 050031；2.中國水利科學研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家實驗室，北京 100038）

滹沱河是海河流域子牙河上游的主要支流，發(fā)源于山西省繁峙縣東北的泰戲山，至獻縣樞紐與滏陽河及滏陽新河匯流入子牙河，干流總長588km，流域面積24774km2。河北省省會城市石家莊傍河而建，滹沱河成為石家莊市唯一的地表水來源，河流水資源與水環(huán)境狀況與石家莊市區(qū)社會經(jīng)濟和人們生活息息相關(guān)。滹沱河上水利工程眾多，灌溉歷史悠久，崗南、黃壁莊水庫建成更是為農(nóng)田灌溉和城市供水發(fā)揮了巨大作用。但在氣候變化和大規(guī)模人類活動的共同影響下，流域下墊面條件發(fā)生了變化，同量級降水條件下，流域產(chǎn)水量減少，天然年徑流衰減加上上游水資源過度開發(fā)，造成崗南、黃壁莊水庫來水量減少，而水庫的來水又多用于灌溉和城市供水，致使下游河道斷流天數(shù)逐年增多，尤其是平原河道逐漸成為納污河道，水環(huán)境已徹底改變。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，對恢復河流生態(tài)，改善河流水環(huán)境的呼聲越來越高。文中以黃壁莊站為流域代表站，探討滹沱河天然年徑流演變及水資源開發(fā)利用對河流水環(huán)境的影響，對流域河流徑流量及水資源開發(fā)利用情況進行全面認識，并對枯季徑流和下游河道水環(huán)境狀況進行分析，這對河流水環(huán)境的恢復與重建意義重大。

1 流域天然年徑流量的變化

黃壁莊水庫運行后實測年徑流量為水庫出庫量，1950～2012年平均實測年徑流量為14.1億m3，而天然年徑流量為20.3億m3。黃壁莊站為滹沱河山區(qū)出山口徑流控制站，1918年6月開始有監(jiān)測資料，1950年開始有連續(xù)的系列，通過分析黃壁莊站1950年以來天然年徑流的變化[1]，來反映氣候變化和人類活動對滹沱河天然年徑流的影響。

圖1 黃壁莊站天然年徑流量變化過程

1.1 趨勢分析

趨勢分析作為水文時間序列分析的重要工具，可以用來了解天然年徑流演變的過程。圖1為黃壁莊站天然年徑流量變化過程。由圖1可以看出，黃壁莊站天然年徑流量雖然在不同年份間存在波動，但總體上減少趨勢明顯。20世紀50年代平均年徑流量為33.9億m3，60年代為27.8億m3，70年代后不足20億m3，進入21世紀以來更少，僅11.1億m3。趨勢線方程為y＝-0.3886x＋790.03，其斜率為負值，反映出下降趨勢。天然年徑流衰減反應(yīng)了流域產(chǎn)水能力的降低，是造成河流來水量減少直接原因。

1.2 氣候變化和人類活動對天然年徑流的影響

河川徑流源于降水，是氣候條件及下墊面綜合作用的產(chǎn)物，河川徑流量變化也是氣候變化和人類活動多因素影響的綜合結(jié)果[2]，[3]。通過對黃壁莊站1950年以來年降水與天然年徑流關(guān)系分析，可以了解流域氣候變化和人類活動對滹沱河天然年徑流的影響程度。

參照以往研究成果，以1980年作為天然年徑流系列發(fā)生變異的突變點[3]，[4]，將 1950～2012年的降水量和天然徑流量系列分成兩個系列點繪年降水量與天然年徑流量關(guān)系圖（見圖2）。將1980年以前系列看作是不受大規(guī)模人類活動影響或徑流過程仍然以自然特征為主的系列，稱為“基準期”，1980年以后系列為人類活動影響下墊面及降水等氣候因素綜合作用狀況下的“現(xiàn)狀期”。其中1950～1979年平均年降水量552.5mm、平均年徑流量116.5mm，1980～2012年平均年降水量515.8mm、平均年徑流量59.4mm。由此可見，“現(xiàn)狀期”比“基準期”年降水量偏少6.6%，年徑流偏少49.0%。從圖2也可以看到，突變點年份前后系列年降水量與天然年徑流量之間的相關(guān)關(guān)系顯著不同，“基準期”點據(jù)呈帶狀集中在右側(cè)，而“現(xiàn)狀期”的點據(jù)則集中在左側(cè)?？梢娡攘考壞杲邓畻l件下，天然年徑流有明顯的差異[5]。兩者徑流量變化的差值可看作氣候變化和人類活動對徑流的綜合影響量。以流域多年平均年降水量539.2mm查兩條關(guān)系線，分別為103.9mm和58.7mm，“現(xiàn)狀期”比“基準期”徑流減少43.5%。

