区域水环境水文特性勘测技术研究

贾 海

(河北省承德水文勘测研究中心,河北 承德 067400)

在城镇化构建程度逐渐加深的当下，部分隶属于自然的生态河流域更替为城市河流域，其受工农业等排放污染，流域内水资源破坏严重[1-3]。水利资源会影响各领域发展，为此段茂庆等人提出水环境背景值表征技术，但是该技术仅针对某特殊区域地表[4]，谢超颖等人研究了对流域水环境数据进行管理的技术[5]，但未表明数据如何勘测得出。本文提出应用水文勘测技术对区域水环境的水文特性展开研究。水文勘测技术是经济发展的基石，其从初始的水文测站定点勘探模式转变为智能化巡测测报模式[6]，通过该技术的应用可有效增强监测流域内水污染状态，从而实现流域内污染在根源上的有效抑制，推动保护流域内水环境。

1 区域概况

1.1 地理位置与地形地貌

以某地区A河流域为研究对象，该流域地势北低南高，东南至西北呈倾斜态势，流经山地、丘陵、台塬、平原4种地理种类[7]，河流上游主要分布在山地区域，海拔高程通常高于1000m，顶点海拔高程超过2000m，河流中游主要分布在丘陵、台塬区域，海拔高程范围约为500～1000m，河流下游主要分布在平原区域，海拔高程范围约为300～500m。

1.2 河流水系

A河隶属黄河流域、渭河水系，沿途有较多支流汇入，羽状散落在中上游山区[8]，河流左侧汇入的支流量少但长，右侧汇入的支流量多但短，流域全长约105km，集水面积2500km2，平均比降5%，流域内建设有20个小型水库、230个塘坝，总库容4500×104m3，流域内设有多个水文站、雨量站。

1.3 气候

A河流域属于温带大陆性季风气候，具有四季分明的特征，春季温度上升速度快且存在较大程度波动，常存在春旱、霜冻等灾害；夏季气温高，暴雨集中；秋季气温适中，空气湿润，常存在秋旱、阴雨；冬季空气干燥，气温低、雨雪偏少[9]。流域内年平均气温为10℃，地势越高温度越低，极端最高、最低气温分别为42℃、-30℃，无霜期从北至南递增，山区的相对湿度大于丘陵，最大冻土深40cm，年平均日照时数区间约为2600～3000h，年平均水面蒸发量约为780mm，干旱指数约为1.5。

2 水文勘测技术

以勘测A河流域水文特性为目标，需要应用水文勘测技术。水文勘测技术在水环境治理上具有关键作用，通过先进的水文雨流量检测、水文泥沙检测等相关水文勘测设备[10]，分析其应用并科学、合理地充分应用在水环境资源污染治理中。

2.1 水文雨量监测

雨水是水资源构成的最关键部分，雨流量可有效应用在水资源环境污染的治理中，水文雨量监测是水文检测中重要程度较高的观测数据[11]。通过监测水文雨量，可有效记录、储存、计算、分析所观测的降雨流量、日期、地区分布以及时间规律等数据，可以有效探知降雨的变化规律，将其充分应用在水资源环境污染的治理中。

2.2 水文泥沙仪器设备

通过水文泥沙仪器设备可以快而准地处理水文泥沙的数据，深度了解泥沙信息，是水文勘测技术的关键工作，具有极大的环境污染治理辅助作用，其获取的高精准度水文泥沙数据简化了环境污染的治理工作[12-13]。环境地质受泥沙干扰较大，在地表水的运输过程中，若其泥沙含量较高，则其沿线平坦地质段会有泥沙沉积，造成地面升高，所以水文泥沙监测对环境地质的意义重大。

2.3 水文站网的分析功能

当前社会信息化发展速度较快，在水文勘测技术中结合信息化技术具有积极的作用。结合信息化技术对水文站网进行全面优化，令其可以充分调用全部数据展开计算分析，令水文工作科学、准确[14]。同时创新了水文勘测技术，通过信息化技术令所构建水文网络检测体系更全面、科学[15]。

