趙鵬宇，馮文勇，步秀芹，崔 嬙，鄭慶榮，徐學選

（1.忻州師范學院 旅游管理系，山西 忻州034000；2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護科學研究院，南寧530000；3.忻州師范學院 地理系，山西 忻州034000；4.中國科學院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100）

出于解決突出水資源問題目的，多年來，許多學者針對流域范圍忻州段水資源問題進行過研究，取得了不少成果，內(nèi)容涉及水資源特性、變化、影響因素等問題［1－7］。分析發(fā)現(xiàn)，這些成果對理清該區(qū)域水資源的變化與影響機制還存在一些障礙：（1）缺乏自然分區(qū)研究，多行政分區(qū)研究；（2）研究標準不統(tǒng)一，如水資源分區(qū)的劃分、水資源量的計算標準等；（3）研究數(shù)據(jù)大部分集中于2000年之前，而2000年之后人類活動與水資源演變更為緊密。上述原因造成研究者得出的結(jié)論差異較大，甚至出現(xiàn)矛盾的現(xiàn)象。本文利用人類活動強度最大的近55a資料，在前人有關(guān)環(huán)境變化、人類活動和水資源研究成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)分析滹沱河山區(qū)水資源變化情勢，剖析各分區(qū)之間的相互影響，探討幾十年來水資源變化的驅(qū)動因素，為該區(qū)域水資源調(diào)控與水環(huán)境整治提供參考。

1 滹沱河山區(qū)的基本情況與分區(qū)

1.1 水系與地形

滹沱河是山西省的主要河流之一，也是華北地區(qū)的著名河流，它發(fā)源于五臺山北麓繁峙縣泰戲山腳下的喬兒溝，經(jīng)山西東北部入河北省，匯入子牙河，在天津市境內(nèi)歸海河、注渤海。在華北地區(qū)培育出一條長587km的綠色文明走廊，流域面積達26 630km2，滹沱河山區(qū)是指山西省忻州市的東部。境內(nèi)有7縣（市），總面積11 936km2。

滹沱河干流在山西境內(nèi)以北、西南環(huán)繞五臺山，形若“S”形。崞陽以上為上游，屬峽谷型河道，河流由東北流向西南，沿程縱坡變化較大，從幾十分之一到千分之一，河流寬度為100～500m；崞陽至濟勝橋為中游，長約90km，具有平原型河道的特征，河床寬500～1 000m，河道平緩，比降約為0.1%，枯水期河床中易形成沙洲，主流擺動較大；濟勝橋以下為下游，屬峽谷型河道，河床窄深，比降逐漸變陡，水流湍急，形成不少陡坎，干流平均縱坡0.32%。崞陽至界河鋪河流轉(zhuǎn)為南北流向，河床組成中以細砂為主，出界河鋪峽口后折向東流，至濟勝橋進入山區(qū)。滹沱河區(qū)河流屬海河流域的子牙河水系。主要為滹沱河，其支流有峪口河、陽武河、云中河、牧馬河和清水河。

地形地貌基本可劃分為三種類型［8］：一是基巖山區(qū)，占流域總面積75%以上，主要包括流域以東和南部的五臺山、系舟山，北部的恒山南段，西部的云中山等；二是一般山丘區(qū)，包括黃土高原丘陵區(qū)和山前黃土丘陵區(qū)主要分布在原平市、五臺縣中北和紅崖一帶，滹沱河兩岸的山前地帶，為山地與平原間的過渡地帶；盆地平原區(qū)，主要分布于滹沱河沿河地帶，為寬闊平坦的河漫灘，屬河谷沖積平原。滹沱河區(qū)的盆地平原區(qū)、一般山丘區(qū)、基巖山區(qū)面積分別為2 751，8 010，1 175km2。

