李敬庫(kù)，梁鳳利

（1遼寧省江河流域管理局，遼寧沈陽(yáng)11003;2.瓦房店市松樹(shù)水庫(kù)管理局,遼寧大連116000）

遼河（鐵嶺段）水文情勢(shì)演變規(guī)律研究

李敬庫(kù)1，梁鳳利2

（1遼寧省江河流域管理局，遼寧沈陽(yáng)11003;2.瓦房店市松樹(shù)水庫(kù)管理局,遼寧大連116000）

文中結(jié)合河流生態(tài)水文學(xué)理論，采用IHA/RVA法對(duì)遼河鐵嶺段水文情勢(shì)變化規(guī)律進(jìn)行研究，并重點(diǎn)對(duì)清河、柴河水庫(kù)建庫(kù)前后水文情勢(shì)變異性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：隨著人類(lèi)活動(dòng)的加強(qiáng)，遼河鐵嶺段水文情勢(shì)發(fā)生明顯變化，除個(gè)別月份外，月流量呈下降趨勢(shì)；年最大流量呈下降趨勢(shì)，發(fā)生時(shí)間提前；最小流量略呈下降趨勢(shì)，發(fā)生時(shí)間滯后；高低流量持續(xù)時(shí)間、漲幅、降幅率及改變次數(shù)均呈下降趨勢(shì)，徑流過(guò)程坦化。清河、柴河水庫(kù)建庫(kù)前后IHA的33個(gè)指標(biāo)中，共有2個(gè)指標(biāo)屬于高度改變，16個(gè)指標(biāo)屬于中度改變，15個(gè)指標(biāo)屬于低度改變，整體改變度為45.3%，屬于中度改變。

遼河；水文情勢(shì)；演變規(guī)律

1 引言

文中以遼河鐵嶺段為研究對(duì)象，結(jié)合河流生態(tài)水文學(xué)理論[1，2]，以IHA/RVA法為手段，對(duì)河流水文情勢(shì)長(zhǎng)時(shí)序變化過(guò)程進(jìn)行分析，并著重對(duì)清河、柴河水庫(kù)修建前后的水文情勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，以期為河流水資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)、水庫(kù)生態(tài)調(diào)度提供參考。

2 研究方法

水流過(guò)程是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要驅(qū)動(dòng)力，不同流量組分及其持續(xù)時(shí)間均有特定的生態(tài)意義。如低流量可為河流水生物種提供生存所必須的最小棲息地；高流量塑造河床物理結(jié)構(gòu)；小洪水為魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵游提供信號(hào)等[3,4]。在河流生態(tài)水文學(xué)領(lǐng)域，IHA（Indicators of Hydrologic Alteration）是評(píng)價(jià)河流水文情勢(shì)常用的指標(biāo)體系，包括流量大小、發(fā)生時(shí)間、頻率、持續(xù)時(shí)間及變化率5組33個(gè)指標(biāo)（表1），每個(gè)指標(biāo)均有其特定的生態(tài)意義[3,5]。

RVA法（變化范圍法，Range of Variability Approach）是一種基于IHA指標(biāo)體系對(duì)不同時(shí)段水文情勢(shì)進(jìn)行比較分析的方法[6]，通常用以識(shí)別人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流水流的影響[7-9]。該方法根據(jù)人類(lèi)活動(dòng)影響前的水文系列，設(shè)定RVA上下限閾值（RVA標(biāo)的），若干擾后時(shí)段落入RVA閾值區(qū)間內(nèi)的頻率與干擾前相近，則認(rèn)為人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水文情勢(shì)的干擾輕微。上下限閾值的設(shè)定方法通常為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（μ±σ）或發(fā)生頻率為25%、75%的指標(biāo)。為量化人類(lèi)活動(dòng)影響下的水文情勢(shì)改變程度，采用Richter等提出的水文改變度概念，定義如下[6]

表1 IHA指標(biāo)體系

式中：Di為指標(biāo)i的水文改變度；No，i為指標(biāo)i在受干擾后時(shí)段中落在RVA目標(biāo)內(nèi)的年數(shù)；Ne為受干擾后時(shí)段預(yù)期落到RVA目標(biāo)內(nèi)的年數(shù)。其中，Di在33.3%以下時(shí)認(rèn)為指標(biāo)i低度改變或無(wú)改變；33.3%～66.7%之間為中度改變，大于66.7%為高度改變。

在實(shí)際評(píng)估過(guò)程中，IHA的33個(gè)指標(biāo)通常具有不同的水文改變度。為對(duì)河流水文情勢(shì)整體變化程度進(jìn)行判斷，需綜合考慮33個(gè)指標(biāo)的水文變化情況。研究中采用整體水文改變度作為評(píng)判的依據(jù)，計(jì)算公式為[6]：

