張宇

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

汾河流域地表徑流變化分析

張宇

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

汾河流域是山西省重要的經濟社會發(fā)展區(qū)域，由于水資源長期過度開發(fā)、植被破壞、污染加劇，水土流失、地下水超采嚴重，地下水位下降，泉水出流量劇減，降水產流急劇衰減，兩者的共同作用造成地表徑流量大幅減少，因此對汾河流域生態(tài)進行建設是十分重要且緊迫的。

地表徑流；生態(tài)修復；汾河流域

1 流域概況

汾河流域面積39471km2，南北長412.5km，東西寬188km，干流全長716km，是山西第一大河，黃河第二大支流。流域位于山西省中南部，是山西省政治、經濟、文化中心。

汾河流域人均水資源量275m3，為全省人均水資源量381m3的72%，人均供水量208m3，單位面積平均占有水資源量172m3，為全省單位面積平均水資源量182m3的94.5%；單位面積平均供水量217m3。

汾河流域平川面積占比最大，水熱資源豐富，是全省糧食主產區(qū)域。該流域在不同的歷史時期，植被均在不斷減少，水土流失逐步加大，各個支流上游的溝道不斷發(fā)育，流失的泥沙造成湖泊淤沒。隨著湖泊的逐步消失，帶來了河流水系吸納洪水的能力弱化，洪災出現的頻次增加。植被的減少，導致土壤涵養(yǎng)水源的能力降低，支流水量減少，抵御干旱的小氣候環(huán)境一并消失，干旱出現的頻次加大。

2 降水

流域內降水成因可分為含有豐沛水汽的副熱帶海洋氣團與極地大陸氣團接觸、鋒面過境時產生的鋒面雨，大氣層結構不穩(wěn)定形成的對流雨，因地形抬升作用形成的地形雨，以及因氣流向低壓區(qū)輻合抬升產生的氣旋雨。

流域內地形起伏大，山脈多呈東北向或北東方向排列，水汽自南或東南方向入境后，受到層層阻隔，年降水量總體上自南向北遞減，且隨著山地高度的增加而增加，尤其蘆芽山、關帝山的降水量隨高程增加較快；隨緯度增高同高程降水量漸趨減小；不同坡向降水量高程關系因水汽來源、山脈走向不同而存在差異。年降水量變化梯度大，存在眾多交替出現的高低值中心，低值區(qū)主要分布于盆地，太原、運城、臨汾盆地低值中心年降水量分別在450mm，500mm，550mm以下，均小于盆地周圍山區(qū)；高值區(qū)幾乎全分布在高山地區(qū)。

流域內各年間降水量差異很大，上中下游最大、最小年降水量比值介于2.38～3.06之間，降水量年內分配極不均勻，季節(jié)變化非常明顯，一般冬季干旱少雨，夏季雨水充沛，秋雨多于春雨。

3 徑流量及分布特性

3.1 天然徑流

汾河流域河津站1956—2013年多年平均天然徑流量為18.72億m3。各測站多年徑流統(tǒng)計結果見表1。

表1 汾河流域主要測站多年徑流統(tǒng)計表

3.2 徑流量分布特性

流域徑流分布特性主要受自然因素和人類活動兩個因素影響。自然因素包括地理位置、地形地貌、氣候氣象、植被等，是徑流賴以形成的基礎，對徑流產生著持久且基本穩(wěn)定的影響。人類活動對流域地表徑流量的影響可分為兩方面：一是以地表水為水源的工農業(yè)用水和生活用水以及水利工程的調蓄，直接改變了下游水文站控制斷面的實測徑流量，二是生產實踐和社會活動改變流域下墊面條件（包括植被、土壤、水面、耕地、潛水位等因素），導致入滲、徑流、蒸散發(fā)等平衡要素的變化，使得流域產匯流條件發(fā)生變化，同時改變徑流的時程。

通過對流域內干支流水文測站天然徑流分析，具有以下特點：一是地區(qū)分布不均。流域降水量總體上自南向北遞減、山地大于盆地、迎風坡大于背風坡，徑流深與降水量基本對應，徑流深南部大于北部，呂梁山脈的蘆芽山、關帝山及汾河上游的分水嶺部位為徑流深高值區(qū)，盆地區(qū)為徑流深低值區(qū)。二是年內分配不均。流域徑流的年內分配表現為典型的夏雨型，即徑流量的豐枯特征和降水量對應，徑流集中程度主要取決于雨季持續(xù)時間和降水量的集中程度，各代表站典型年徑流量的年內分配，一般豐水年徑流集中程度大于枯水年，大水年份雖然河川徑流豐富，但集中程度高，對水資源開發(fā)不利；連續(xù)最大四個月徑流量出現在6—9月，占多年平均徑流量的50%。三是年際變化比較平緩。汾河流域面積大，干支流有較大巖溶泉水出露，流域的調節(jié)性能較好，年徑流極值比在4.0左右，變幅相對較小。

