武光明

（山西省水文水資源勘測局，山西太原030001）

基于生態(tài)修復(fù)的汾河流域河川徑流計(jì)算分析

武光明

（山西省水文水資源勘測局，山西太原030001）

在流域下墊面進(jìn)行歸類量化的基礎(chǔ)上，分析森林植被和裸露區(qū)的產(chǎn)流規(guī)律，地下水用水量對河川基流的影響，從生態(tài)修復(fù)的角度對河川徑流規(guī)律進(jìn)行分析探討，該方法對流域生態(tài)修復(fù)效益預(yù)測具有一定的參考應(yīng)用價(jià)值。

生態(tài)修復(fù)；汾河；河川徑流；分析

1 背景

汾河是山西的母親河，為省內(nèi)第一大河，是黃河的第二大支流，地處山西省的中南部，流域面積39471km2。由于社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的急劇增長，流域內(nèi)用水量持續(xù)增加，加之地下水超采、植被退化和煤礦開采對水資源的影響，生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重破壞。主要表現(xiàn)為∶流域產(chǎn)流減少，河道基流自身難以維持；地下水超采，域內(nèi)泉水枯竭；森林植被占比少，水源涵養(yǎng)能力弱，大部分一級支流斷流；水質(zhì)污染嚴(yán)重。對汾河出現(xiàn)的生態(tài)問題，山西省委省政府高度重視，2015年決定啟動實(shí)施汾河流域生態(tài)修復(fù)重大戰(zhàn)略工程。今后一段時(shí)期內(nèi)，通過高效節(jié)水，提高用水效率；關(guān)井壓采，促進(jìn)地下水位回升；增加森林植被，有效涵養(yǎng)水源；控制污水排放，加強(qiáng)污染防治等措施，使流域內(nèi)山水林田各要素相互促進(jìn)，良性循環(huán)，生態(tài)得到全面恢復(fù)。將流域下墊面進(jìn)行歸類量化，分析不同水文站森林植被和裸露區(qū)的產(chǎn)流規(guī)律，地下水用水量對基流的影響，從生態(tài)修復(fù)的角度對河川徑流規(guī)律進(jìn)行分析探討。

2 不同植被條件產(chǎn)流分析

考慮產(chǎn)流條件，將流域及選用水文站以上植被綜合分為兩類，森林和裸露區(qū)。通過對地類面積量算，歸類統(tǒng)計(jì)森林與裸露區(qū)占該站面積的比重，結(jié)合各站水文特性，分析不同地類的產(chǎn)流規(guī)律。這里將河川徑流分割為三部分，地表水、地表基流和泉水（域內(nèi)8處巖溶大泉），地表水加地表基流為地表徑流，地表基流加泉水為河川基流。

2.1水文特征

分析選用流域內(nèi)23個(gè)水文站（含區(qū)間），為了便于隨后分析流域的產(chǎn)流特征，選取人類活動影響較小時(shí)段，水文資料采用各站1956～1979年系列均值。

汾河流域因降水和人類活動的影響，河川基流量（地表基流加巖溶泉水）和河川徑流量（河川基流與地表水之和）不斷減少。同1956～1979年相比，1980～2000年徑流減少34.5%，2001～2013年減少50.6%。

2.2森林植被產(chǎn)流分析

汾河流域現(xiàn)有森林面積6180km2，森林覆蓋率15.7%。森林植被對河道基流產(chǎn)生重要影響，林冠及凋落物截留降水，延遲和改變了產(chǎn)匯流過程，林區(qū)土壤持水和蓄水量增加了基流量。

2.2.1 地表基流

對選用水文站地表徑流進(jìn)行分割，分離出地表基流和地表水，根據(jù)各流域森林植被覆蓋率，分析森林對基流的影響。這里把森林覆蓋率作為影響徑流的突出因素，所以分析只采用各流域覆蓋率在40%以上的水文站資料。通過分析，森林覆蓋率與地表基流系數(shù)（基流占流域降水百分比）有良好的正相關(guān)線性關(guān)系，表明森林覆蓋率越高，基流越大（見圖1）。

圖1 森林植被～地表基流關(guān)系圖

2.2.2 地表水

通過各水文站森林覆蓋率與地表徑流系數(shù)（地表水占流域降水量百分比）的分析，兩者之間也存在良好的正相關(guān)線性關(guān)系，表明森林覆蓋率越高，地表水產(chǎn)水量越大（見圖2），其原因是森林改變了局部的氣候環(huán)境，水分轉(zhuǎn)化更為復(fù)雜，但也表明森林覆蓋率越好，徑流會朝增加的有利趨勢發(fā)展。

