侯保儉，李 焯，李克飛

(1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南 鄭州 450003；2.黃河水利委員會水文局,河南 鄭州 450004)

沁河發(fā)源于山西省長治市沁源縣太岳山南麓的二郎神溝，是黃河三門峽至花園口區(qū)間的第二大支流，流經(jīng)山西、河南兩省的16個縣市，于武陟縣南賈村匯入黃河。沁河干流河道全長485 km，流域面積13 532 km2。流域多年平均氣溫5～11 ℃，多年平均降水量為613.1 mm。

流域總?cè)丝?50.6萬人，其中城鎮(zhèn)人口172.0萬人，城鎮(zhèn)化率49.1%，國內(nèi)生產(chǎn)總值1 243億元，耕地面積453萬畝，人口分布與氣候、地形、資源及城鎮(zhèn)的分布關(guān)系密切。隨著沁河流域經(jīng)濟社會的發(fā)展，流域水資源消耗增大，近年來沁河流域徑流量發(fā)生明顯變化。通過對王浩等[1-2]、張建云[3]、丁一匯[4]、潘燕輝等[5]、仕玉治[6]、莫淑紅[7]、王渺林等[8-9]、侯保儉等[10]的研究分析，對流域水資源變化的影響主要是由氣候變化和人類活動兩個方面的影響。如何評判氣候變化和人類活動對流域河川徑流的影響程度，對深入了解沁河流域水文特性和生態(tài)環(huán)境演變過程、適應(yīng)機制以及未來發(fā)展趨勢等具有重大意義。

1 徑流量變化分析

沁河流域現(xiàn)有水文測站7處(見表1)，其中5處位于沁河干流，從上至下依次是孔家坡、飛嶺、潤城、五龍口和武陟。支流丹河上設(shè)有山路平水文站，沁水河上設(shè)有油房水文站。沁河流域內(nèi)氣象站主要有沁水、陽城及安澤等6處，雨量站共有49處，其中潤城以上37處、張峰以上25處、飛嶺以上17處，每個雨量站的平均控制面積約200 km2。

表1 沁河流域各水文站基本情況Table 1 Basic condition of hydrological stations in Qinhe River basin

沁河流域地下水開采、水利工程建設(shè)引起的水面蒸發(fā)附加損失等人類活動對河川徑流量有一定的影響，采用成因分析方法對沁河流域各站徑流量系列進行一致性處理(將下墊面條件處理到2000年水平)，見表2。

表2 沁河主要測站1956—2000年多年平均河川徑流量Table 2 Annual mean runoff of main stations in Qinhe River from1956 to 2000 億m3

沁河流域各站實測徑流量總體上呈現(xiàn)逐年代遞減的趨勢，與1956—2000年相比，飛嶺、潤城、五龍口、山路平和武陟2001—2010年實測多年平均年徑流量均呈現(xiàn)明顯下降的趨勢，減少百分比分別為43.6%、58.5%、46.9%、95.6%和38.4%，見表3。

表3 沁河主要控制斷面實測年徑流量均值對比情況Table 3 Comparison of the mean measured annual runoff ofmain control section of Qinhe River 億m3

2 降水量變化影響

2.1 降雨量變化影響

統(tǒng)計沁河飛嶺以上、飛嶺-潤城、潤城-五龍口、山路平以上、武陟以上年降雨量，并計算不同時段各分區(qū)均值，見表4。研究選定的基準系列為1956—2000年，選定的參考系列為2001—2010年。繪制各分區(qū)降雨量年際變化和年代均值變化過程線，分析其年際和年代變化，見圖1～圖5。

表4 沁河不同時段分區(qū)降雨量對比情況Table 4 Rainfall comparison of Qinhe River partition in differentperiods mm

圖1 飛嶺以上年降雨量過程線Fig. 1 Feiling annual rainfall hydrograph from 1956 to 2000

圖2 飛嶺-潤城區(qū)間年降雨量過程線Fig. 2 Annual rainfall hydrograph of Feiling-Runcheng interval

圖3 潤城-五龍口區(qū)間年降雨量過程線Fig. 3 Annual rainfall hydrograph of Runcheng-Wulongkou interval

