山西省水资源不重复量的空间分布特征及影响因素

康彩琴

（山西省水文水资源勘测总站山西太原030000）

0 引言

水资源是人类赖以生存的物质基础，地区的经济发展也会受到水资源丰盈与否的制约[1]，习近平总书记多次强调城市的发展要“依水而定、量水而行”，必须加强水资源节约管理，实行能源和水资源消耗总量和强度的双控行动。因此，水资源量的合理、可靠评价对区域的经济和社会发展起着基础性的决定作用。

水资源总量是指当地降水形成的地表和地下产水量，即地表径流量与降水入渗补给量之和，可由地表径流加上地下水与地表水资源的不重复量求得，其中地表径流可由水文站实测资料及供用水资料还原所得，是切实计算统计数据，而不重复量为地下水资源量隐含的一部分，是推求所得，所以不重复量的可靠性分析对水资源总量的评价有着不可忽略的重要性。

为了清楚地了解山西省水资源量的多寡以及合理性，本文对山西省1956—2016年多年平均地下水与地表水资源不重复量的分布特征及影响因素进行分析，进而对研究区域内水资源总量的合理性和科学性提出指导意义，亦可为水资源评价成果的有效性提供参考依据。

1 山西省概况

山西省总面积15.62 万km2，下辖11 个地市，10 个水资源三级分区，地跨黄河、海河两大水系，河流属于自产外流型水系，地处中纬度地带的内陆，属温带大陆性季风气候，多年平均降水量507.0 mm，多集中在7-9月，空间分布由东南向西北递减[2]。按地形起伏特点，可分为东部山地区、西部高原区和中部盆地区三大部分。各种地貌类型占全省面积比重，山地约占72.0%，高原占11.5%，各类盆地为16.5%。

东部山地区以晋冀、晋豫交界的太行山为主干，由太行山、恒山、五台山、系舟山、太岳山、中条山等组成。西部高原山地区是以吕梁山脉为骨干的山地性高原，由芦芽山、云中山、吕梁山等山系和晋西黄土高原组成。中部盆地区自东北、西南向纵贯全省，由一系列雁行式平行排列的地堑型盆地组成，各盆地广泛分布着黄土和冲洪积物，地形平坦、土地肥沃、工农业发达、城市众多、人口集中，是本省经济繁荣地区。

山西省地层中广泛分布的裸露和隐伏碳酸盐岩类地层，形成一系列自成体系的岩溶水补给和储水构造，使地表水和地下水呈现复杂的转化关系并形成众多的岩溶大泉，泉水径流量约占全省多年平均地表水总量的四分之一以上[3]。受岩溶水补给的河流，基流量大且稳定，是山西省水资源的一大特点。

2 不重复量的计算方法

北方地区水资源总量指当地降水形成的地表和地下产水量，即地表径流量与降水入渗补给量之和，可由地表径流加上地下水与地表水资源的不重复量求得[4]。不重复量指降水入渗补给量中扣除由该部分产生的河川基流量和河道排泄量的部分，对于山西省而言，该部分由平原区降水入渗补给量扣除由其形成的河道排泄量的部分、山丘区侧向流出量、山丘区开采净消耗量三部分组成。

平原区降水入渗补给量1956—2000年系列值的计算，首先是根据2001—2016年逐年的降水量P、降水入渗补给量Pr，建立P～Pr关系曲线，再根据1956—2000年逐年降水量P，从P～Pr曲线查算相应年份的降水入渗补给量Pr。降水入渗补给量形成的河道排泄量的计算方法与之相同，即建立2001—2016年Pr～QPr河排关系曲线，根据推求的逐年降水入渗补给量Pr在曲线上查算相应年份的河道排泄量QPr河排。分别根据逐年值，求取平原区降水入渗补给量和河道排泄量1956—2016年多年均值，两者之差即为平原区的不重复量。

山丘区侧向流出量和开采净消耗量总量1956—2000年系列值的计算，可按照山丘区逐年降水入渗补给量扣除河川基流量所得。1）河川基流量的计算：首先建立2001—2016年逐年的天然河川径流量R、河川基流量Rg 之间的R～Rg 关系曲线，再根据1956—2000年逐年天然河川径流量R，从R～Rg曲线查算相应年份的河川基流量Rg。2）降水入渗补给量的计算：山西省山丘区河川基流量占地下水资源量（即降水入渗补给量）约60%，通过分析发现山丘区Rg和Pr两者之间相关性较好，因此，利用建立的2001—2016年Rg～Pr关系曲线，根据推求的逐年河川基流量Rg 在曲线上查算求得1956—2000年逐年降水入渗补给量Pr。3）分别根据逐年值，求取山丘区降水入渗补给量和河川基流量1956—2016年多年均值，两者之差即为山丘区的不重复量。

3 不重复量的空间分布特征

山西省1956—2016年多年平均地下水资源量和地表水资源量的不重复量为40.9 亿m3，其中黄河区26.8 亿m3，占66%，海河区14.1 亿m3，占34%。

水资源分区：不重复量汾河最大，为13.7 亿m3，占比为33.5%，其次为河口镇至龙门左岸，为5.7 亿m3，占比为13.9%；不重复量大清河山区最小，为0.17 亿m3，占比仅0.4%，其次是三门峡至小浪底区间，为0.2 亿m3，占比仅0.5%。