圖2 森林植被～地表水關(guān)系圖

2.3裸露區(qū)產(chǎn)流分析

汾河流域從歷史來看，曾經(jīng)是一個(gè)森林茂密、湖泊遍地的水鄉(xiāng)澤國。歷代王朝大興土木，砍伐森林，到建國前森林面積所剩無幾，植被退化，水土流失不斷加重?？紤]不同植被對產(chǎn)流的貢獻(xiàn)，將森林和耕種平地面積扣除，其余作為裸露區(qū)（含灌木、草坡）一并考慮，現(xiàn)狀汾河流域裸露區(qū)面積占流域面積的54.4%。

2.3.1 地表基流

采用各站裸露區(qū)面積占水文站集水面積在60%以上的水文站資料進(jìn)行分析，裸露區(qū)面積占比與地表基流系數(shù)存在負(fù)相關(guān)線性關(guān)系，表明裸露區(qū)面積占比越高，基流越小，這也是造成大部分一級支流斷流的主要因素（見圖3）。

圖3 裸露區(qū)面積～地表基流關(guān)系圖

2.3.2 地表水

通過對裸露區(qū)面積占比與地表徑流系數(shù)的分析，兩者之間存在正相關(guān)線性關(guān)系，表明裸露區(qū)面積占比越高，地表水產(chǎn)水量越大（見圖4），主要集中在汛期易發(fā)暴雨洪水，是形成該區(qū)域水土流失嚴(yán)重的主要原因。

圖4 裸露區(qū)面積～地表水關(guān)系圖

3 地下水開采對河川基流的影響

汾河流域地下水用量隨年代急劇增加，至2010年汾河流域累計(jì)超采量達(dá)76.1億m3，用水模數(shù)從上世紀(jì)50年代的0.53萬m3/km2到本世紀(jì)初的4.1萬m3/km2。由于地下水不斷開采（超采），致使地下水位不斷下降，河道基流衰減，尤其巖溶大泉自然出流衰減嚴(yán)重，域內(nèi)8處大泉在上世紀(jì)60年代之前流量為28.7m3/s，到2013年流量僅8.7m3/s，減少了70%，其中3處泉水已斷流。

根據(jù)汾河流域多年地下水用水狀況，分析發(fā)現(xiàn)流域地下水開采直接影響河川基流（含泉），進(jìn)而影響河川徑流量，說明河川徑流及地下水開采之間有密切的關(guān)系（見圖5）。分析表明地下水用水和河川基流之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，地下水用水量越大，基流越小。從流域生態(tài)修復(fù)的角度，關(guān)井壓采，將有利于增加河川基流量和徑流量。

圖5 汾河流域地下水用水量與河川基流關(guān)系圖

4 綜合因素影響的河川徑流分析

經(jīng)過以上分析，綜合植被狀況、降水、徑流以及地下水用水等諸要素，建立聯(lián)合模型對不同時(shí)段河川徑流進(jìn)行演算，與全國第二次水資源評價(jià)數(shù)據(jù)（未修正系列）（2001～2013年采用山西水資源公報(bào)）進(jìn)行誤差評價(jià)，檢驗(yàn)其可靠性。模擬與評價(jià)河川徑流量比較接近，各時(shí)段誤差在-1.7%～8.7%之間，和1956～2000年相比，誤差僅2.3%，說明成果比較合理（見表1）。該方法從水文分析的角度，通過建立各要素間的水文模型，分析計(jì)算流域河川徑流，具有較高的計(jì)算精度。流域生態(tài)修復(fù)需要較長周期，此方法可用于流域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃階段及規(guī)劃實(shí)施后的河流生態(tài)效益預(yù)測，特別是對河川基流及河川徑流進(jìn)行匡算和初步評估，具有一定的借鑒參考價(jià)值。

表1 汾河流域綜合因素影響河川徑流分析統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)論

（1）分析表明森林覆蓋率與地表基流有良好的正相關(guān)關(guān)系，森林覆蓋率越高，基流越大，同樣地表徑流量亦越大，即產(chǎn)水量越大。

（2）裸露區(qū)面積與地表基流存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明裸露區(qū)面積占比越高，基流越小。

（3）地下水用水和河川基流之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，地下水用水量越大，基流越小。

（4）綜合因素（植被、水文特征、地下水等）影響的河川徑流水文分析方法具有較高計(jì)算精度，可用于流域生態(tài)修復(fù)的產(chǎn)水效益預(yù)測。

［1］范堆相等.山西省水資源評價(jià)［M］.北京∶水利水電出版社，2005.

［2］山西省水利廳.山西省水文計(jì)算手冊選用站水文下墊面產(chǎn)流地類圖冊［M］.鄭州∶黃河水利出版社，2011.

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：1672-2469（2016）05-0026-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.011

2016-03-10

武光明（1967年—），男，高級工程師。