王 鎖

水土保持行為、措施不僅會(huì)對(duì)區(qū)域河床徑流量產(chǎn)生一定的影響，而且會(huì)導(dǎo)致區(qū)域土地利用與覆蓋范圍、水文過(guò)程效應(yīng)發(fā)生明顯變化。所以，做好區(qū)域“降水”、“水土保持”與“徑流量”之間的關(guān)系變化分析工作，對(duì)于研究區(qū)水土保持規(guī)劃決策具有重要意義[1]。國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者目前主要采用水文法和水保法兩種研究方法就區(qū)域流域尺度水土保持措施對(duì)年徑流量的影響進(jìn)行研究。前者主要以研究區(qū)降水、徑流實(shí)測(cè)和歷史資料(水土保持措施實(shí)施前)為依據(jù)。通過(guò)構(gòu)建降水——徑流經(jīng)驗(yàn)關(guān)系模型，然后將降水、徑流實(shí)測(cè)和歷史資料(水土保持措施實(shí)施后)代入該統(tǒng)計(jì)模型。當(dāng)河道下墊面條件不變時(shí)，對(duì)實(shí)際形成的水量進(jìn)行分析并計(jì)算水量值之間的插值，最終的結(jié)果即可視為區(qū)域水土保持措施實(shí)施后所引起的水文效應(yīng)[1]。早期在水文生態(tài)系統(tǒng)較為單一的情況下，這一方法具有一定的適用性，但是其弊端是只考慮了區(qū)域降水條件的變化，而缺乏對(duì)當(dāng)?shù)仄渌闹笜?biāo)進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)考量。因此，最終計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)較大偏差，計(jì)算精度和可信度不高。而水保法主要是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以各項(xiàng)水土保持措施指標(biāo)為數(shù)據(jù)觀測(cè)資料，然后按各指標(biāo)的重要性權(quán)重進(jìn)行排序，根據(jù)不同指標(biāo)在區(qū)域水土保持中所起的蓄水效應(yīng)大小進(jìn)行定量評(píng)估。這種方法即使具有一定的科學(xué)性，但其依然缺乏系統(tǒng)的指標(biāo)來(lái)闡明區(qū)域降水、徑流量產(chǎn)流過(guò)程中各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系[2]。

1 流域概況

大凌河流域位于遼寧省西部區(qū)域，全長(zhǎng)接近400 km，它是遼西地區(qū)最大的河流，總流域面積達(dá)2.35萬(wàn) km2。流域內(nèi)主脈貫穿遼西、大小支系縱橫交錯(cuò)，東南匯入渤海，年降水量達(dá)450～600 mm，年均徑流量為16. 67億 m3。近年來(lái)，該區(qū)域水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重，自然災(zāi)害頻發(fā)。自從上世紀(jì)30年代以來(lái)，該區(qū)域先后已接連發(fā)生過(guò)8次較大洪水災(zāi)害[3]。該流域內(nèi)廣泛分布著閻王鼻子水庫(kù)、宮山嘴水庫(kù)、菩薩廟水庫(kù)等中、小型水庫(kù)等。國(guó)家和地方政府為了防治該區(qū)域出現(xiàn)的嚴(yán)重水土流失問(wèn)題，同時(shí)為了全面保護(hù)水庫(kù)中的水質(zhì)，20世紀(jì)80年代以來(lái)，在大凌河流域開(kāi)展了大規(guī)模的水土保持綜合治理實(shí)踐活動(dòng)，主要以造林為主[4]。截止2016年底，大凌河流域通過(guò)實(shí)施水土保持措施，累計(jì)保存下來(lái)的區(qū)域面積約為2 735.69 km2。其中，修筑水平梯田5 620.68 hm2，造林255 940.80 hm2。