在氣候變化和大規(guī)模人類活動的綜合作用下，尤其是人類活動影響使流域下墊面條件發(fā)生了很大變化，同量級的降水量，天然徑流量減少四成多。天然徑流這種劇烈的衰減，直接導致河川徑流量的減少，這是河流水環(huán)境惡化的主要原因之一。

圖2 黃壁莊站年降水與天然年徑流相關(guān)關(guān)系

2 水資源開發(fā)利用程度分析

2.1 黃壁莊水庫上游用水量分析

崗南、黃壁莊水庫上游農(nóng)田灌溉工程眾多，有冶河灌區(qū)、綿河灌區(qū)、山西忻州滹沱河灌區(qū)，等等。灌區(qū)興建、擴建不斷增加對河流的引提水量，一定程度上也存在農(nóng)業(yè)灌溉過量引水現(xiàn)象，在保障了糧食增產(chǎn)的同時，使河流下游水量減少，影響了河道天然水環(huán)境[6]。

黃壁莊上游用水量以農(nóng)業(yè)用水為主，工業(yè)和生活用水占比例很小，尤其是1980年以前基本無工業(yè)和生活用水。統(tǒng)計結(jié)果表明（見表1），水庫上游用水量呈增加態(tài)勢[7]，20世紀80年代達到最高峰，年均用水量達到了7.7億m3。與此同時，天然年徑流卻呈減少態(tài)勢。一增一減，使得用水量占天然年徑流的百分比迅速增大，這個比值反映了水資源開發(fā)利用程度。20世紀50年代以前，水資源開發(fā)利用程度僅為7.5%，以后逐步增加，1980年后進入高峰，均超過了40%的國際公認警戒線；年代平均最高出現(xiàn)在2000年以后，達到了56.6%，其中個別年份超過80%。20世紀90年代水資源開發(fā)利用程度較低是由于有1991年、1995年和1996年幾個豐水年所致。

表1 黃壁莊站以上流域水資源開發(fā)利用情況

2.2 黃壁莊水庫下游用水分析

黃壁莊水庫下游農(nóng)業(yè)用水主要是通過石津渠、靈正渠和計三渠引水（見表2）。石津渠和靈正渠分別從1952年、1960年開始有用水量實測資料。計三渠從1976年開始從黃壁莊水庫引水灌溉。

表2 黃壁莊站下游分年代用水量統(tǒng)計分析

由表2可看出黃壁莊站下游灌區(qū)1950年以來的用水量變化，其清晰的反映出灌區(qū)的發(fā)展、興盛、衰落過程。灌區(qū)用水量從20世紀六七十年代為鼎盛期，60年代平均用水量為12.1億m3，期間最大用水量為1961年的16.0億m3；70年代年平均用水量為12.9億m3，期間最大用水量為1977年的19.3億m3；進入80年代開始衰減，年代平均用水量為5.7億m3，2000年以來更小，年平均用水為3.4億m3。

從20世紀90年代開始，水庫供水增加了工業(yè)、生活、環(huán)境等城市用水。工業(yè)用水為西柏坡電廠用水量，自1993年開始年平均用水量為0.19億m3；生活用水為向石家莊市水廠的供水量，自1996年開始年平均用水量為0.24億m3，環(huán)境用水為石家莊市民心河的補水量，后增加了太平河、滹沱河環(huán)境補水量，2012年還曾為衡水湖補水，另外還有2008年以來向北京供水，自1998年開始年平均用水為0.09億m3。

從水庫用水量占入庫水量的百分比可以看到，20世紀七八十年代，占比為80%以上，2000年以來更是超過90%，而且水庫供水從單一目標的農(nóng)業(yè)供水，逐漸向多目標供水轉(zhuǎn)變，并且城市用水呈增加趨勢。這也反映出該區(qū)域水資源供需矛盾更加突出，水庫的來水幾乎全部用于農(nóng)業(yè)灌溉和城市用水。水庫供水作用突出，很少給河道放水，加速了區(qū)域水環(huán)境變化。

3 河流水環(huán)境變化

3.1 枯季徑流變化

滹沱河山區(qū)河流的汛期（6～9月）水量可占全年水量的60%左右，枯季時間長，徑流量少，對河道水環(huán)境影響更顯著?，F(xiàn)選取滹沱河干流上的南莊、小覺站及主要支流冶河上的地都、平山站，通過20世紀50年代以來（建站以來）至2012年實測徑流系列，對枯季徑流變化趨勢進行分析，見表3。

