淮河流域水资源量分布特征研究

2021-06-29杨燕华李晓星许海勇

水利科技与经济 2021年6期

杨燕华，李晓星，许海勇，王鑫

(交通运输部天津水运工程科学研究所, 天津 300456)

1 研究背景简介

联合国《2018年世界水资源开发》显示，由于人口增长、经济发展和消费方式转变等因素，全球对水资源的需求正在以每年1%的速度增长，而这一速度在未来20年还将大幅加快。尽管目前农业仍是最大的用水行业，但未来工业用水和生活用水需求量将远大于农业需水量[1]。水资源缺乏将成为制约全球经济发展的普遍性问题。对水资源需求的增长最主要来自于发展中国家和新兴经济体[2-3]。淮河流域居我国各江河流域人口密度之首，是耕地率最高的区域之一，人均水资源占有量约450 m3，不足全国平均水平1/4，是中国人均水资源占有量最低的地区之一[4]。淮河流域以煤炭、电力为主的重工业产业布局[5]和以旱作为主导的粮食生产[6]，对水资源具有强烈的依赖性[7]。水资源量受区域降水气候[8-11]、水利基础设施[12]、人类活动[13-14]的综合影响。

淮河流域地处中国东部，地理坐标为E111°55′-E121°20′，N30°55′-N36°20′，居长江和黄河流域之间，位于中国南北气候过渡带，以北属暖温带区，以南属北亚热带区[16]，极端温差显著，流域内降水分布不均[15-18]。本文将基于淮河流域水资源公报[19]公布的降水量、地表水资源量、地下水资源量和水资源总量，分析淮河流域水资源时空分布特点，对流域水资源特性的了解将有助于流域可持续开发利用和生态环境保护。

2 淮河流域水资源空间分布特征

淮河流域为全国水资源一级区，包括湖北、河南、安徽、江苏、山东5省40市，流域面积约27×104m2。水资源包括地表水资源和地下水资源两类。其中，地表水资源量指河流、湖泊等地表水体中由当地降水形成的、可以逐年更新的动态水量，即天然河川径流量。地下水资源量是指由降水和地表水体入渗补给地下含水层的动态水量，需扣除山丘区和平原区之间的重复计算量。

淮河流域5省降水量、地表水资源量、地下水资源量和水资源总量2008-2018年间随时间的变化情况见图1-图5。由图1-图5可见，2008-2018年间，流域内各省水资源分布随时间变化规律不同，其中湖北省地表水资源和地下水资源不重复量为零，地表水资源量与地下水资源量一致。河南省水资源量变化幅度较大，2011-2017年水资源整体上比2010年前偏少。安徽省水资源量整体上呈现上升趋势，增长变化速率约为1.2%。江苏省水资源量变化规律周期性极强，水资源丰枯年基本呈现3年一个规律的变化周期，如2009-2011年地表水资源和水资源总量上升，2011-2013年两者又向下变化至与2009年数值接近的程度。山东省地表水资源量和水资源总量整体上呈现下降态势。

图1 湖北省水资源变化图

图2 河南省水资源变化图

图3 安徽省水资源变化图

图4 江苏省水资源变化图

图5 山东省水资源变化图

2018年淮河流域5省的降水量、地表水资源量、地下水资源量和水资源总量见图6。由图6可见，流域内安徽省降水量最大，占全流域降水量的31%；湖北省降水量最小，占流域降水量3.05%。水资源的省际分布不平衡，从水资源量沿空间分布情况来看，淮河流域内地表水资源量最大地区为安徽省，河南省、江苏省、山东省次之，湖北省最少。地下水资源量最大地区为河南省，安徽省、江苏省、山东省次之，河北省最少。水资源总量安徽省最多，江苏省、河南省、山东省次之，湖北省最少。安徽省地表水资源量和水资源总量均最多，分别占全流域的42%和38%。湖北省地表水资源量和水资源总量均最少，分别占全流域的0.46%和0.34%。

图6 淮河流域2018年水资源空间分布图

3 淮河流域水资源年际变化特征

图7为1997-2018年间淮河流域年均降水量。由图7可见，淮河流域多年平均降水量为2 372×108m3左右，最大为2003年的3 470×108m3，最小为2001年的1 703×108m3。降水量年际变化很大，年最大降水量是年最小降水量的3～5倍。降水的丰枯变化频繁，丰水年与枯水年常连续发生。如2011-2013年为连续3个枯水年，平均年降水量2 045×108m3，为多年平均的86%；而2003-2005年则是连续丰水年，平均降雨量为2 849×108m3，是多年平均的139%。