2 原始數(shù)據(jù)資料來(lái)源與處理

本研究主要通過(guò)對(duì)大凌河流域內(nèi)14個(gè)雨量站的年降水量觀測(cè)資料進(jìn)行分析，從而選取了1972年-2016年的區(qū)域年平均降水量數(shù)據(jù)資料；區(qū)域徑流量數(shù)據(jù)資料主要來(lái)自于大凌河流域出口控制站1972年-2016年的年徑流量觀測(cè)數(shù)據(jù)體系；此外，從遼寧省朝陽(yáng)市水務(wù)局《水利綜合統(tǒng)計(jì)年報(bào)》中獲取該研究區(qū)水土保持?jǐn)?shù)據(jù)農(nóng)業(yè)、工業(yè)及生活用水量數(shù)據(jù)[5]。為了系統(tǒng)描述大凌河流域相關(guān)水土保持措施對(duì)區(qū)域年徑流量產(chǎn)生的影響，本研究通過(guò)對(duì)該流域出口控制站1972年-2016年的歷年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，在消除工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活用水量對(duì)區(qū)域?qū)崪y(cè)徑流量所產(chǎn)生的影響基礎(chǔ)上，盡可能得到客觀、真實(shí)的區(qū)域徑流量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)資料處理過(guò)程如下：

通過(guò)極差標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除區(qū)域降水量、水土保持措施面積及徑流量三大量綱之間的差異，確保不同指標(biāo)之間的數(shù)據(jù)分布特征更加明顯。具體公式如下：

式中：xij′表示任一變量；xj表示第j列中的值；其中，i=1，2，…，n；j=1，2，…，n。

3“降水—水土保持—徑流”統(tǒng)計(jì)模型在流

域的具體應(yīng)用分析

3.1 統(tǒng)計(jì)模型構(gòu)建

基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，本文以大凌河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)該研究區(qū)1972-2016年45a的還原年降水量、徑流量和逐年水土保持面積數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)綜合區(qū)域降水、水土保持和徑流之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)大凌河流域水土保持面積(ASWC)、降水量(P)與還原徑流量(R)之間的線性相關(guān)系數(shù)為-0.361和0.790，大凌河流域水土保持面積與區(qū)域年降水量之間的線性關(guān)聯(lián)系數(shù)為-0.021。

所以，結(jié)合線性回歸分析結(jié)果可知，大凌河流域水土保持面積(ASWC)變量與降水量(P)之間相互獨(dú)立，且與大凌河流域還原徑流量(R)這一變量之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，由此可構(gòu)建大凌河基于降水、水土保持和徑流三個(gè)變量之間的線性回規(guī)統(tǒng)計(jì)模型，詳細(xì)如下：

R=0.790-0.361P-0.021ASWC(r2=0.370)

式中：R為大凌河流域還原年徑流量，億m3；p為大凌河流域年降水量，mm；ASWC為大凌河流域年水土保持面積，hm2；

另外，通過(guò)線性回歸分析，該統(tǒng)計(jì)模型的負(fù)相關(guān)系數(shù)和F值以及線性關(guān)聯(lián)性水平分別為0.901、50.121及0.0009。

3.2 統(tǒng)計(jì)結(jié)果評(píng)價(jià)分析

(1) 上述線性回規(guī)模型表明，大凌河流域年徑流量隨著區(qū)域降水量不斷減少而減少，隨著區(qū)域植樹(shù)造林等水土保持措施不斷增多而增加[6]。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果，令大凌河流域水土保持面積ASWC=0,則通過(guò)比較該研究區(qū)只受降水影響的徑流量模擬值與還原值可知，1972年-2016年這45年中，1982年-2006年該區(qū)域模擬徑流量過(guò)程曲線基本處于區(qū)域還原徑流量過(guò)程曲線之上，由此說(shuō)明，大凌河流域徑流量的變化不僅僅受區(qū)域降水量這一單一因素影響[7]。