圖4 山路平以上年降雨量過程線Fig. 4 Shanluping annual rainfall hydrograph

圖5 武陟以上年降雨量過程線Fig. 5 Wuzhi annual rainfall hydrograph

由圖1～圖5分析可知，飛嶺以上和山路平以上降水量總體變化趨勢不明顯，飛嶺-潤城區(qū)間和武陟以上年降雨量總體呈緩慢的減少趨勢，山路平以上年降雨量總體變化趨勢不明顯；5個區(qū)間的50年代、60年代略高于多年均值，70年代、80年代與多年均值接近，90年代之后略低于多年均值；飛嶺以上、飛嶺-潤城、潤城-五龍口、山路平以上和武陟以上5個區(qū)間2001—2010年均值較1956—2000年系列分別偏小1.57%、15.1%、4.98%、3.74%和3.83%，偏小幅度均小于同期徑流減少的幅度；說明近10年來，沁河流域降雨徑流關(guān)系較長系列發(fā)生了較大變化，相同降雨條件下的產(chǎn)流量偏小。

2.2 降雨徑流關(guān)系變化分析

選取飛嶺以上、五龍口以上、山路平以上和武陟以上4個區(qū)域，分別建立1956—2000年和2001—2010年的年降雨-天然徑流關(guān)系。飛嶺以上人類活動很少，能夠直觀反映下墊面的自然變化對降雨產(chǎn)流的影響，五龍口以上代表沁河干流主要產(chǎn)水區(qū)，山路平以上代表丹河支流，武陟以上代表整個沁河流域。4個區(qū)域年降雨-天然徑流關(guān)系見圖6～圖9。

圖6 飛嶺以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準)Fig. 6 Relationship diagram of Feiling annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

圖7 五龍口以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準)Fig. 7 Relationship diagram of Wulongkou annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

圖8 山路平以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準)Fig. 8 Relationship diagram of Shanluping annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

圖9 武陟以上年降雨-天然徑流關(guān)系(1956—2000年基準)Fig. 9 Relationship diagram of Wuzhi annual rainfall and natural runoff (from 1956 to 2000)

由圖6～圖9分析可知，飛嶺以上、五龍口以上和武陟以上1956—2000年降雨-天然徑流關(guān)系的趨勢線高于2001—2010年系列的趨勢線，說明2001年后的降雨徑流關(guān)系較1956—2000年發(fā)生了較為明顯的變化，相同降雨的產(chǎn)流量減少。山路平以上1956—2000年和2001—2010年的降雨-天然徑流關(guān)系趨勢線基本重合，兩系列的點距也散亂的分布于同一區(qū)域內(nèi)，說明2001年后山路平以上的降雨徑流關(guān)系未發(fā)生較大變化。同時建立飛嶺以上、五龍口以上和武陟以上1956—2000年降雨-天然徑流量的相關(guān)方程(圖中R為徑流量，P為降雨量)，并將2000—2010年逐年的降雨帶入相關(guān)方程，求得2000年前下墊面條件下的理論產(chǎn)流量，并與實際的天然徑流量比較(見表5)，可得出降雨變化和下墊面變化對天然徑流的影響程度。

表5 降雨變化和下墊面變化對天然徑流的影響程度Table 5 Influence degree of rainfall change and underlying surface change on natural runoff 億m3

2.3 降雨影響程度

1)2001—2010年系列與1956—2000年系列相比，沁河流域飛嶺以上、五龍口以上和武陟以上年和汛期的降雨-天然徑流關(guān)系均發(fā)生了變化，在相同降雨條件下天然徑流量有所減少；但山路平以上降雨-天然徑流關(guān)系未發(fā)生較大的變化。

2)飛嶺以上人類活動較少，但2001—2010年系列的降雨徑流關(guān)系仍較1956—2000年系列發(fā)生了較大的變化。經(jīng)分析，2001年后年天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占88.9%，降雨變化因素占11.1%；汛期天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占76.8%，降雨變化因素占23.2%。汛期降雨變化的影響程度大于全年影響程度。

3)五龍口以上為沁河主要產(chǎn)流區(qū)，2001年后較1956—2000年系列年天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占69.1%，降雨變化因素占30.9%；汛期天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占73.6%，降雨變化因素占26.4%。汛期降雨變化的影響程度與全年接近。

4)以武陟以上代表整個沁河流域，2001年后較1956—2000年系列年天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占80.8%，降雨變化因素占19.2%；汛期天然徑流量減少的因素中，下墊面變化因素占72.9%，降雨變化因素占27.1%。汛期降雨變化的影響程度大于全年影響程度。

5)沁河流域2001—2010年河川天然徑流量較1956—2000年均值減少了2.66億m3，將武陟年降雨徑流關(guān)系確定的影響因素分析結(jié)果拓展到整個流域，則降雨變化減少天然徑流量0.51億m3，占減少量的19.2%，下墊面因素減少天然徑流量2.15億m3，占減少量的80.8%。

