胡巍巍

(韓山師范學(xué)院 旅游管理與烹飪學(xué)院, 廣東 潮州 521041)

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人類活動對韓江水沙徑流變化的影響

胡巍巍

(韓山師范學(xué)院 旅游管理與烹飪學(xué)院, 廣東 潮州 521041)

選取位于韓江中下游交界處的潮安水文站作為控制站，從徑流量和輸沙量兩個方面，開展人類活動對韓江水沙徑流變化的影響研究。利用潮安水文站1954—2012年系列年徑流量、年輸沙量以及其上游地區(qū)的年降水量數(shù)據(jù)，T檢驗結(jié)果表明，兩個時段的年降水量和年徑流量并沒有發(fā)生統(tǒng)計上顯著的變化，而兩個時段的年輸沙量發(fā)生了統(tǒng)計上顯著的變化，然后采用雙累積曲線法進行進一步分析。分析結(jié)果表明，20世紀60年代，由于梅河上游五華河水土流失嚴重，使得韓江輸沙量和徑流量均有所增加。而自2006開始，潮安站輸沙量明顯減少，總減沙量達到3 215.19萬t，年均減沙量為459.32萬t，主要原因是其上游韓江干流上大型的東山水利樞紐工程的興建，其次是上游水土保持減沙和水庫攔沙。本文可為韓江流域水利工程建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護和水資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

徑流變化; 年徑流量; 年輸沙量; 年降水量; 韓江

河流水沙變化不僅關(guān)系到河流本身的發(fā)展，而且也反映了流域的環(huán)境特性、水土流失程度及人類活動的影響。在水利規(guī)劃、防洪減災(zāi)、水資源利用和保護及生態(tài)環(huán)境建設(shè)等方面的工作中，河流水沙變化問題是必須考慮的主要因素[1]。目前，國內(nèi)外對于河流水沙變化的影響因素已有大量研究，尤其是人類活動對河流水沙變化的影響方面較為廣泛[2-8]。

人類活動對河流的影響主要表現(xiàn)在修建各種水利工程和通過土地利用改變流域下墊面特性。韓江流域人口稠密，河流開發(fā)歷史悠久，特別是解放以來，對河流進行了各種方式的改造和開發(fā)利用。目前上游地區(qū)修建了大量的水庫、下游各支流河口都建有擋潮閘，中下游干流上還有幾座大型的水利樞紐工程，以及沿途的兩岸堤防和各種引水取水活動。在河流生態(tài)系統(tǒng)中，水文徑流是最主要的驅(qū)動力[9-10]。上述人類活動不僅影響韓江河流水文過程，而且會使河流生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，河流健康受到威脅。由于韓江流域位于我國東南沿海地區(qū)，其流域植被覆蓋率高，水量豐富，含沙量低，水質(zhì)良好，目前很少有韓江水文過程、水沙徑流特征變化方面的研究，人類活動的負面影響也被忽視。實際上，由于韓江整個流域?qū)恿鞯拈_發(fā)活動已非常強烈，必然會對河流的水文過程產(chǎn)生影響，進而影響河流生態(tài)系統(tǒng)的健康。本論文主要從徑流量和輸沙量兩個方面，開展人類活動對韓江徑流變化的影響研究，為科學(xué)合理進行流域水利工程建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護和水資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。同時，我國南方地區(qū)河流眾多，韓江在南方地區(qū)具有一定的代表性，本研究對南方地區(qū)河流開展河流管理、生態(tài)恢復(fù)等工作具有一定的借鑒意義。

1　研究區(qū)概況及研究方法

1.1研究區(qū)概況

韓江由梅河(或稱梅江)、汀江兩江組成，以梅河為主流。梅河發(fā)源于廣東省紫金縣境的上嶂七星，由西南向東北流經(jīng)五華、興寧、梅縣至大埔的三河壩與汀江匯合后稱韓江，而后折向南流，于汕頭市匯入南海。韓江自潮州市以下為三角洲河網(wǎng)區(qū)，分東、西、北溪注入南海。西溪于旦家園附近又分梅溪、新津河、外砂河入海。韓江流域位于粵東、閩西南。地理位置在東經(jīng)115°13′—117°09′，北緯23°17′—26°05′。北面的武夷山杉嶺背斜是韓江、贛江的天然分界線；南面以陰那山及八鄉(xiāng)山地，構(gòu)成韓榕二江的分水嶺；東面由鳳凰山脈與獨流入海的黃崗水分隔；其西部則為不大明顯的臺地與東江分水。韓江流域是以多字型構(gòu)造為特點，其構(gòu)造線走向以東北—西南為主，西北—東南走向為次，流域南北長約310 km，平均寬98 km，流域地勢是自西北和東北向東南傾斜，地勢海拔高程自20～1 500 m不等。本流域以多山地區(qū)丘陵為其特點，山地占總流域面積的70%，多分布在流域的北部和中部，一般高程在海拔500 m以上；丘陵占總流域面積的25%，多分布在梅河流域和其他干支流谷地，一般高程在海拔200 m以下；平原占總面積的5%，主要在韓江下游三角洲，一般高程在海拔20 m以下。韓江干流長470 km，流域集水面積30 112 km2。其中汀江為11 802 km2，梅河為13 929 km2，三河壩至潮安水文站區(qū)間為3 346 km2，潮安以下(韓江三角洲)為1 035 km2。

