沈陽(yáng)市河川徑流演變趨勢(shì)分析

唐蘊(yùn)，楊愛(ài)民，張宏建，唐克旺

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，100038，北京;2.沈陽(yáng)市水利局，110013，沈陽(yáng))

河川徑流是水循環(huán)中的一個(gè)重要過(guò)程。徑流量大小主要取決于降水、地形、地質(zhì)、土壤、植被等因子。隨著氣候變化和人類活動(dòng)的影響，流域河川徑流已經(jīng)發(fā)生了顯著改變［1-3］，直接影響到下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展用水和生態(tài)環(huán)境用水;因此，深入剖析河川徑流演變規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制是進(jìn)行流域水土資源合理配置的基礎(chǔ)。

沈陽(yáng)市是遼河中下游地區(qū)的重要城市。當(dāng)前，沈陽(yáng)市水生態(tài)系統(tǒng)面臨著“水多”“水少”“水臟”“水渾”等4大問(wèn)題［4］。為了實(shí)現(xiàn)沈陽(yáng)市政府提出的將沈陽(yáng)市建設(shè)成為人水和諧的“生態(tài)城市”目標(biāo)，水是至關(guān)重要的限制性因素;但是，近幾十年來(lái)，隨著城市人口的增加和社會(huì)的發(fā)展，以及土地利用結(jié)構(gòu)的改變，沈陽(yáng)地區(qū)的水循環(huán)已經(jīng)發(fā)生了明顯變化［5］:因此，研究該地區(qū)的河川徑流演變規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制對(duì)于保護(hù)與恢復(fù)遼河中下游地區(qū)的河流生態(tài)系統(tǒng)具有重要的作用。筆者以沈陽(yáng)市1980—2007年28 a的實(shí)測(cè)河川徑流資料為基礎(chǔ)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，對(duì)沈陽(yáng)市近30年來(lái)的河川徑流演變規(guī)律進(jìn)行分析，探討人類活動(dòng)對(duì)河川徑流變化的影響程度。

1 沈陽(yáng)市概況

沈陽(yáng)市地處中國(guó)東北地區(qū)的南部、遼寧省的中部，背倚長(zhǎng)白山麓，面向渤海之濱，是遼東半島的腹地，為東北三省的最大城市，E122°25'09″～123°48'24″，N41°11'51″～ 43°02'13″?？偯娣e 1 萬(wàn) 2 980 km2，東西寬115 km，南北長(zhǎng)205 km。東臨遼寧省撫順市，南與本溪、遼陽(yáng)2市相連，西與鞍山市、錦州市接壤，北與鐵嶺市、阜新市和內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗毗鄰。沈陽(yáng)市下轄9個(gè)市區(qū)、4個(gè)縣(市)及4個(gè)開發(fā)區(qū)。全市總?cè)丝?98.6萬(wàn)，其中市轄區(qū)人口495.9 萬(wàn)［5］。

沈陽(yáng)地區(qū)處于遼東山地與下遼河過(guò)渡地帶，地貌形態(tài)由東北部的低山丘陵區(qū)過(guò)渡到山前波狀傾斜平原區(qū)，中西部為廣闊平坦的下遼河平原。沈陽(yáng)市地處中緯度，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)的北緣，主要特點(diǎn)是:四季分明，雨熱同季，降水集中，日照豐富，溫差大，冬寒漫長(zhǎng)。多年平均氣溫6.8～8.1℃，極端最高氣溫36.5℃，極端最低氣溫－31.5℃。全市多年平均降水量598.9 mm，6—9月的降水量占年降水量的75%。多年平均水面蒸發(fā)量700～900 mm，5—6月的蒸發(fā)量約占全年蒸發(fā)量的32%。沈陽(yáng)市主要河流有26條，分別屬于遼河、渾河2大水系。屬于遼寧省管理的河流有遼河、渾河、饒陽(yáng)河與柳河。屬于沈陽(yáng)市管理的河流有蒲河、秀水河、養(yǎng)息牧河與北沙河。屬于各區(qū)(市、縣)管理的小型河流有18條，主要有萬(wàn)泉河、長(zhǎng)河、滿堂河、左小河等［5］。沈陽(yáng)市行政區(qū)縣及主要河流分布見圖1。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

所用水文站的多年平均天然徑流量、多年平均實(shí)測(cè)徑流量、1980—2007年實(shí)測(cè)徑流量序列等主要數(shù)據(jù)均來(lái)源于《沈陽(yáng)市水資源》研究成果［5］。