3 研究區(qū)概況

遼河是我國(guó)東北地區(qū)南部最大的河流，發(fā)源于內(nèi)蒙古克什克騰旗芝瑞鎮(zhèn)，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙、吉林、遼寧4省，于遼寧盤(pán)錦大洼縣注入渤海。河流全長(zhǎng)1 383 km，流域面積191 946 km2，其中遼寧省內(nèi)河流長(zhǎng)度554 km，流域面積40 988 km2。

遼河鐵嶺段，即遼河干流福德店水文站至石佛寺水庫(kù)回水處區(qū)間河段，河長(zhǎng)約200 km，其間有招蘇臺(tái)河、清河、柴河、泛河等支流匯入。清河、柴河、泛河上分別建有大（II）型水庫(kù)清河水庫(kù)、柴河水庫(kù)及榛子嶺水庫(kù)。據(jù)調(diào)查，遼河鐵嶺段曾分布有多種魚(yú)類(lèi)及底棲、浮游生物。但隨著人類(lèi)對(duì)河流水資源開(kāi)發(fā)，遼河鐵嶺段生態(tài)系統(tǒng)一度嚴(yán)重退化。近年來(lái)，由于河流治理力度加大，生態(tài)系統(tǒng)正在逐漸恢復(fù)。

4 徑流演變規(guī)律分析

遼河鐵嶺段干流設(shè)有福德店、通江口、鐵嶺三個(gè)水文站。考慮到區(qū)域代表性及資料完整性，研究選取鐵嶺站為代表分析河流水文情勢(shì)長(zhǎng)時(shí)序變化特征。鐵嶺水文站設(shè)立于1933年，1953年之后日徑流資料較為完整，研究中采用的資料系列長(zhǎng)度為1953—2011年。

4.1 月流量

月均流量與河流水生生物棲息地范圍等生態(tài)因子密切相關(guān)。根據(jù)鐵嶺站1953—2011年日流量資料統(tǒng)計(jì)各月流量系列分析，遼河鐵嶺段月均流量年際差異較為顯著，但不同月份差異程度不同。線(xiàn)性趨勢(shì)分析表明：遼河鐵嶺段冬季（12—3月）變化趨勢(shì)不明顯；5月份流量呈增加趨勢(shì)，4、6—11月流量呈下降趨勢(shì)。其中汛期（7—9月）月均流量系列變幅最大，其原因主要是受水庫(kù)灌溉期為農(nóng)業(yè)供水及汛期防洪調(diào)度的影響。

4.2 極值流量

年極值流量是河流水文情勢(shì)的重要組分，具有重要的生態(tài)意義，如極大值流量有助于構(gòu)建河床結(jié)構(gòu)及棲息地物理環(huán)境等。遼河鐵嶺段最大1，3，7，30日流量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且時(shí)段越短流量趨勢(shì)性越明顯，最大1，3，7，30日流量線(xiàn)性變化趨勢(shì)，分別-22.61 m3/（sa）、-18.98 m3/（sa）、-13.50 m3/（sa）、-8.63 m3/（sa）。最小1，3，7，30日流量整體略呈增加趨勢(shì)，各累積時(shí)段增加趨勢(shì)較為接近。

4.3 極值流量發(fā)生時(shí)間

極值流量發(fā)生時(shí)間影響河流水生物種的生命節(jié)律，極大（?。┝髁堪l(fā)生時(shí)間發(fā)生變化，可能會(huì)對(duì)水生物鐘產(chǎn)卵、繁殖等造成不利影響。

根據(jù)鐵嶺站日流量系列分析可知，遼河鐵嶺段年最小日流量，發(fā)生時(shí)間呈現(xiàn)延后趨勢(shì)。90年代之前，最小日流量均發(fā)生于12—3月；而2001—2011年間，最小日流量發(fā)生時(shí)間范圍已擴(kuò)展為12—7月。如2001年發(fā)生于6月13日（全年第165 d）；2002年發(fā)生于7月23日（全年第205 d）。

遼河鐵嶺段，年最大日流量發(fā)生時(shí)間呈現(xiàn)提前趨勢(shì)。90年代之前，除特殊年份外（1972年，發(fā)生于10月，水庫(kù)蓄水），年最大日流量均發(fā)生于7-8月；而2001—2011年間，有3年最大日流量發(fā)生于5月（2002，2006，2009年），1年發(fā)生于6月（2011年）。

4.4 高低流量發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時(shí)間

高、低脈沖流量為日流量系列中發(fā)生頻率小于25%或大于75%的流量。高、低流量發(fā)生次數(shù)及延續(xù)時(shí)間與水生物種的繁殖與發(fā)育密切相關(guān)，其變化將可能對(duì)河流水生物種產(chǎn)卵、繁殖造成影響及脅迫。

根據(jù)鐵嶺水文站1953-2011年日流量系列分析：遼河鐵嶺段低流量發(fā)生次數(shù)，呈增加趨勢(shì)，高流量發(fā)生次數(shù)基本持平；高低流量持續(xù)時(shí)間均呈下降趨勢(shì)，幅度分別為-0.27 d/a及-0.26 d/a。其原因主要為水庫(kù)調(diào)度調(diào)節(jié)造成的河道流量均一化。