表3 山區(qū)代表站不同年代河川枯季徑流

各站分年代枯季月平均、連續(xù)最枯三個月平均及最枯月平均流量的變化，可用來反映枯季河道水環(huán)境狀況[7]（見表3）。分析表明：枯季徑流遞減趨勢顯著，各站的枯季月平均流量從20世紀60年代開始減少，南莊、小覺、平山遞減率分別為15.0%，14.1%，5.0%；70年代減少更劇烈，遞減率分別為33.6%，34.5%，32.5%；1980年之前年代之間遞減趨勢明顯，1980年之后仍呈現(xiàn)減少趨勢，但速率變??；各代表站總衰減率在50%～75%之間。

地都站1959年建站，20世紀50年代的代表性不強，其余年代間變化規(guī)律與其他站一致。枯季徑流的減少，不僅造成水資源供需矛盾，還會引發(fā)河流斷流、水質(zhì)污染等一系列河流生態(tài)環(huán)境問題。

3.2 水庫下游河流水環(huán)境變化

以黃壁莊站和下游平原站北中山站過水情況來說明下游河道水環(huán)境變化。黃壁莊站從1918年6月開始到1959年（部分年份缺測）河道只有1958年底斷流9天。1959年6月水庫建成運行后，主要通過黃壁莊溢洪道放水。1960～1969年10年間1966年全年未放水，其余年份都有放水；1970～1979年未放水天數(shù)明顯增多，其中1974～1976連續(xù)3年未放水；進入1980年以后河道成為泄洪河道，1980年以來較大泄洪僅4次，1988年8月份21天，1991年的6月、7月共29天，1995年9月21天，1996年8月、9月共54天。另外1997年4月、5月份為水庫防汛調(diào)度棄水19天；2000年以后由于防汛需要，放水3次，其中2000年2天，2001年3天、2004年9天。

北中山站，1919年開始設(shè)水位觀測，1955年設(shè)流量觀測站[10]。從1955年開始分析，1955～1959年5年間斷流217天，水庫運行后1960～1969年，河道斷流356天（水量部分來自石津渠、靈正渠退水），1970年以后斷流天數(shù)明顯增多，1970～1979年斷流2395天，1980～1989年斷流3615天（見表4），其中1980至1988年8月完全河干；1990～1999年斷流3382天，只有豐水年水庫放水河道才過水，從1998年開始平原河道逐漸成為納污河道，即便水庫放水，水量小也到不了北中山站，出現(xiàn)了河道沙化、垃圾遍布、污水橫流等現(xiàn)象，河道水環(huán)境明顯惡化。

表4 河道斷流天數(shù)

4 結(jié)論

（1）流域天然年徑流變化分析表明，受氣候變化和人類活動的共同影響，天然年徑流序列發(fā)生了顯著變化，與20世紀50～70年代相比，現(xiàn)狀條件下同量級年降水，天然年徑流減少超過4成。大規(guī)模人類活動使流域下墊面情況發(fā)生了變化，是導致天然年徑流產(chǎn)生變異的主要動因。流域天然年徑流的減少是造成河流水環(huán)境惡化的主要因素之一。

（2）黃壁莊以上流域水資源開發(fā)利用歷史較長，開發(fā)利用程度也較高。資料分析表明，上游工農(nóng)業(yè)年平均用水量從20世紀50年代的不足2億m3，增長到80年代的7.7億m3，達到頂峰，以后均維持在6億m3以上的高位。80年代以來，年均用水量占天然年徑流的百分比都超過了40%的國際公認警戒線，水資源開發(fā)利用過高必導致河流水環(huán)境危機。

（3）崗黃兩庫的建成運行，加劇了該流域水資源開發(fā)利用程度，尤其是20世紀80年代以后，由于上游來水量驟減，引水量和下游灌區(qū)也出現(xiàn)了明顯萎縮，但用水量占來水量的比例卻在增加。由于水資源供需矛盾突出，水庫一般不再向河道供水，僅洪水期才偶爾泄洪，致使水庫下游河流水環(huán)境更加惡化。

（4）對上游代表站河道枯季實測徑流分析可以看到，河道枯季月平均、連續(xù)最枯三個月及最枯月平均流量遞減趨勢十分明顯，從20世紀50年代到21世紀初，河道枯季徑流量減少了6成左右。上游枯季徑流劇減會引發(fā)河流斷流、水質(zhì)污染等一系列河流生態(tài)環(huán)境問題。由于水庫對水量的控制，下游平原區(qū)河流從20世紀70年代開始出現(xiàn)連續(xù)斷流，80年代開始干涸沙化，90年代成為納污河道，河道水環(huán)境明顯惡化。

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