流域內(nèi)雨量充沛，根據(jù)流域內(nèi)各站資料統(tǒng)計，多年平均雨量在1 450～2 000 mm，潮安站多年平均降雨量為1 610 mm，但年內(nèi)分配不均勻，其中汛期4—9月降雨量占全年降雨量的80%左右，其中4—6月多為鋒面雨，7—9月多為臺風雨。降水由于受地形影響，其分布自沿海向北增大，過蓮花山脈后，又向西北逐漸減少，暴雨中心在際頭、鳳凰一帶。

1.2數(shù)據(jù)與方法

本論文主要基于人類活動對韓江徑流變化的影響研究，主要考慮的是中上游的水庫和水利樞紐工程對水沙過程的影響，數(shù)據(jù)主要涉及年徑流量、年輸沙量和流域年降水量。本研究以位于中下游交界處的潮安水文站開展研究。所采用的數(shù)據(jù)包括年徑流總量和年輸沙量。另外，利用分布于潮安水文站上游地區(qū)，具有長時間觀測序列的多個雨量站的年降水量數(shù)據(jù)進行面降水量的計算。本文徑流量、輸沙量和降水量數(shù)據(jù)均來自《中華人民共和國水文年鑒》。

本文共搜集到潮安水文站1954—1987年以及2006—2012年共41 a觀測數(shù)據(jù)，1988—2005年期間數(shù)據(jù)缺失。20世紀80年代，韓江上游地區(qū)雖然興建了一批中小型水庫，但它們對韓江徑流的影響較小，而許多大中型水庫2005年以后才開始運行，因此1988—2005年期間許多年份人類活動的強度和1988年以前比差異并不顯著。而2005年以后時段本文獲取了2006—2012年共計7 a的水文數(shù)據(jù)，盡管只有7 a的水文觀測數(shù)據(jù)，但計算結(jié)果表明， 以潮安水文站這7 a的年徑流量、年輸沙量樣本均值以及上游地區(qū)年降水量樣本均值作為多年平均值的估計誤差上限分別為12.76%，40.82%和6.63%(p=0.68)，因此認為2006—2012年這7 a的情況對多年平均狀況同樣具有很好的代表性。1987年以前時段較長，可以將兩個時段的比較理解為近期觀測值與背景值的比較。所以，本文所獲取的相關(guān)水文數(shù)據(jù)能滿足本論文研究需要。

潮安站上游控制流域面積為29 077 km2，但雨量站分布較多，從1954年以來，除最初2 a僅有20個站的記錄數(shù)據(jù)外，其他年份一般有150～200個雨量站，本文因此直接采用算術(shù)平均法求潮安站上游流域各年的面降水量。

本文利用t檢驗進行1987年以前和2006年以后兩個時段相關(guān)水文數(shù)據(jù)的比較，比較前后時段差異的顯著性，如檢驗結(jié)果顯著(即p<0.05)，則認為發(fā)生了變化。然后采用雙累積曲線法檢驗?zāi)杲邓颗c年徑流量累積變化的轉(zhuǎn)折點，以及年降水量與年輸沙量累積變化的轉(zhuǎn)折點[11]，雙累積曲線上轉(zhuǎn)折點的出現(xiàn)表明降雨徑流以及輸沙量的關(guān)系發(fā)生了變化，這種變化可歸因為人類活動的影響。

2　結(jié)果與分析

2.1兩個時段各個量的變化情況

由表1可知，與1987年以前時段相比，2006年以后時段年均降水量和年均徑流量變化均不大，相對變化率在10%左右，但年均輸沙量變化明顯，不足1987年以前時段的1/3。t檢驗結(jié)果表明，兩個時段的年降水量(p=0.84)和年徑流量(p=0.63)并沒有發(fā)生統(tǒng)計上顯著的變化，這一點從二者的多年變化趨勢圖(圖1)上也能得到印證，從1954年以來，二者都有增加的趨勢，但年徑流量趨勢線向上傾斜的程度稍小于年降水量趨勢線。而兩個時段的年輸沙量(p=0.000 3)發(fā)生了統(tǒng)計上顯著的變化，后一個時段顯著小，從年輸沙量分布圖(圖2)上也能看出這種變化。