1.2 氣候與降水

滹沱河區(qū)地處中緯度大陸性季風氣候區(qū)，受西伯利亞干冷氣團和太平洋暖濕氣團進退交鋒的控制。流域內(nèi)四面環(huán)山，屬溫帶半干旱氣候。1980年以后，氣溫有上升趨勢，平均上升0.05℃／a。蒸發(fā)量一般是平原大于山區(qū)，水土流失嚴重、植被稀疏、干旱高溫地區(qū)大于植被良好、濕度較大的地區(qū)。五臺山是水面蒸發(fā)的低值區(qū)，五臺山中臺頂處水面蒸發(fā)量不足1 300mm，而定襄縣中心處水面蒸發(fā)量僅為1 350mm，其它各縣市介于1 350～1 750mm之間。1980年后滹沱河山區(qū)逐年水面蒸發(fā)量年平均增加0.18%。

滹沱河區(qū)多年平均降水量484.0mm，界河鋪以上為473.2mm，界—濟區(qū)間463.3mm，濟勝橋以下523.5mm，一般是山區(qū)雨量多，平川、河谷雨量偏少。在氣候變化對水資源總的影響當中，降水是最主要的因素之一。滹沱河山區(qū)降水量年際差異較大，時空分布不均。降水量的季節(jié)分配極不均勻，年內(nèi)變化較大。

1.3 流域分區(qū)及特點

綜合分析滹沱山區(qū)自然環(huán)境及水資源開發(fā)利用情況，不難發(fā)現(xiàn)滹沱具有獨特的流域特點：在人類干擾活動不大的情況下，流域徑流主要形成于下游地區(qū)、水資源開發(fā)于中上游環(huán)境，下游出口水量直接決定了下游平原地區(qū)水資源量。目前，上游水資源開發(fā)形式主要是地表水利工程截水；中游的水利工程以地下水開采為主，主要是為忻定盆地城鎮(zhèn)發(fā)展及農(nóng)業(yè)供水；下游則水資源開發(fā)利用率較低?？紤]到數(shù)據(jù)獲取、開發(fā)利用、規(guī)劃和管理、自然環(huán)境特點以及計算方便，將滹沱河山區(qū)劃分為3個水資源區(qū)，即：界河鋪水文站以上區(qū)域（Ⅰ區(qū)），流域面積5 931km2，為成水與用水環(huán)境；界河鋪至濟勝橋水文站區(qū)域（Ⅱ區(qū)），流域面積2 785km2，為用水環(huán)境；濟勝橋至南莊水文站區(qū)域（Ⅲ區(qū)），流域面積3 059km2為典型的成水環(huán)境。

2 分區(qū)水資源的變化

2.1 分區(qū)地表水資源的變化

地表水資源量指河流、湖泊、水庫等地表水體的動態(tài)水量，用天然河川徑流量表示。Ⅰ區(qū)地表水資源量使用界河鋪水文站徑流數(shù)據(jù)；Ⅱ區(qū)地表水資源量使用濟勝橋水文站數(shù)據(jù)，反映了界河鋪—濟勝橋（即忻定盆地主要地表水源地）區(qū)間的水資源變化情況；Ⅲ區(qū)則使用南莊水文站數(shù)據(jù)。

根據(jù)忻州市水資源公報及相關(guān)文獻中的數(shù)據(jù)，將20世紀50年代以來，每10a一個階段，進行水資源量距平計算，結(jié)果見圖1?？梢钥闯觯?0世紀50年代以來各區(qū)水資源量下降程度較明顯，50年代的水資源量遠超1950年以來的平均水平；60年代急劇下降，70年代成為轉(zhuǎn)折時期，20世紀初期突然大幅減少，水資源顯著變少；但不同區(qū)的變化情況有所不同：中上游地區(qū)（Ⅰ，Ⅱ區(qū)）在70年代為正距平，濟勝橋以下地區(qū)（Ⅲ區(qū)）70年代已為負距平。90年代至今是滹沱河山區(qū)整個近60a時間序列中枯水期，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ區(qū)降水量與多年平均比下降分別為4.9%，4.9%，6.0%，表現(xiàn)為Ⅰ，Ⅱ區(qū)地表水資源大幅減少，但Ⅲ區(qū)影響明顯偏小。

