滏阳河东武仕水库站降水径流演变研究

周尽忠 梁凤欣 周世忠

（河北省邯郸水文水资源勘测局 河北 邯郸 056001）

1 引言

东武仕水库是滏阳河源头上的一座大型水库工程，担负着防洪、灌溉、发电、旅游和城市供水等诸多任务，是邯郸市及其水库下游六个县（市）最主要的水源地之一，是邯郸市实施“东蓄、中调、西治”生态水网工程的重要组成部分。分析研究东武仕水库以上流域降水径流变化的趋势和成因，可为水资源有效利用、生态水网建设及水量调配提供决策依据。

2 研究区概况及主要特点

2.1 研究区概况

东武仕水库位于邯郸市磁县境内，1959年兴建为中型水库，1960年开始蓄水，1970年扩建成大型水库，总库容1.81×108m3，控制流域面积340km2。水库以上流域属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候区，流域多年平均（1956年～2008年）降水量537.0mm，多年平均径流量2.7879×108m3。

2.2 研究区主要特点

（1）东武仕水库地处峰峰矿区黑龙洞泉域下游，径流量主要以泉群排泄为主。黑龙洞泉域是独立的补给、径流、排泄水文地质单元（邯邢水文地质南单元），泉群排泄量全部汇入东武仕水库。由于黑龙洞泉域主要含水岩系为寒武系、奥陶系碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩系，故而形成东武仕水库以上流域地表、地下汇水界限不重合。其中，地下汇水面积2404km2，是地面汇水面积的7.07倍。

⑵由于该流域地下汇水区远大于地面汇水区，导致径流系数大于1的反常现象。据1956年～2008年东武仕水库水文站降水、径流资料计算，多年平均径流深820.0mm，是多年平均降水量的1.53倍。

⑶东武仕水库以上流域降水量年内分配不均，年际变化较大。其中，汛期6月～9月的降水量占年降水量的75%左右；最大年降水量1250.3mm，最小年降水量仅有219.6mm，最大最小年降水量的比为5.69倍。

⑷与年降水量相比，径流量的年内变化相对平稳，年际变化相对较大。根据建库前的月平均径流量资料分析计算，年内最大径流量一般出现在8月份～11月份，4个月的径流量占年径流量的40.7%，年内最小径流量一般出现在4月份～6月份，3个月的径流量占年径流量的20.2%，其余5个月的径流量占年径流量的39.1%；最大年径流量7.1198×108m3，最小年径流量0.6331×108m3，最大最小年径流量的比为11.25倍。

3 选用资料与分析方法

选用东武仕水库以上流域1956年～2008年的东武仕、王看、峰峰雨量站的历年降水量资料和东武仕水库站历年入库径流量资料。

主要采用降水量累积曲线、径流量累积曲线、降水量～径流量双累积曲线、水文比拟等研究方法。找出降水～径流时间序列的变化趋势、变化显著性和突变点，分别就气候变化和人类活动对径流量的影响进行了定量估算。

4 研究区内降水量、径流量的变化趋势分析

4.1 年降水量变化趋势分析

1956年～2008年，东武仕水库以上流域面平均降水量537.0mm。53年间，降水量总体呈减少趋势。其中，20世纪50和60年代，由于有1956年和1963年两个特大丰水年，年代平均降水量最大，分别较多年平均降水量多20.1%和12.2%；70年代以后，降水量持续减少；80年代降水量降至最低水平，较多年平均降水量少8.5%；90年代到21世纪的前8年，年代平均降水量大致与70年代持平，均较多年平均降水量少5.1%。说明降水量受环境影响较弱，虽有下降趋势但不显著。如图1所示。

4.2 年径流量变化趋势分析

1956年～2008年，东武仕水库以上流域年平均径流量2.7879×108m3。53年间，年径流量呈大幅减少趋势。其中，20世纪50年代平均径流量较多年平均偏大71.6%；60和70年代，平均径流量虽持续减少，但仍较多年平均偏大58.7%和30.8%；80年代径流量急剧衰减，较多年平均偏少33.4%；90年代到21世纪的前8年，分别较多年平均偏少48.8%和53.8%。说明年径流量受环境影响较强，有明显下降趋势。如图1所示。

5 变化环境影响前后的降水径流变化分析

通过绘制东武仕水库站年降水量和年径流量累积曲线（省略）及降水～径流双累积曲线，可明显看出1981年为环境变化影响降水径流的分界年。即：1956年～1981年环境变化影响较弱（或影响前）；1982年～2008年为环境变化影响较强（或影响后）。东武仕水库站1956年～2008年降水～径流双累积曲线见图2。

