淮河上游洪河水系降水及地表径流演变情势分析

（河南省驻马店水文水资源勘测局 驻马店 463000）

1 基本情况

洪河水系为淮河流域上游一支较大的独立水系，流域面积12380km2，小洪河与汝河在班台汇合后，以下称大洪河，大洪河向东南走向，沿豫皖两省边界注入淮河干流。该水系上游为山丘区，河道比降较大；下游为平原区，地势平缓；中间过渡地带较短。

洪河水系属半湿润到半干旱过渡地带，由于受多种天气系统及地形的综合影响，降雨多集中于6～9月份，且强度大、范围广、易发生洪涝灾害。降水、径流时空分布不均，年际、月际变化较大，旱涝交错现象时有发生。

2 降水情势分析

根据洪河水系多个雨量站1956～2016年降水量资料进行不同系列年份的计算分析：1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年降水量均值分别为916mm、891.9mm、880.9m；与多年平均相比1956～1976年偏多2.2%，其他两个系列比多年平均偏小；多年平均（1956～2016年）降水量为896.6mm。

从时呈分布看降水量随着系列年份变近有逐渐减少趋势：1977～1996年较1956～1976年减少2.6%，1997～2016年较1977～1996年减少1.2%，较1956～1976年减少3.8%；从地域分布看，上游山区降水量大于下游平原区，且降水强度也较大，暴雨出现几率上游大于下游（见表1）。

从历年降水量可以看出：洪河水系降水量年际变化较大，最大年降水量1413.3mm，最小年降水量472.9mm，最大年降水量是最小年降水量的3倍；年降水量大于1200mm的有8年，降水量在900～1200mm的年份有21年，降水量在600～900mm的年份有28年，降水量小于600mm的年份有4年。

采用降水量距平百分率P 对全系列降水情况进行丰、平、枯评价，对洪河水系雨量站1956～2016年降水情况进行分析评价（见表2）。

表1 洪河水系不同系列年均降水量成果表

表3 洪河水系多年平均径流量系列计算表

图1 洪河水系1956～2016年历年降水量平差曲线图

由表2可看出：1956～1976年的21年间，丰水年份有6年，枯水年份有7年，平水年份有8年，丰水年、平水年和枯水年数基本持平，特丰年份偏多；1977～1996年的20年间，丰水年份有9年，枯水年份有9年，平水年份有2年，丰枯年份持平，但平水年较少，特枯年份较多；1997～2016年的20年间，丰水年份有5年，枯水年份有10年，平水年份有5年，丰枯年份相差较多，枯水年明显多于丰水年。

从以上三个系列年份的丰平枯年份可以看出，近年来枯水年份有逐渐增多趋势，平水年份明显减少趋势，特丰年份和特枯年份也有较明显变化（见图1）。

3 径流情势分析

根据洪河水系代表水文站历年实测径流资料进行还原计算和分析：1956～1976年均天然径流量为31.7747亿m3，比多年平均（1956～2016年）偏多8.1%；1977～1996年年均天然径流量为27.4826亿m3，比多年平均（1956～2016年）偏少6.5%；1997～2016年年均天然径流量为28.8176亿m3，比多年平均（1956～2016年）偏少2%；多年平均天然径流量29.3979亿m3，最大年径流量84.8431亿m3，最小年径流量3.0492亿m3，最大年径流量是最小年份的27 倍，丰枯悬殊非常大。

从先后不同系列分析：洪河水系1956～1976年均天然径流量最大；1977～1996年年均天然径流量比1956～1976年偏少13.5%；1997～2016年均天然径流量比1956～1976年偏少9.3%，比1977～1996年偏多4.9%；可以看出天然径流量有减少趋势（见表3及图2）。

图2 洪河水系1956～2016年历年地表径流量差积曲线图

利用天然径流量差积曲线来分析径流量的丰、枯变化情况和变化趋势。差积曲线上升表示偏丰水年份，差积曲线下降表示偏枯水年份，曲线坡度反映径流量的丰枯强度。

由图2可以看出洪河水系径流情势总体趋势如下：1957～1959年、1992～1997年、2009～2016年属于偏枯年份且干枯强度较大；1963～1969年、1982～1991年、2000～2008系列大多属于偏丰年份；其他系列中丰、枯年份交替出现。