4 地表徑流量變化趨勢分析

地下水位下降后，泉水出流量劇減，同時，多年來降水量的下降也直接導致河川徑流的衰減，兩者共同作用造成地表徑流量大幅減少。依據現有58年的實測水文資料，1956—2013年平均降雨量為507mm，平均地表徑流量為20.4億m3。其中：1956—1979年平均降雨量為529mm，平均地表徑流量為26.5億m3；1980—2000年平均降雨量為477mm，平均地表徑流量為17.4億m3；2001—2013年平均降雨量為515mm，平均地表徑流量為13.3億m3，降雨量與2012年基本相近。在調查的1956—1979年，1980—2000年，2001—2013年水資源量均值是逐段減少的。2001—2013年段水資源量比1956—1979年水資源量減少近30%。

從地表水資源量累計均值分析圖中可以看出，降水量、徑流量累計均值曲線均為下降趨勢，說明實測年份內，汾河流域徑流量總體呈現衰減趨勢，由于降水和徑流存在非線性關系，當降水量減少時，徑流量以遠大于降水量的減幅減少，徑流量累計均值曲線下降趨勢比降雨量曲線下降明顯。經各年徑流量資料統(tǒng)計，在1980—2013年的34年間，只有6年的地表徑流量高于均值，在1989—2013年25年間，只有2年的地表徑流量高于均值，2013年徑流量為20.8億m3，僅與均值持平。

地表徑流量的減少有降雨因素，也有地表產流條件（下墊面）變化的因素。與1956—1979年系列相比，1980—2000年系列地表徑流量每年減少9.1億m3，其中受降雨因素減少影響4.1億m3，占45%，受地表產流條件影響5億m3，占55%。2001—2013年地表徑流量和1956—1979年相比，減少徑流量13.2億m3，其中受降雨因素減少影響1.4億m3，占11%，受地表產流條件影響11.8億m3，占89%。

從汾河流域上、中、下游三個區(qū)間資料整體比較，汾河各段總體呈衰減演變的趨勢，上游徑流量普遍偏低，下降趨勢較為明顯，由于近年來上游采取部分保護措施，年徑流量下降趨勢平緩；較上游情況相比，中游徑流量普遍偏高，2008年以來部分河段經過治理后略有上揚，但仍不能達到前期水平；下游段徑流量與中游徑流量比較，下降趨勢沒有改變。

5 生態(tài)修復緊迫性分析

一是經濟社會發(fā)展對水的需求尤為迫切。產流不足問題不解決，自身造血功能不恢復，單靠引調客水難以保障經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。二是經濟社會發(fā)展對生態(tài)文明的要求越來越高。在改造自然過程中，改善生態(tài)環(huán)境、恢復河流水系、建設生態(tài)文明已成為流域內全體人民的共識。三是近年來雖然水生態(tài)惡化問題有所控制，但地下水補給途徑破壞、河流自身產流不足、植被差的問題并未解決且有可能繼續(xù)惡化。四是汾河流域面源污染嚴重，河流水質不斷惡化等多重效應疊加，造成了城市周邊地區(qū)土壤和淺層地下水的嚴重污染。為此，維護汾河河道健康生命，保護山西人民美好家園已到了刻不容緩的地步。

6 保護措施

第一，科學配置水土資源，節(jié)水優(yōu)先，高效利用，保障流域經濟社會健康發(fā)展。增加林地、水地、水域面積，減少旱地面積，對25°以上坡地退耕還林還草，將部分占用的河灘地改造為蓄水濕地，為水生態(tài)修復提供必需的基礎條件。進行部分水域及水利設施建設，增加水域面積。實行最嚴格水資源管理制度，落實用水總量和效率控制紅線，以農業(yè)節(jié)水為重點，統(tǒng)籌兼顧工業(yè)、生活節(jié)水，嚴格控制用水增量。對流域內灌區(qū)進行高效節(jié)水改造，節(jié)約用水。

第二，恢復水域，重建水系，充分利用洪水資源。通過在汾河干流沿線、支流下游和邊山峪口等區(qū)域恢復和建設一批能調蓄徑流的“珍珠串”狀水域，總面積238km2，蓄滯洪水，充分利用雨洪資源，使洪水資源化，達到重建河流水系、抬升地下水位、凈化水質、改善生態(tài)環(huán)境、增加漁業(yè)養(yǎng)殖及豐富水生植物等目的，在確保防洪安全的前提下，蓄滯洪水源化。通過體制機制創(chuàng)新，強化水功能區(qū)限制納污紅線，加強污染防治，加大廢污水處理和中水回用力度，在山丘區(qū)重點實施清潔小流域建設，實現污水資源化。

7 結論

汾河流域是我省重要的經濟社會發(fā)展區(qū)域，由于水資源長期過度開發(fā)、植被破壞、污染加劇，水土流失、地下水超采嚴重，地下水位下降，地下水水位下降后，泉水出流量劇減，降水產流也急劇衰減，兩者的共同作用造成地表徑流量大幅減少。生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，遠超水資源和水環(huán)境承載能力，對人類不良影響的表現越來越明顯，加大生態(tài)環(huán)境建設投入以保護越來越脆弱的生態(tài)環(huán)境已刻不容緩。

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張宇（1980-），男，2009年畢業(yè)于太原理工大學水力學及河流動力學專業(yè)，工程師。

2016-08-15；

2016-09-24