2.2 分析方法

1)徑流演變分析方法。采用以下2種方法進(jìn)行河川徑流的演變分析。①對(duì)比分析天然徑流量與實(shí)測(cè)徑流量的差異，從整體上掌握徑流的變化特征，明晰人類活動(dòng)(主要是取用水和水庫(kù)的調(diào)蓄等)對(duì)徑流的影響程度。②以實(shí)測(cè)徑流量序列為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)徑流過(guò)程來(lái)分析徑流量的變化特征及其演變趨勢(shì)。

圖1 沈陽(yáng)市行政區(qū)縣及主要河流示意圖Fig.1 Sketch of administrative regions and main rivers in Shenyang City

2)天然徑流量還原計(jì)算方法。一定時(shí)段內(nèi)(如一個(gè)水文年度)通過(guò)河流某斷面的總水量，稱為該時(shí)段的徑流總量，常以m3或億m3計(jì)。天然徑流量可以理解為:在未受人類活動(dòng)影響下，一定時(shí)段內(nèi)通過(guò)河流某斷面的總水量。人類活動(dòng)主要包括修建水庫(kù)、取用水改變河川徑流的運(yùn)動(dòng)方向及沿程分配，改變土地利用方式影響產(chǎn)流的下墊面條件等。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類活動(dòng)在不斷地改變河川的天然徑流狀況，使得水文站實(shí)測(cè)的徑流資料不能完全反映天然河道的徑流狀況，因此，需要通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)徑流系列資料進(jìn)行影響水量的還原計(jì)算來(lái)推求天然徑流量，以使徑流資料系列具有一致性。

實(shí)測(cè)徑流量的還原計(jì)算非常復(fù)雜，工作量也非常龐大，涉及用水的各個(gè)方面，一般需要專業(yè)水文人員進(jìn)行此項(xiàng)工作。水利部于2002年開展了《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃》工作，為了對(duì)全國(guó)水資源進(jìn)行新一輪的評(píng)價(jià)，對(duì)全國(guó)各主要河流的主要水文站進(jìn)行了還原計(jì)算。目前，水資源調(diào)查評(píng)價(jià)階段的成果已經(jīng)通過(guò)了國(guó)家發(fā)改委、水利部等相關(guān)部委的審查。本文5個(gè)水文站的還原徑流量數(shù)據(jù)采用了前述已經(jīng)審查的成果。

還原計(jì)算時(shí)段內(nèi)天然年徑流量的計(jì)算公式為

式中:Wn為還原后的天然徑流量，億m3;Wa為水文站實(shí)測(cè)徑流量，億m3;Wag為農(nóng)業(yè)灌溉耗損量，億m3;Win為工業(yè)用水耗損量，億m3;Wlf為城鎮(zhèn)生活用水耗損量，億m3;Wdv為跨流域(或跨區(qū)間)引水量，億m3，引出為正，引入為負(fù);Wfd為河道分洪決口水量，億m3，分出為正，分入為負(fù);Wrs為大中型水庫(kù)蓄水變量，億m3，增加為正，減少為負(fù)。公式中只列出了對(duì)測(cè)站實(shí)測(cè)徑流影響較大的還原項(xiàng)目，各地可根據(jù)具體情況增減項(xiàng)目。

在對(duì)實(shí)測(cè)徑流量進(jìn)行還原計(jì)算時(shí)，主要是還原生產(chǎn)和生活用水消耗量，主要包括Wag、Win、Wlf3個(gè)分項(xiàng)，通過(guò)對(duì)比分析經(jīng)還原處理后的天然徑流量與用水消耗量，在一定程度上可以反映人類取用水對(duì)河川徑流的影響程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 天然徑流量與實(shí)測(cè)徑流量對(duì)比

根據(jù)《沈陽(yáng)市水資源》研究成果，沈陽(yáng)市多年平均天然年徑流量是根據(jù)1956—2000年45年實(shí)測(cè)徑流序列經(jīng)還原計(jì)算得到的。多年平均實(shí)測(cè)年徑流量是根據(jù)1980—2007年28年實(shí)測(cè)徑流量得到的。

從表1和圖2可以看出:沈陽(yáng)市主要水文站多年平均實(shí)測(cè)年徑流量比多年平均天然年徑流量減少程度在2.33% ～32.57%之間，平均減少程度是23.11%;遼河遼中站、渾河沈陽(yáng)站、柳河新民站的徑流量減少程度較大，均超過(guò)30%，分別是32.57%、31.44%、30.45%;秀水河公主屯站徑流量減少程度略低于20%，為18.75%;養(yǎng)息牧河小荒地站天然與實(shí)測(cè)年徑流量相差不大，減少程度僅為2.33%。

表1 沈陽(yáng)市主要水文站天然與實(shí)測(cè)徑流量比較Tab.1 Comparison of calculated natural runoff and measured runoff of main hydro-stations in Shenyang City