行政分区：不重复量忻州市最大，为7.4 亿m3，占比18.2%，其次为运城市，6.6 亿m3，占比16.1%。最小的为晋城市，为2.5 亿m3，占比6.2%，而阳泉市较特殊，不重复量为负值，为-0.35 亿m3。

4 影响不重复量特征的因素

影响不重复量分布特征的因素主要有行政区划大小、降雨量、特殊水文地质条件（如岩溶大泉）、地下水开发利用程度等。

地下水资源量和地表水资源量的不重复量包括平原区降水入渗补给量扣除其形成的河道排泄量、山丘区侧向流出量、山丘区开采净消耗量，因此不重复量反映出的特征与地下水资源量计算方法有直接关系。山西省平原区资源量采用补给法计算，不重复量的影响因素与影响降水入渗补给量的因素一致，有区域面积、降水量等，山丘区资源量采用排泄法计算，不重复量的大小与影响开采净消耗量和侧向流出量的因素相同，即与开发利用程度、侧向流出量的条件等相关。

4.1 与区划面积相关

黄河区面积[5]占比为62%，海河区面积占比为38%，与不重复量占比（黄河区66%，海河区34%）基本一致；行政分区不重复量的分布情况亦与面积占比基本保持一致。水资源分区和行政分区中面积最大的区域分别为汾河、忻州市，不重复量分布情况亦是如此。

水资源分区、行政分区的不重复量和面积的相关情况见表1。

表1 行政分区和水资源分区面积与不重复量相关性表

4.2 与平原区分布情况相关

一般情况，在降雨量相同的条件下，平原区的降补系数较山丘区的大，而不重复量各项均是由降雨量产生的，因此区域范围内分布有盆地平原区时，降水入渗补给量就相对较大，也会影响不重复量的分布情况。

以运城市为例，其面积、降雨量和长治市基本相同，但不重复量远大于后者（表2），究其原因为运城市内平原区面积占比为59%，大于后者的10%所致。

表2 行政分区平原区分布情况与不重复量相关性表

以永定河册田水库以上和漳卫河山区为例，其面积相当，而漳卫河山区雨量明显较大，不重复量却是永定河册田水库以上偏大（表3），究其原因为永定河册田水库以上平原区面积分布（36%）远大于漳卫河山区（8%）所致。

表3 水资源分区平原区分布情况与不重复量相关性表

图1 各地市多年降雨量情况

4.3 与区域特殊水文地质条件相关

最为典型的表现区域属阳泉市，该市的不重复量为负值。首先娘子关泉水出露于阳泉市平定县，但泉域内有40%左右的碳酸盐岩裸露区即水资源量的补给区位于晋中市等地，在计算资源量时我省按照补给区的分布进行了资源分配，阳泉市剩下约60%岩溶泉水流量，而河川基流量并未分配，全部归属于阳泉市，造成资源量与基流量在阳泉市内并不是对等关系；其次阳泉市整个行政区划范围基本包含于泉域内，娘子关泉又属于大型岩溶泉，平均流量约7 m3/s，泉域岩溶水资源量的分配对阳泉市的影响最大；再次阳泉市开采净消耗量占比较小，无侧向流出量。综合呈现阳泉市不重复量为负值的情况。

以临汾市和吕梁市为例，其面积基本相同，且临汾市平原区面积占比和降雨量均较吕梁市大，但不重复量却是吕梁市大。也是因为泉水资源量进行了跨地市分配（郭庄泉水资源量从临汾市分配到吕梁市），而基流量未进行分配，全部统计在临汾市，导致临汾市不重复量偏少所致。

4.4 与地下水开发利用程度相关

太原市的不重复量模数（单位区域面积上的不重复量）最大（表2），为5.6 m3/a·km2，分析原因是由于太原市地下水开发利用程度较高，尤其是岩溶泉水的开发利用量[6]更是占了全省岩溶水量的30.8%，山丘区岩溶水和裂隙水合计开采量占全省的19.8%（表4）。

表4 山丘区开采净耗和侧排分布情况表

5 结论

地下水和地表水资源的不重复量可以反映水资源总量中除地表径流量以外资源量的特征[7,8]，与地下水资源量表现的特征虽有差异，但也有相似性[8]。

本文的分析结果表明，影响不重复量的因素中区划面积占首位，其次是区内平原区面积的占比情况，最后是区内地下水的开发利用程度，这三种因素按照先后顺序所占优势越大，不重复量就越多。

值得注意的是，山西省分布着众多自成体系的岩溶大泉，受其补给的河川基流量大且稳定。而各大岩溶泉范围均存在跨地市、跨流域分布的情况，泉水资源量补给区有可能和排泄区不是一个地市或水资源分区，根据资源量的定义，排泄区的泉水流量会分配至补给区。而包含泉水流量的河川基流量和地表径流保持一致，仍在排泄区统计。对于资源量组份简单（开采量和侧向排泄量占比小）的地市或水资源分区，就会出现排泄区岩溶泉资源量小于河川基流量，或者岩溶泉资源量被分配到其它地市的情况，如阳泉市、临汾市等，即不重复量出现负值或者偏小的态势，这也是山西省地下水有别于其他省的一种特殊情况。这一点对水资源总量的汇总合理性分析起到较为重要的参考意义。