表1　研究時段潮安水文站相關(guān)水文數(shù)據(jù)平均值

圖1　1954-2012年潮安水文站年徑流量和上游地區(qū)年降水量

2.2人類活動對徑流量的影響

從圖3看年降水量與年徑流總量雙累積曲線，波動很小，幾乎是直線，沒有轉(zhuǎn)折點，表明在年際尺度上，2006年以后流域的產(chǎn)流環(huán)境沒有發(fā)生顯著變化，相同降雨仍然會產(chǎn)生相同的徑流。只在1961—1962年有一點向上的波動，表明人類活動的影響使徑流量略有增大。另外，在2009年，曲線稍微向下波動，表明人類活動的影響使徑流量又略有減少。

圖2　1954-2012年潮安水文站年輸沙量

圖3　1954-2012年潮安水文站年降水量與年徑流量及輸沙量雙累積曲線

2.3人類活動對輸沙量的影響

從圖3看年降水量與年輸沙量雙累積曲線，波動明顯，主要體現(xiàn)在從2006年開始，曲線明顯向下彎曲，表明人類活動影響使輸沙量明顯減少。另外，在1960年開始曲線稍微向上彎曲，表明人類活動影響使輸沙量有所增大。下面定量估算自2006年以來人類活動對輸沙量的影響，按降水—輸沙雙累積曲線，對2006年出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折點以后至2012年的累積輸沙量的變化進行估算，求得2006年以來的減沙量。這一變化量實際上就是轉(zhuǎn)折點后相對于轉(zhuǎn)折點前擬合直線的累積偏離量，此偏離量可以用直線回歸方程來計算。以2006年的轉(zhuǎn)折點為界，分別建立兩個時段的雙累積直線擬合方程(圖4)，前后時段結(jié)束時的累積沙量差值即為后一時段因人類活動干擾而導(dǎo)致的累積減沙量。兩個時段的雙累積直線擬合方程如下：

1954—1987年：

y1=0.472x-663.8(R2=0.996)

(1)

2006—2012年：

y2=0.082x+22353(R2=0.862)

(2)

根據(jù)以上兩個時段的直線擬合方程計算2006年以后時段的累積減沙量。將2012年潮安站的累積降水量67 261.5代入(1)式，得到輸沙值y1=31 083.63萬t，y1為2006—2012年期間假定不受人類活動影響時2012年潮安站的累積輸沙量，將2012年潮安站的累積降水量67 261.5代入(2)式得到y(tǒng)2=27 868.44萬t，y2為2006—2012年期間受人類活動影響時2012年潮安站的累積輸沙量，則2006—2012年的總減沙量為y1-y2=3 215.19萬t，年均減沙量為459.32萬t,與1987年以前時段相比,年均減沙率超過60%。

圖4　1954-2012年潮安水文站年降水量與年輸沙量雙累積曲線及其直線擬合方程

3　討 論

韓江流域內(nèi)，由于梅河上游的五華河過去水土流失嚴重，五華河的年平均侵蝕模數(shù)為506.8 t/km2，年均含沙量為0.68 kg/m3，因此梅河含沙量遠較汀江大。按1955—1980年系列資料統(tǒng)計，梅河橫山站年平均含沙量為0.48 kg/m3，年輸沙量為463萬t，占韓江流域的63.4%；而汀江則含沙量較少，僅為梅河的一半，溪口站年平均含沙量為0.23 kg/m3，年輸沙量約198萬t，僅占韓江流域的27.1%。所以，1961—1962年潮安站年徑流量、輸沙量略有增大是因為當時梅河上游五華河流域由于亂砍濫伐，植被破壞，導(dǎo)致水土流失嚴重，同時，梅河上游地區(qū)土壤蓄水能力下降。五華河流域經(jīng)近10多年的整治，水土流失基本上得到控制。同時，自20世紀80年代以來，潮安水文站上游汀江已建成規(guī)模較大的工程有青溪水電站，最近建成的有永定(棉花灘)水庫電站；梅潭河已有雙溪水電站和梅潭、三河壩水電站；在梅河已建成的有石窟河上的長潭水庫電站，瓜洲、壩頭徑流電站，梅河干流的西陽徑流電站；梅河支流寧江的合水水庫、五華河支流的益塘水庫等；在建的還有梅河干流丹竹、蓬辣灘兩徑流式電站。這些都使韓江流域中下游的含沙量有所減少。但潮安站輸沙量明顯減少是從2006年開始，主要原因是在其上游的豐順縣境內(nèi)，韓江干流上開始興建一個大型的水利樞紐工程——梅州市豐順縣韓江東山水利樞紐工程，該工程項目是豐順縣歷史上最大的招商引資項目，投資9.8億元人民幣，總裝機容量75 MW。主要功能是改善韓江上游通航條件并發(fā)電。工程于2006年9月1日正式動工興建，一期圍堰正式實施。一期圍堰于2006年10月1日成功合攏。2010年12月，東山水利樞紐工程竣工投產(chǎn)。隨著2006年圍堰合攏，上游河道流速減小，泥沙沉積，所以潮安站的輸沙量從2006年開始明顯減少。而工程對下游徑流量的影響不大。2009年徑流量有小幅減少，可能是因為上游沿途工農(nóng)業(yè)引水、用水增加的原因。