3 流域水文特征

分别在A河不同区域内设置A、B、C、D、E五个监测点，运用水文勘测技术勘测A河不同区域段的水文特性。

3.1 降水

A河流域受湿润的西方与西北方路径气流影响，降水较丰富。其在水汽、地理因素的影响下，降水全年分配不均，全年降水量最大主要集中在5—8月，为连续降雨，A河流域A、B、C、D、E监测点的四季实测年降水分配情况见表1。

通过表1可以看出，C点全年的降水量均为最高，但其水量分配较为均匀，连续降水以及最大、最小月降水居中，A点在5—8月的连续降水过程中降水量为最高占全年78.3%，最大、最小月降水也为最高，分别出现在7月与1月，C点与D点的降水情况较为相似，全年降水量分配情况相差不大，出现上述情况的主要是受地理因素的影响。

表1 A河流域五大监测点四季实测年降水分配情况

3.2 蒸发

A河流域不同监测点蒸发量的年际变化见表2。

表2 A河流域五大监测点蒸发量年际变化情况

通过表2可以看出，五大监测点的水面蒸发量年际变化幅度较小，稳定程度较高。年水面蒸发量的最大与最小极值比范围为1.33～2.21，离势系数的取值范围为0.076～0.194。C点的水面蒸发量年际变化程度最大，水面蒸发的最大与最小极值比为2.21，离势系数值为0.194，E点的水面蒸发量年际变化程度最小，水面蒸发的最大与最小极值比为1.33，离势系数值为0.076。A、B、C、D、E监测点之间的最大、最小水面蒸发量所出现的时间一致性较低，说明区域内具有较大差异，A河流域的各项气象因素与地理因素的综合影响不同。

在不同气象因素影响下，水面蒸发量全年分配不均匀，A河流域五大监测点年蒸发量四季分配见表3。

表3 A河流域五大监测点年蒸发量四季分配表

通过表3可以看出，持续最长四个月的水面蒸发量约占全年的57.6%～64.3%，且由于各监测点的水面蒸发量相似，因此持续最长四个月的水面蒸发量基本一致。出现最大水面蒸发量的月份为6、7月，占全年的15%～17%；最小的月份为12、1月，占全年的0.6%～1.5%，全年变化过程相似率较高，B点的持续最长四个月水面蒸发量略低于C点。整体来看，夏季的水面蒸发量变化较大，冬季较小，丘陵与平原四季的水面蒸发量分配大致基本相同。

3.3 径流

A河流域不同监测点径流的年际变化如图1所示。

图1 A河流域五大监测点年径流量年际变化过程

通过图1可以看出，不同监测点的年径流量年际变化较大，年径流量的最大值高于最小值7倍左右，A点的年径流量最高出现在1985年约为13.6亿m3，最低出现在2010年约为1.82亿m3，比值约达7.5，B点的年径流量最高约为10.6亿m3，最低出现在2005年约为1.51亿m3，比值约达7，C点的年径流量最高约为7.1亿m3，最低出现在2000年约为0.98亿m3，比值约达7.1倍，D点的年径流量最高出现在1995年约为5.96亿m3，最低出现在2010年约为0.84亿m3，比值约达7.1，E点的年径流量最高出现在2015年约为2.76亿m3，最低出现在1995年约为0.41亿m3，比值约达6.7。

3.4 洪水

A河流域受暴雨影响导致洪水出现，二者变化过程大致相同，年洪水多发期主要集中在5—8月，大型洪水常发生在7、8月。由于A河发源于较为高耸的山区，陡峭的山坡导致水流速度较大，是显著的暴涨、落型河流，十分容易诱发山洪，导致出现山体滑坡、泥石流等灾害，破坏严重。A河流域不同监测点的洪峰流量见表4。

表4 A河流域五大监测点洪峰流量统计情况

通过表4可以看出，A河流域五大监测点的洪峰流量均值从A点至E点跟随水流方向沿程递增，洪峰模数从A点至E点跟随水流方向沿程递减，洪峰离势系数值也从A点至E点跟随水流方向沿程递减。