4.5 改變次數(shù)及變化率

流量改變次數(shù)及變化率與河流水生物種棲息環(huán)境變化周期密切相關(guān)。遼河鐵嶺段日流量的漲幅率和降幅率，均呈降低趨勢(shì)，其原因主要為人類(lèi)活動(dòng)特別是水庫(kù)調(diào)度調(diào)節(jié)的影響使河流流量過(guò)程變化。逆轉(zhuǎn)次數(shù)整體呈下降趨勢(shì)，特別是1995年之后，流量逆轉(zhuǎn)次數(shù)顯著低于1995年之前。

5 水庫(kù)對(duì)河流水文情勢(shì)影響分析

水庫(kù)對(duì)河流水文情勢(shì)的影響是直接而顯著的，鐵嶺水文站以上已建的大型水庫(kù)有清河水庫(kù)（1966年建成）、柴河水庫(kù)（1974年建成）。在整體識(shí)別遼河鐵嶺段水文情勢(shì)變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，以建庫(kù)前1953—1966年流量系列為本底，采用RVA法分析清河、柴河水庫(kù)調(diào)度調(diào)節(jié)影響下（1975—2011年）鐵嶺段水文情勢(shì)變化情況?？紤]到遼河徑流過(guò)程年際差別顯著，研究采用發(fā)生頻率為25%、75%的指標(biāo)值作為RVA上下限閾值[4]。分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，第一組指標(biāo)（月均流量）中，2個(gè)指標(biāo)屬于高度改變，6個(gè)指標(biāo)屬于中度改變，4個(gè)指標(biāo)屬于低度改變。其中4，5月流量屬高度改變，4月建庫(kù)后流量低于建庫(kù)前，原因?yàn)樗畮?kù)在枯水期基本不放水；5月流量建庫(kù)后高于建庫(kù)前，原因?yàn)樗畮?kù)灌溉期增加放水。第二組指標(biāo)（年極值流量大小及持續(xù)時(shí)間）中，5個(gè)屬于中度改變，7個(gè)屬于低度改變。改變較大的指標(biāo)均為極大值，清河、柴河水庫(kù)調(diào)度對(duì)流量極小值影響不大。第三組指標(biāo)（年極值水文事件發(fā)生時(shí)間）均屬低度改變。第四組指標(biāo)（高、低脈沖流量年發(fā)生次數(shù)及延時(shí)）中，低脈沖流量持續(xù)時(shí)間屬低度改變，其余指標(biāo)均屬中度改變。其原因?yàn)樗畮?kù)防洪調(diào)度造成河流徑流坦化。第五組指標(biāo)（水流條件的年變化次數(shù)及變化率）中，漲幅、降幅率均屬中度改變，漲落次數(shù)為低度改變，清河、柴河水庫(kù)對(duì)鐵嶺站漲幅、降幅及漲落次數(shù)有一定影響。

從整體上，在IHA的33個(gè)指標(biāo)中，共有2個(gè)指標(biāo)屬高度改變，16個(gè)指標(biāo)屬中度改變，15個(gè)指標(biāo)屬低度改變，整體改變度為45.3%，為中度改變。清柴河水庫(kù)建庫(kù)對(duì)遼河鐵嶺段河流水文情勢(shì)有明顯影響，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成影響及脅迫。

6 結(jié)論

文中從河流生態(tài)水文學(xué)角度出發(fā)，以IHA/ RVA法為手段，對(duì)遼河鐵嶺段水文情勢(shì)演變規(guī)律進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

1）遼河鐵嶺段水文情勢(shì)變化明顯。其中：除12-2月及灌溉期5月外，月流量呈下降趨勢(shì)；年最大流量呈下降趨勢(shì)，發(fā)生時(shí)間提前；最小流量略呈下降趨勢(shì)，發(fā)生時(shí)間滯后；高低流量持續(xù)時(shí)間、漲幅、降幅率及改變次數(shù)均呈下降趨勢(shì)，徑流過(guò)程坦化。

表2 遼河鐵嶺段RVA法分析結(jié)果

2）對(duì)比清、柴河水庫(kù)建庫(kù)前后數(shù)據(jù)可知，在IHA的33個(gè)指標(biāo)中，共有2個(gè)指標(biāo)屬于高度改變，16個(gè)指標(biāo)屬于中度改變，15個(gè)指標(biāo)屬于低度改變，整體改變度為45.3%，屬中度改變。清河、柴河水庫(kù)對(duì)河流水文情勢(shì)影響顯著。建議清柴河水庫(kù)調(diào)度工作中，在保障防洪、興利供水任務(wù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)針對(duì)下游生態(tài)系統(tǒng)需水要求進(jìn)行放水，維系河流健康。

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2017-01-18