图7 1997-2018年间淮河流域年均降水量

1997-2018年间淮河流域年均地表水资源量、地下水资源量和水资源总量随时间变化，分别见图8、图9和图10。由图8-图10可见，1997-2018年间，淮河流域年均地表水资源量平均值为624×108m3，年均地下水资源量平均值为357×108m3，年均水资源总量平均值为862×108m3。年均地表水资源量、年均地下水资源量、年均水资源总量的整体变化趋势与降水量曲线趋势一致。在年际间呈周期性变化，丰枯交替。最大值均出现在2003年，为1 692×108m3，最小值均出现在2001年，为488×108m3，最大值为最小值的3.5倍。

图8 1997-2018年间淮河流域年均地表水资源量

图9 1997-2018年间淮河流域年均地下水资源量

图10 1997-2018年间淮河流域年均水资源总量

4 年内水资源变化特征

淮河流域主要河流包括淮河干流、颍河、涡河、浍河、新沱河等河流。通过上述河流主要水文控制站实测数据，分析淮河流域地表水资源年内各月份分布特征。

王家坝闸位于淮河干流中上游分界处，根据王家坝1952-2010年系列资料绘制多年月平均地表水资源量(图11)。由图11可见，王家坝站多年平均径流总量为90.9×108m3，多年平均流量288.3 m3/s。王家坝站径流多集中在汛期6-9月份，多年平均汛期的地表水资源量占多年平均值的63.2%；多年月平均地表水资源量7月份最大，占全年的25.1%；多年月平均地表水资源量1月份最小，占全年的2.3%。

图11 淮河干流王家坝站多年月平均径流量

颍河主要控制水文站界首站的多年月平均地表水资源量分配见图12。根据界首站1952-2010年地表水资源量资料，多年平均地表水资源量总量为36.8×108m3。地表水资源量多集中在7-10月份，占多年平均量的64.8%；多年月平均地表水资源量8月份最大，占全年的22.3%；2月份最小，为1.0×108m3，占全年的2.7%。7-10月份径流量的年际变化更大，最大值出现在1984年为74.3×108m3，最小值出现在1992年为1.4×108m3，最大值高达最小值的52倍。

图12 颍河界首站多年月平均地表水资源量分配图

涡河蒙城闸站1956-2010年多年平均地表水资源总量为12.89×108m3，多年平均流量40.87 m3/s。地表水资源量的年际变化大，最大年地表水资源量为1963年的58.59×108m3，最大月地表水资源量为1963年8月份的27.45×108m3；最小年地表水资源量出现在1994和2002年，约为0×108m3，地表水资源量年际变化非常大。蒙城闸站地表水资源多集中在7-10月份，占多年平均的73.9%；多年月平均地表水资源量7月份最大，占全年的27.7%；2月份最小，占全年的1.5%。7-10月份年际变化更大，最大年7-10月份地表水资源量42.61×108m3(1963年)，为最小年7-10月份径流量0×108m3(1994和2002年)的很多倍。蒙城闸站多年平均月地表水资源量分配见图13。

图13 涡河蒙城闸站多年月平均地表水资源量分配图

浍河的主要控制站为固镇闸站。固镇闸站1956-2010年多年平均地表水资源总量为8.65×108m3，多年平均流量27.44 m3/s。固镇闸站地表水资源多集中在汛期6-9月份，多年平均汛期的地表水资源量占多年平均的70.9%；多年月平均地表水资源量7月份最大，占全年的30.7%；2月份最小，占全年的2.1%。汛期径流量的年际变化更大，最大年汛期地表水资源量(1963年)为最小值(2001年)的207倍。固镇闸站多年平均月地表水资源量分配见图14。

图14 浍河固镇闸站多年月地表水资源量分配图

徐楼闸站是新沱河的主要控制站。根据1956-2010年径流系列资料，绘制多年平均地表水资源的年内分配图(图15)。由图15可见，徐楼闸站年平均地表水资源总量为1.11×108m3，多年平均流量3.51 m3/s。地表水资源多集中在7-10月份，占多年平均年径流量的79.8%；多年月平均地表水资源量7月份最大，占全年的29.0%；2月份最小，占全年的1.1%。7-10月份地表水资源量的年际变化更大，最大年7-10月份径流量5.67×108m3(1963年)为最小年0×108m3(1969、1982、1993、1994和2002年)的很多倍。