(2) 在上述模型中引入水土保持面積ASWC這一變量后，即當(dāng)ASWC≠0時(shí)，再次對(duì)大凌河流域還原徑流量過(guò)程曲線與模擬徑流量過(guò)程曲線之間的波動(dòng)變化差異進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者存在很大差異，由此進(jìn)一步表明大凌河流域通過(guò)實(shí)施水土保持措施，對(duì)當(dāng)?shù)貜搅髁空{(diào)節(jié)變化起到了積極作用。其中，在1972-2016年這45年中，1972-1991年還原徑流量與計(jì)算模擬徑流量之間的過(guò)程波動(dòng)變化曲線差異較小，而1992-2016年上述兩條曲線的波動(dòng)變化幅度較大。由此說(shuō)明，隨著生態(tài)環(huán)保政策的實(shí)施，當(dāng)?shù)卣叭嗣駥?duì)大凌河流域水土保持措施實(shí)施的重視程度日益加強(qiáng)，由此使水土保持行為對(duì)當(dāng)?shù)貜搅髁孔兓瘞?lái)的調(diào)節(jié)作用也越來(lái)越大[8]。

4 水土保持措施的減水效應(yīng)研究

為了進(jìn)一步理清流域年徑流量變化對(duì)區(qū)域降水量因素的影響程度，本文假設(shè)大凌河流域逐年林地和梯田等水土保持面積不變[9]。通過(guò)分析可知，年降水量每下降1個(gè)單位，流域徑流量則隨之下降0.361個(gè)單位；假設(shè)大凌河流域內(nèi)的年降水量保持不變，則通過(guò)分析可知，當(dāng)?shù)厮帘３种兄鹉暝黾拥牧值睾吞萏锩娣e每增加1個(gè)單位，則流域年徑流量也隨之減少0.021個(gè)單位。由此表明，大凌河流域內(nèi)降水量因素受當(dāng)?shù)貜搅髁孔兓挠绊懜鼮槊黠@。結(jié)合大凌河流域1972-2016年45年間的相關(guān)降水、徑流和水土保持等水文歷史數(shù)據(jù)資料，采用如下區(qū)域水土保持措施減水效應(yīng)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：RP為模擬的天然降水產(chǎn)流量，億m3；RO為經(jīng)部分還原的河川徑流量，億m3；ESWC為水土保持減水效應(yīng)系數(shù)。

通過(guò)計(jì)算，分別可以得到大凌河流域1972-2016年各個(gè)時(shí)段的水土保持減水效應(yīng)系數(shù)。其中，1972-1981年、1982-1991年、1993-2002年、2003-2007年、2008-2016年幾個(gè)時(shí)段的ESWC值分別為2.63、3.40、29.02、6.72和50.03。從上述幾組數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果中不難看出，1972年-2016年各個(gè)時(shí)段大凌河流域水土保持減水效應(yīng)非常顯著。由此說(shuō)明，通過(guò)大規(guī)模的水土保持措施可改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況，合理調(diào)節(jié)徑流，增加流域內(nèi)的產(chǎn)水量[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上可知，目前業(yè)內(nèi)關(guān)于不同時(shí)段、不同區(qū)域水土保持措施對(duì)河床徑流量的影響研究，焦點(diǎn)主要集中于區(qū)域流域生態(tài)建設(shè)與下游水資源供給之間的矛盾方面。通過(guò)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)、深入研究，能夠進(jìn)一步幫助區(qū)域進(jìn)行水資源合理調(diào)度和分配，同時(shí)有助于構(gòu)建研究區(qū)水資源變化與水流域綜合治理之間的相互協(xié)調(diào)機(jī)制。在此過(guò)程中，基于科學(xué)的水文模型對(duì)區(qū)域水土保持措施的積極效應(yīng)進(jìn)行定性描述定量評(píng)估，是該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。所以在此背景下，本文基于“降水—水土保持—徑流”模型，通過(guò)對(duì)遼寧省大凌河流域水土保持措施效應(yīng)進(jìn)行分析，以期為區(qū)域水資源管理與保護(hù)提供有益參考。

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