3 人類活動影響

3.1 地下水開發(fā)利用及煤炭開采影響

根據(jù)沁河流域水資源開發(fā)利用成果，沁河2013年地下水開采量達到了5.30億m3，消耗量3.02億m3。沁河流域近10年地表水與地下水之間的不重復(fù)量2.0億m3。因此，沁河流域地下水開采，對河川徑流產(chǎn)生了一定的影響。

沁河流域內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，煤炭業(yè)發(fā)展迅速，煤焦產(chǎn)量成倍增加，煤炭工業(yè)成為沁河流域經(jīng)濟的一大支柱性產(chǎn)業(yè)。尤其是晉城市礦產(chǎn)資源豐富，蘊藏著煤、煤氣層、錳鐵礦、鋁鐵礦等數(shù)十種礦產(chǎn)資源，特別是煤、鐵的儲量可觀，有“煤鐵之鄉(xiāng)”之美稱，煤炭資源探明儲量273.48億t，鐵礦儲量1.45億t，無煙煤儲量約占全國1/4，占山西省的1/2，是我國能源重化工基地的重要組成部分，也是我國重要的無煙煤化工基地。煤炭開采對河川徑流有一定的影響。

沁河流域地下水開采以及煤炭開采，對河川徑流影響最直接的表現(xiàn)形式是沁河流域泉水補給河川徑流量大幅度減少。延河泉位于陽城縣延河村，是沁河干流一系列出露泉群中最大的一個，20世紀60—80年代泉水流量為3～4 m3/s，90年代后減少為2.6 m3/s左右。根據(jù)山西省清水泉流量調(diào)查成果，沁河境內(nèi)近些年泉水溢出量減少十分明顯。沁河流域泉域多年平均補給河道基流量3.42億m3。2001年以來，由于地下水開采、煤炭開采等影響，沁河流域泉水補給量只有2.11億m3，占沁河河川徑流量19.5%。

由于沁河流域泉水補給河川徑流量減少導(dǎo)致沁河河川徑流量減少了1.31億m3，占減少量2.66億m3的 49.2%。

3.2 水土流失治理影響

根據(jù)第2次全國土壤侵蝕遙感調(diào)查成果，沁河流域水土流失面積為10 095 km2，占流域總面積的74.6%。按侵蝕強度分，輕度侵蝕面積4 710km2，占流域水土流失面積的46.65%；中度侵蝕面積4 812 km2，占47.66%；強烈侵蝕面積574 km2，占5.68%。

近年來，沁河流域水土流失治理先后實施了農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)水保項目、國債水保項目、淤地壩等一大批重點工程項目，特別是近幾年來國家對重點治理區(qū)投資力度加大。截止2013年，沁河流域累計初步治理水土流失44.55萬hm2，初步治理度為44.13%。水土保持工程建設(shè)，在改善當?shù)厝嗣竦纳钌a(chǎn)條件、保護和改善生態(tài)環(huán)境、減少水土流失等方面，發(fā)揮了極為重要的作用。水土流失治理，通過攔截水量、植物蒸騰等途徑利用了一部分河川徑流，從而減少了河川徑流。

3.3 其它影響

20世紀90年代以前，沁河流域基本沒有人工集雨工程。此外，沁河現(xiàn)有集雨工程近10萬處，其中山西省2萬處，年利用水量117萬m3；河南省8萬處，年利用水量532萬m3。沁河流域雨水資源利用總量達到了649萬m3。

水土流失治理、水電開發(fā)、雨水利用等因素的共同作用，導(dǎo)致沁河近10年河川徑流減少了0.84億m3，占減少量2.66億m3的31.6%。

4 結(jié) 語

綜上所述，沁河流域近10年河川徑流量減少，降雨變化作用占19.2%，人類活動影響占80.8%(其中，水資源開發(fā)利用作用占49.2%，水土流失治理、水利工程建設(shè)、雨水利用、城鎮(zhèn)化建設(shè)、道路擴建等因素作用占31.6%)。未來隨著人類活動越來越頻繁，對沁河流域徑流量的影響勢必會逐漸增強，為了維持沁河流域的生態(tài)健康，應(yīng)合理安排水利調(diào)節(jié)工程，發(fā)展高效節(jié)水經(jīng)濟，以維持流域經(jīng)濟社會和河道健康可持續(xù)發(fā)展。

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