4　結(jié) 論

(1) 20世紀60年代，由于梅河上游五華河水土流失嚴重，使得韓江輸沙量和徑流量均有所增加。

(2) 2009年開始，可能是因為上游沿途工農(nóng)業(yè)引水、用水增加的原因，韓江徑流量有小幅減少。

(3) 總體上，2006年以后流域的產(chǎn)流環(huán)境沒有發(fā)生顯著變化，相同降雨仍然會產(chǎn)生相同的徑流.但自2006開始，潮安站輸沙量明顯減少，2006—2012年的總減沙量為3 215.19萬t，年均減沙量為459.32萬t。主要原因是其上游韓江干流上大型的東山水利樞紐工程的興建，其次是上游水土保持減沙和水庫攔沙。這一點應(yīng)引起重視和思考，由于河水含沙量的大量減少，清水下泄，會引起工程下游河道的下切侵蝕，影響河床和河勢的穩(wěn)定性，也會影響自然河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，由于長期過度采砂，韓江下游河段下切非常厲害，嚴重破壞了天然河道的水沙平衡，使韓江下游及三角洲地區(qū)河床變化較大。近年來，韓江采砂活動開始向中游河段轉(zhuǎn)移，而且非常猖獗。上游來沙量的減少，加上過度采砂，勢必會引起韓江中下游河床和河勢的巨大變化，嚴重威脅到防洪和生態(tài)的安全。

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The Influence of Human Activities on the Runoff and Sediment Load Changes of Hanjiang River

HU Weiwei

(School of Tour Management and Culinary Arts, Hanshan Normal College, Chaozhou, Guangdong 521041, China)

The Hanjiang River development has a long history, especially since the liberation, the intervention of human activities on the river was strong, but there are few researches on influence of human activity on Hanjiang River hydrological processes, runoff and sediment characteristics changes. Chaoan gauging station was selected as the control station, which is located at the junction of the upper and middle reaches of Hanjiang River. From two aspects of runoff and sediment, the study on the impact of human activities on the Hanjiang River runoff changes was carried out. The 1954—2012 year series of annual runoff and precipitation data from Chaoan gauging station and sediment load data from upstream region were adapted.Ttest results showed that the annual precipitation and runoff in the two periods statistically significantly unchanged, but statistically significant change in sediment discharge occurred in the two periods. The double mass curves of annual precipitation and runoff change in the turning point, as well as the double mass curves of annual precipitation and annual sediment load change in the turning point were used to analyze the impact of human activities on the Hanjiang River runoff and sediment load changes. The results showed that in the 1960s, due to the Wuhe River in the upstream of Meihe River having serious soil erosion, the annual runoff and sediment load of the Hanjiang River increased slightly; since 2009, possibly because of increasing water needs of industry and agriculture along the upstream of the river, there was a slight reduction in the Hanjiang runoff. But since 2006, Chaoan station sediment load significantly reduced. The total sediment reduction amounted to 3.215 19×107t, the average annual sediment reduction is 4.593 2×106t. This was mainly due to the construction of Dongshan large dam project on upstream of the Hanjiang River. Second reason is the reduction of sand, soil and water conservation and upstream reservoir storage. This paper aimed to draw attention to water conservancy project construction and provide a theoretical basis for scientific and rational water conservancy construction, environmental protection and rational use of water resources in the Hanjing River basin.

runoff change; annual runoff; annual sediment load; annual precipitation; Hanjing River

2015-03-02

2015-04-10

潮州市科技發(fā)展計劃項目“韓江下游地區(qū)水生態(tài)環(huán)境問題調(diào)查研究”(2012S15)；韓山師范學(xué)院一般理科項目“基于水生態(tài)功能分區(qū)的韓江河流健康狀況研究”(LY201304)

胡巍巍(1970—)，男，安徽懷寧人，博士，副教授，研究方向為流域及河流生態(tài)系統(tǒng)。E-mail:hz_f97@126.com

P349

A

1005-3409(2016)02-0157-04