說(shuō)明遼河、渾河、柳河人類活動(dòng)對(duì)河川徑流量的影響程度較大，秀水河人類活動(dòng)對(duì)河川徑流量的影響程度中等，養(yǎng)息牧河人類活動(dòng)對(duì)河川徑流量的影響程度較小。

3.2 實(shí)測(cè)徑流量變化過(guò)程分析

圖2 沈陽(yáng)市主要水文站天然與實(shí)測(cè)多年平均徑流量比較Fig.2 Comparison of calculated natural and measured annual average runoff of main hydro-stations in Shenyang City

表2是沈陽(yáng)市主要水文站1980—2007年徑流量變化情況。從1980—2007年徑流量變化過(guò)程可以看出，近28 a來(lái)，沈陽(yáng)市主要河川徑流表現(xiàn)出程度不等的減少趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)測(cè)序列的線性回歸趨勢(shì)分析，可以初步得到8條主要河流的徑流模數(shù)年均減少幅度在108～1萬(wàn)2 093 m3/(km2·a)之間，平均減少2 061 m3/(km2·a)。其中，蒲河大河泡站徑流模數(shù)減少幅度最大，為1萬(wàn)2 093 m3/(km2·a)，其次徑流模數(shù)減少幅度依次是北沙河大東山堡站(2 083 m3/(km2·a))，柳河新民站(1 518 m3/(km2·a))，養(yǎng)息牧河小荒地站(953 m3/(km2·a))，秀水河公主屯站(665 m3/(km2·a))，遼河遼中站(508 m3/(km2·a))，渾河邢家窩棚站(414 m3/(km2·a))，渾河沈陽(yáng)站(207 m3/(km2·a))，饒陽(yáng)河?xùn)|白城子站(108 m3/(km2·a))。

從徑流的年際變化進(jìn)行分析:蒲河、北沙河徑流量表現(xiàn)為 1980—1989年、1990—1999年、2000—2007年逐年代減少的特點(diǎn)，其余河流徑流量表現(xiàn)為1980—1989年居中、1990—1999年高、2000—2007年低的特點(diǎn)。表明進(jìn)入2000年后，沈陽(yáng)市內(nèi)站點(diǎn)的徑流量處于低值時(shí)期。將水文站2000—2007年的平均年徑流量與多年平均實(shí)測(cè)年徑流量進(jìn)行比較，除了北沙河、渾河徑流量減少程度在20%左右以外，其他河流2000—2007年的徑流量減少程度均在50%以上，養(yǎng)息牧河高達(dá)83%，秀水河達(dá)到77%，柳河65%，遼河60%，蒲河58%，饒陽(yáng)河52%。

表2 沈陽(yáng)市主要水文站1980—2007年實(shí)測(cè)徑流量變化Tab.2 Trend analysis of measured runoff of main hydro－ stations in Shenyang City

4 結(jié)論

1)沈陽(yáng)市實(shí)測(cè)年徑流量較天然年徑流量的減少程度在2.33% ～32.57%之間，平均減少程度是23.11%。其中:遼河干流、渾河干流、柳河年徑流量減少程度較大，均超過(guò)30%;秀水河年徑流量減少程度略低于20%;養(yǎng)息牧河天然與實(shí)測(cè)年徑流量相差不大，減少程度僅為2.33%。表明遼河、渾河、柳河人類取用水量較大，人類活動(dòng)對(duì)河川徑流的影響程度較高;秀水河中等，相對(duì)而言，人類活動(dòng)對(duì)養(yǎng)息牧河的河川徑流影響程度最小。

2)通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)28年的實(shí)測(cè)徑流量過(guò)程分析表明，沈陽(yáng)市秀水河、養(yǎng)息牧河、柳河、饒陽(yáng)河、遼河、蒲河、北沙河、渾河這8條主要河流的徑流量均呈現(xiàn)不同程度的減少趨勢(shì)，徑流模數(shù)年平均減少幅度在108～1萬(wàn)2 093 m3/(km2·a)之間。其中，蒲河大河泡水文站徑流模數(shù)減少幅度最大，為1萬(wàn)2 093 m3/(km2·a)，饒陽(yáng)河?xùn)|白城子水文站徑流模數(shù)減少幅度最小，為 108 m3/(km2·a)。

3)沈陽(yáng)市河川實(shí)測(cè)徑流在1980—2007年的年際變化特點(diǎn)是:1980—1989年徑流量居中值、1990—1999年居高值、2000—2007年居低值。2000—2007年的平均年徑流量與多年平均實(shí)測(cè)年徑流量比較，除了北沙河、渾河減少程度在20%左右外，其余河流減少程度均在50%以上，養(yǎng)息牧河最高，達(dá)到83%，饒陽(yáng)河最少，為52%。

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