2.2 分區(qū)地下水資源的變化

因為不同文獻的地下水資源評價方法不同，進行地下水資源量的比較存在困難，因此選擇地下水位這一客觀參數(shù)來分析地下水資源變化趨勢。

第Ⅰ、Ⅱ區(qū)水資源分區(qū)在20世紀80年代開始，地下水資源成為該區(qū)水資源開發(fā)總量的主要組成部分，且開采區(qū)域以盆地平原區(qū)為主。資料顯示，1982—2000年，忻定盆地地下水位平均每年下降1.04m，至2000年，盆地內(nèi)超采區(qū)集中在忻府區(qū)和原平市，超采區(qū)占盆地總面積的3.5%，而采補平衡區(qū)47.6%，尚有開采潛力區(qū)面積占48.9%。而到2010年，忻定盆地地下水位上升區(qū)、下降區(qū)、相對穩(wěn)定區(qū)面積分別占盆地區(qū)總面積的3.7%，14.7%和81.6%。

第Ⅲ水資源區(qū)地下水以變質(zhì)巖、碎屑巖裂隙水和局部巖溶裂隙水形式，以及局部河床第四系堆積物中的孔隙水形式存在。根據(jù)忻州市第二次水資源評價及近10a水資源公報數(shù)據(jù)顯示，近30a內(nèi)地下水資源變化不明顯［9］。

圖1 滹沱河山區(qū)各分區(qū)地表水資源量不同年代均值距平

3 滹沱河山區(qū)水資源變化影響因素分析

自80年代以來，滹沱河山區(qū)由于人口增長、工農(nóng)業(yè)和生活用水增加、水資源污染、生態(tài)環(huán)境惡化以及由氣候變化所帶來的天然水資源的減少，使水資源的供需矛盾更加尖銳。另外滹沱河山區(qū)水資源只有出境，少有入境，更加劇了該區(qū)域水資源的匾乏程度。氣候變化因素包括降水、蒸發(fā)、露點、氣溫等的變化，對水資源的變化有較大的影響，特別是一些人類活動影響較小的山丘區(qū)，已成為影響水資源變化的主要因素。其中降水、蒸發(fā)的變化成為最主要因素［10］。

人類活動對于水資源變化的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一是未還原部分，是指因工程措施和生物措施改變了下墊面條件（如水土保持措施等），以及雨強變化導致天然產(chǎn)水量的衰減，這部分水量無法用統(tǒng)計方法得到精確數(shù)據(jù)，通過計算、分析可以解決這個問題，用水保活動影響量表示。二是已還原部分，是指經(jīng)過統(tǒng)計的工業(yè)、農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村人畜和林牧漁業(yè)）、城鎮(zhèn)生活消耗水量以及水庫蓄變量等，這部分耗水量可以通過統(tǒng)計進行還原計算，用水利活動影響量表示。

3.1 計算方法及結(jié)果

氣候變化對水資源變化影響的計算方法是：首先利用1980年以前資料率定的參數(shù)，模擬在1956—1979年下墊面條件下，1980—2010年的氣候條件下的天然水資源狀況。然后把1956—1979年的天然徑流量和在1956—1979年下墊面條件下1980—2010年的天然徑流量進行對比，可得出影響大小程度。具體方法對照崔炳玉等［11－12］的研究成果，氣候變化對水資源變化的影響量公式為：

Q氣影＝Q80后擬－Q80前

式中：Q氣影——氣候變化對水資源變化的影響量；Q80后擬——在1956—1979年下墊面條件下模擬的1980—2010年的平均天然徑流量；Q80前——1956—1979年的平均天然徑流量。人類活動對水資源變化影響的計算公式為：

Q人類＝Q未還－Q還原

Q未還＝Q天然－Q模擬

式中：Q人類——人類活動對于水資源變化影響總量；Q未還——水?；顒佑绊懥?；Q還原——水利活動影響量；Q天然——天然徑流量；Q模擬——下墊面條件不變時的模擬計算量。

3.2 影響因素分析

通過計算，得到各水資源分區(qū)的氣候變化對水資源變化的影響，見表1。需要說明的是各分區(qū)氣候影響水資源分析中使用的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)直接來源于2004年忻州市第二次水資源評價報告，此處不再單獨計算。