为对比分析变化环境影响前、后不同量级降水量条件下的径流变化，分别计算变化环境影响前、后期系列的降水量频率，确定两系列不同保证率（丰、平、枯）降水量的年份，然后对比分析环境影响前、后期不同保证率降水量年份相对应的年径流量变化。对比计算结果见表1。

由表1可看出，变化环境影响前、后期的年降水量丰、平、枯频率级的年径流量皆减少很多，而且随着降水量级的减少，径流量的衰减更为剧烈。

6 变化环境下影响径流量的定量分析

6.1 气候变化和人类活动影响程度分析

气候变化和人类活动是影响径流量发生变化的主要原因。因此，可将东武仕水库1956年～2008年的降水～径流量系列，按影响前、后，组成1956年～1981年和1982年～2008年两个随机降水～径流系列，对两个系列的特征值进行比较，可得出气候变化和人类活动对径流量的影响程度。其中，两系列的均值之差，为气候变化和人类活动对径流量影响的综合结果［1］。即：

表1 变化环境影响下不同降水保证率条件下的径流变化分析

表2 变化环境影响径流量估算表

表3 1991年～2008年人类活动影响估算表

式中，△Q综合影响—为综合影响的径流量；

△Q气候变化—气候变化影响的径流量；

△Q人类活动—人类活动影响的径流量；

在得到环境变化综合影响下的径流量后，即可求解人类活动和气候变化影响下的径流量。首先，绘制1956年～1981年系列的降水～径流相关图，建立回归方程（y=0.0078x-0.4665；相关系数＝0.92）；而后，将1982年～2008年系列的逐年降水量代入该回归方程式，得到相应时段下不受人类活动影响的降水～径流系列；然后，将得到的径流量与实际的径流量数据进行对比，它们的差值，即是人类活动对径流的影响量；最后，可求出气候变化影响下的径流量。气候变化和人类活动影响程度分析估算成果见表2。

由表2可以看出，东武仕水库以上流域变化环境综合影响减少的径流量为2.4967×108m3。其中，气候变化影响减少的径流量为0.4880×108m3，占综合影响的19.5%；人类活动影响减少的径流量为2.0087×108m3，占综合影响的80.5%。

6.2 人类活动影响定量分析

人类活动对径流量的影响主要有下垫面的改变和水利工程的开发利用。

根据黑龙洞泉域研究成果，人类活动导致下垫面条件剧烈改变的时间约在1990年以后，而主要水利工程和大型水源地多在1990年前兴建完成。因此，选用1982年～1990年时段的降水～径流系列，近似作为仅受水利工程影响而没有受到下垫面改变影响的径流系列；而后，绘制该系列降水径流关系图，建立回归方程（y=0.0053x-0.8390；相关系数＝0.93）；然后，将 1991年～2008年的逐年降水量代入回归方程式，即可得到相应时段下不受下垫面影响的径流量系列，它与实际径流量数据的差值，即是下垫面改变后对径流量的影响量。1991年～2008年下垫面和水利工程影响的径流量估算成果见表3。

由表3可以看出，1991年～2008年，东武仕水库以上流域受人类活动影响，年平均减少径流量2.1571×108m3。其中，受下垫面影响减少的平均径流量为0.4880×108m3，占人类活动影响减少总量的23.5%；受水利工程影响减少的平均径流量为1.6508×108m3，占人类活动影响减少总量的76.5%。

7 结论

（1）1956年～2008年的53年间，研究区内降水量总体呈减少趋势，但不显著，影响前后减少的幅度为9.2%；径流量衰减剧烈，下降趋势明显，影响前后衰减幅度为61.3%；环境变化影响导致径流减少的界限为1981年。

（2）人类活动是影响径流减少的主要因素。相对于1956年～1981年，变化环境对天然径流量的影响较弱；1982年～2008年，人类活动影响导致的径流量减少占径流减少总量的80.5%；气候变化导致的径流量减少占径流减少总量的19.5%。

（3）在人类活动影响因素中，水利工程措施是造成径流量减少的主要原因，尤其是在流域内大型地下水水源地被开发利用之后，黑龙洞泉水时有断流。1981年～2008年间，受水利工程措施影响而减少的径流量占人类活动影响减少径流总量的76.5%；受下垫面影响而减少的径流量占人类活动影响减少径流总量的23.5%。陕西水利

[1]刘克岩，张橹，张光辉等.人类活动对华北白洋淀流域径流影响的识别研究［J］.水文，2007（06）：6-1.