3.5 泥沙

A河流域不同监测点的含沙量和输沙量多年特征值变化情况见表5。

通过表5可以看出，D点的含沙量、输沙量为最高，多年平均含沙量为26.4kg/m3，发生时间为1988年，冰期含沙量较小，历年最大、最小年平均含沙量分别为72、1.945kg/m3，分别出现在1991年和2006年，C点略低于D点，多年平均含沙量为21.3kg/m3，发生时间为1987年，历年最大、最小年平均含沙量分别为67、1.235kg/m3，分别出现在1935年和2010年，B点的含沙量、输沙量为最低，多年平均含沙量为9.5kg/m3，发生时间为1989年，历年最大、最小年平均含沙量分别为38、0.645kg/m3，分别出现在2005年和2012年。

表5 A河流域五大监测点含沙量、输沙量统计情况

以A点为例，统计其全年分配含沙量与输沙量，结果见表6。

表6 A点多年平均含沙量全年分配

通过表6可以看出，A点的多年平均含沙量全年分配在6—8月的比重最大，约占年含沙量的22%～29%，3、4、5、9月约占全年的1.8%～9.89%；1、2、10、11、12月约占全年的0.05%～1.6%；而多年平均输沙量全年分配在8月最大，约占年输沙量的41%；6、7、9月的约占全年的10.4%～31%；4、5月的分别约占全年的1.5%、2.4%；12～2连续4个月的约共占全年的2.2%。

3.6 水质

受自然环境因素影响，A河的水质在不同区域存在差异，整体流域的水质类别为重碳酸盐类别，由山区至平原地区逐渐从钙组转变为钠组，重碳酸盐钙组的矿化度一般为200～300mg/L，总硬度低于150mg/L，重碳酸盐钠组的矿化度常为400～600mg/L，总硬度高于250mg/L，整体的多年pH值区间为7～8.5，多为弱碱性，从南至北递增。A河水质在不同区域受污染程度不同，污染程度跟随水流方向逐渐加重，以河流交汇位置最为显著，氨氮、化学需氧量超标，以E点为例，采用氨氮、化学需氧量以及溶解氧为指标，对E点的指标多年平均变化情况进行分析，结果如图2所示。

图2 E点指标多年平均变化趋势

通过图2可以看出，1985—2020年A河E点的水质污染程度总体上是有所降低的，化学需氧量在1990年增长了约3.9ng/L-1，但在1990年之后不断下降，溶解氧与氨氮变化幅度较小，但是也呈下降趋势，说明对A河流域展开的一系列综合治理措施获得了一定成果。

3.7 区间耗水量

区间耗水强度表示单位河长耗水量，公式如下：

(1)

式中，W—河段区间耗水强度，m3/(d·hm2)；Q入、Q出—河段进水、出水量，m3；L—河流流域面积，hm2。通过W对河流各区域的河道特征进行了描述，可获取区域内的耗水情况以及输水能力。A河五大监测点各年代的耗水强度变化如图3所示。

通过图3可以看出，E点的耗水量在小幅度波动后呈总体下降趋势，A点与B点的耗水量总体呈上升态势，C点与D点的耗水量分别以2010年、2005年为时间点呈先下降后上升趋势，原因是A、B、C、D点位于河流的上中游区域，E点位于河流的下游，河流上中段区间耗水量增大，则进入河流下段的水量快速减少。

图3 A河五大监测点各年代耗水强度变化

4 结论

文中以A河流域为研究对象，应用水文勘测技术勘测出其水文特性并展开分析。由于我国地貌广阔，不同水域的水文环境不同，勘测时会受到气候与地形等因素影响，所以为实现水文水资源的监测管理，国内的环境保护组织还需进一步提升水文勘测技术。水文勘测技术具有明显的水资源环境污染预防、治理功能，通过加强水文勘测技术，可以在应用过程中有效改善恶化的水资源环境，推动其和区域经济的协调可持续发展。通过不断优化水文勘测技术，能够完善水资源环境的污染监测，提高区域内水资源环境污染的监测效率，为勘测人员提供安全保障，推动地区发展。