4 影响地表径流因素分析

影响地表径流的因素大致包括降水影响、人类活动因素影响、下垫面因素的影响及植被影响。降水量的变化是径流演变最直接原因，降水量的变化与地表径流演变是不完全同步的，一般而言，径流量的减少要比降水量的减少大一些。人类活动因素主要包括水利工程修建、河道的引水调水及开发利用等。下垫面影响因素主要包括工、农业用水输水过程中由于管线渗漏和土壤下渗使得包气带土壤含水量增加，形成有利于产流的条件；随着城市化进程的加快大大增加不透水面积，减少雨水下渗，加快雨水沿地表的汇集，使洪峰增大，峰形变陡，地面径流增加；此外城市堤防修筑得越来越高，会使沿河归槽洪水增加，河道水位不断抬高。植被因素对地表径流的影响表现为对径流的涵养功能，当下垫面植被率较高时，加大了截流和蒸腾损失，以致增加了净蒸散发量，从而使河流径流量减少。

5 降雨径流关系特征分析

5.1 降雨径流相关分析

地表径流受降水、人类活动及下垫面等因素综合影响，建立洪河水系不同系列年份的降雨径流相关关系，可以看出径流与降雨的关系及演变趋势及特征。

图3 洪河水系降水—地表径流相关关系图

由洪河水系不同年份降雨径流关系可见：1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年三个系列降雨径流相关系趋势基本一致，随着降雨量的增加地表径流量也随之增加，且降水级别越大增加幅度越大，当降雨量大于800mm时，径流量的增加幅度远远大于降水量800mm以下；在降水量小于1000mm时，同等级别的降水量1997～2016年点据明显偏右，1956～1976年和1977～1996年偏左且较接近，表明同等级别的降水量1997～2016年径流量偏大；在降雨量大于1000mm时，同等级别的降雨量1956～1976年点据明显偏右，1977～1996年和1997～2016年点据偏左且较接近，表明同等级别的降水量1956～1976年径流量偏大；从整体看随着年份系列变近，在降水量级别较大时径流量有衰减趋势，在降水量级别较小时衰减不太明显（见图3）。

5.2 径流系数分析

径流系数反映降雨形成径流的比例，径流系数集中反映了下垫面的水文地质情况和降水特性对地表径流的影响，其中影响较大的因子包括下垫面的土壤和植被类型、下垫面前期土壤含水量、降水的量级和强度等。一般而言，降水越大或降水强度越大，径流系数也相应较大；下垫面土壤含水量越大，径流系数也相应越大，且这种关系是非线性的。所以用径流系数研究径流演变情势，必须区分降水影响和下垫面的影响，如果径流系数的减小幅度远大于降水减少的幅度，那么其中有一部分可能是由下垫面变化所致。

图4 洪河水系降水—径流系数相关关系图

从1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年三个系列的降水径流系数关系曲线看，径流系数均随着降水量增加而逐渐变大，且降水量级越大，径流系数增大的幅度也越大。三个系列年份的降水径流系数相关关系线在降水量1000mm左右时交叉；当降水量小于1000mm，在降水量级较小时，地表径流受下垫面因素影响显著，同等级别的降水量1997～2016年系列的径流系数较大，和该区域降水—径流关系趋势一致，主要原因是洪河水系近些年不透水面积大大增加导致地表径流量增大；当降水量大1000mm时，下垫面对地表径流的影响有所削弱，主要受降水强度及前期土壤含水量的影响，同等级别的降水量1956～1976年系列的径流系数较大，主要原因是此年份系列的偏高量级降水年份较多，导致地表径流量及径流系数较大（见图4）。

6 结论

综上分析，洪河水系降水及地表径流演变情势有以下特点：

（1）1956～1976年、1977～1996年、1997～2016年三个系列的降水量均值呈逐渐减少趋势。从丰、平、枯年份分布可以看出，近年来枯水年份有所增多、丰水年份明显减少，尤其是特枯年份增多较为明显。

（2）与降水量变化趋势基本一致，地表径流量1977～1996年、1997～2016年两个系列较1956～1976年也有明显减少，且减少的幅度大于降水量。由于径流量受多种因素影响，丰枯年份交替复杂且悬殊较大。

（3）由于受降水量、水利工程建设及下垫面改变等因素影响，径流系数总体呈衰减趋势，1956～1976年年径流系数大于1977～1996年和1997～2016年两个系列。近些年来由于城乡建设迅速发展，不透水面积增加导致下垫面改变，同等降水量级时1997～2016年年径流系数较1977～1996年略微偏大■