表1 氣候變化和人類活動對水資源變化的影響程度分析

成水用水環(huán)境（Ⅰ區(qū)）：氣候變化和人類活動分別使徑流量減少了12 772萬 m3／a，19 026萬 m3／a，占1956—2010年平均天然徑流量的27.3%，40.6%，其中水保活動與水利活動分別使徑流量減少了7 437萬 m3／a，11 589萬 m3／a，占1956—2010年平均天然徑流量的15.8%，24.7%。由此可見人類活動是水資源減少的主要因素，人類活動因素中，其中水利活動對水資源的影響約占60.8%。分析其原因，氣候因素中降水和蒸散發(fā)是天然條件下水資源形成的必要條件，下墊面的變化則起著分配蒸散發(fā)量、地表水資源量、地下水資源量的作用。下墊面變化對水資源總量的影響實際上可以被綜合在蒸散發(fā)量變化的影響中考慮，或者被綜合在徑流變化和地下水變化中。其他如氣溫、濕度等氣象因子對水資源的影響都可被綜合在降水、蒸散發(fā)這兩個因子中考慮。該區(qū)年降水量平均每年減少0.34%（算術(shù)平均），根據(jù)2004年忻州市第二次水資源評價結(jié)果顯示，1956—2000年該區(qū)蒸發(fā)量年平均減少0.19%，影響該區(qū)蒸發(fā)主要氣象要素并非溫度，而是平均風速的變化，因此，降水量是該區(qū)水資源減少的主要氣候因素。水保活動主要表現(xiàn)在該地區(qū)自2000年后退耕還林（草）及京津風沙源治理工程實施，在一定程度上改變了下墊面，蓄減了地表徑流。水利活動主要與該地區(qū)人口、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展，使該地區(qū)用水量持續(xù)增加有關(guān)。

用水環(huán)境（Ⅱ區(qū)）：氣候變化和人類活動分別使徑流量減少了2 515萬 m3／a，4 718萬 m3／a，占1956—2010年平均天然徑流量的18.8%，35.4%，其中水?；顒优c水利活動分別使徑流量減少了247萬m3／a，4 471萬 m3／a，占1956—2010年平均天然徑流量的1.8%，33.5%。由此可見人類活動是水資源減少的主要因素，人類活動因素中，其中水利活動對水資源的影響約占94.9%。該區(qū)年降水量平均每年減少0.31%（算術(shù)平均），蒸發(fā)量年平均減少0.46%，降水減少趨勢明顯，但是蒸散發(fā)量和降水量基本同步地持續(xù)下降，只是在20世紀80年代和90年代下降趨勢減緩，之后又加劇。這不但表示了蒸散發(fā)量變化受主要降水量控制，而非研究區(qū)水資源變化的主要影響因素，而且說明該區(qū)影響水資源變化的關(guān)鍵氣候因素是降水。水?；顒优c水利活動對該區(qū)水資源影響差異較大，該區(qū)為忻府區(qū)、定襄二座縣城所在地，工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)業(yè)消耗地表水量最大，同時消耗地下水量也大，間接地影響水資源的變化，因該地區(qū)大部分屬于平原盆地區(qū)，農(nóng)業(yè)發(fā)達，農(nóng)田為主要下墊面，人類對下墊面的影響較小，因此水利活動對于水資源變化影響程度遠大于水?；顒印?/p>

成水環(huán)境（Ⅲ區(qū)）：氣候變化和人類活動分別使徑流量減少了4 561萬 m3／a，7 795萬 m3／a，占1956—2010年平均天然徑流量的12.8%，22.0%，其中水?；顒优c水利活動分別使徑流量減少了5 887萬m3／a，1 908萬 m3／a，占1956—2010年平均天然徑流量的16.6%，5.4%。由此可見人類活動是水資源減少的主要因素，人類活動因素中，其中水利活動對水資源的影響約占24.5%。該區(qū)年降水量平均每年減少0.19%（算術(shù)平均），蒸發(fā)量年平均減少0.53%。與前面兩區(qū)正好相反的是，該區(qū)水?；顒訉λY源影響遠大于水利活動，主要與五臺山地區(qū)禁牧后植被的恢復、退耕還林工程、小流域綜合治理水保工程有關(guān)，而該地區(qū)以涵養(yǎng)水源，保護生態(tài)，發(fā)展旅游為主，豐富的水資源量相對應的是極低的水資源開發(fā)利用，地表水資源大部分流出境外，因此水利活動對于水資源變化影響程度遠小于水?；顒印?/p>

氣候變化對滹沱河區(qū)水資源變化的影響具有一定的規(guī)律性：1980—2010年，由于氣候變化使Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)水資源分別以平均每年0.88%，0.61%，0.41%（算術(shù)平均）的速度減少，衰減趨勢是滹沱河山區(qū)從源頭向下游逐漸減??；在氣候變化的影響中，年降水量平均每年減少0.27%（算術(shù)平均），徑流減少幅度則遠高于降水減少幅度。人類活動對于滹沱河山區(qū)水資源變化影響程度也具有同樣明顯的規(guī)律性：Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)水資源分別以平均每年1.31%，1.14%，0.71%的速度減少，即從源頭向下游影響程度逐漸減??；不同的是，水?；顒佑绊懗潭却笮№樞驗棰髤^(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅱ區(qū)，水利活動影響程度大小順序為Ⅱ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅲ區(qū)，這一規(guī)律與滹沱河區(qū)地表水、地下水供水工程現(xiàn)狀條件和供水能力相一致。滹沱河山區(qū)氣候變化、水保活動、水利活動影響分別占整個徑流減少量的38.6%，26.4%，35.0%，人類活動合計約占61.4%。氣候變化和人類活動對于滹沱河區(qū)水資源變化的影響程度比約為2∶3，所得結(jié)果與《山西省第二次水資源調(diào)查與評價》成果接近，說明方法正確、可信。結(jié)論與崔炳玉、楊丙寅［11－14］等人研究結(jié)果基本一致。

4 結(jié) 論

（1）根據(jù)自然地理背景和經(jīng)濟發(fā)展情況，可將滹沱河山區(qū)劃分為3個水資源區(qū)：Ⅰ區(qū)為界河鋪以上部分，屬于成水用水環(huán)境，具有一定規(guī)模的人類用水活動，但支流密集，產(chǎn)流能力較強；Ⅱ區(qū)為界河鋪至濟勝橋段，屬于用水環(huán)境，產(chǎn)流能力極弱，人類用水活動極為活躍。Ⅲ區(qū)為濟勝橋以下至南莊區(qū)域，屬于成水環(huán)境，降水較豐富，產(chǎn)流能力較強，區(qū)域內(nèi)的用水活動并不強烈。

（2）滹沱河山區(qū)地表水資源逐年減少，根據(jù)距平分析，Ⅰ、Ⅱ區(qū)在70年代為正距平，Ⅲ區(qū)70年代已為負距平。地下水表現(xiàn)在Ⅰ、Ⅱ區(qū)忻定盆地地下水位逐年下降，平均每年下降1.04m，且超采區(qū)面積有所增大；Ⅲ區(qū)近30a內(nèi)地下水資源變化不明顯。

（3）滹沱河山區(qū)水資源的減少是由氣候變化與人類活動共同影響的。氣候變化、水?；顒?、水利活動影響分別占整個徑流減少量的38.6%，26.4%，35.0%，人類活動合計約占61.4%。由于氣候變化使Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)水資源分別以平均每年0.88%，0.61%，0.41%（算術(shù)平均）的速度減少；人類活動使Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)水資源分別以平均每年1.31%，1.14%，0.71%的速度減少，氣候變化與人類活動對水資源變化影響程度具有相同明顯的規(guī)律性：即從源頭向下游影響程度逐漸減??；但人類活動表現(xiàn)方式并不相同，水保活動影響程度大小順序為Ⅲ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅱ區(qū)，水利活動影響程度大小順序為Ⅱ區(qū)＞Ⅰ區(qū)＞Ⅲ區(qū)。

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