寧夏清水河流域水資源評價分析

寧夏清水河流域水資源評價分析包淑萍;馬云;王生鑫【摘要】介紹了寧夏清水河流域的地理概況，運用水文實測資料對流域的水文要素及水資源量、水資源質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價，分析了流域內(nèi)的水資源特性。%ThegeographicalsituationoftheQingshuiheriverbasinisintroduced.Thehydrologicelements,waterresourcesamountandwaterresourcesqualityarecomprehensivelyevaluatedbyusingthehydrologicobservationdata.Thewaterre-sourcescharacteristicsofthebasinarealsoanalyzed.【期刊名稱】《寧夏農(nóng)林科技》【年(卷)，期】2015(000)003【總頁數(shù)】5頁(P43-46,50)【關(guān)鍵詞】清水河流域;水資源評價;水文要素【作者】包淑萍;馬云;王生鑫【作者單位】寧夏水文水資源勘測局，寧夏銀川750001;寧夏水文水資源勘測局，寧夏銀川750001;寧夏水文水資源勘測局，寧夏銀川750001【正文語種】中文【中圖分類】TV213.4清水河是寧夏境內(nèi)流入黃河的最大一級支流，流域內(nèi)約80%的面積為中部干旱帶，也是寧夏中南部地區(qū)典型的〃老、少、窮”地帶，被列入新一輪國家14個集中連片特殊困難地區(qū)。沒有中南部地區(qū)的小康，就沒有寧夏的小康，為全面建成小康社會，寧夏回族自治區(qū)黨委、政府提出在清水河沿線集中布局產(chǎn)業(yè)園區(qū)，打造產(chǎn)業(yè)走廊，為中南部地區(qū)長遠(yuǎn)發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)，盡早實現(xiàn)全面小康社會的目標(biāo)。但清水河流域嚴(yán)重的水土流失和水資源匱乏，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)落后、人民群眾生活貧困的主要原因，也是制約全流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素之一，因此打造沿清水河產(chǎn)業(yè)走廊，首先要解決水的問題。全面分析評價清水河流域現(xiàn)狀水資源情況，對了解掌握區(qū)域水資源承載能力，緩解水資源供需矛盾，確保清水河產(chǎn)業(yè)走廊水資源的有效供給，保障清水河產(chǎn)業(yè)走廊規(guī)劃的順利實施具有重要意義。清水河是寧夏境內(nèi)直入黃河的最大一級支流，發(fā)源于固原市原州區(qū)開城鄉(xiāng)黑刺溝腦，全長320km，在寧夏境內(nèi)流經(jīng)固原市的原州區(qū)、西吉縣，中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)、中寧縣、海原縣，吳忠市同心縣、紅寺堡區(qū)等7個縣（區(qū)）。地理位置在東經(jīng)105。00'~107。07',北緯35。36'~37。37'之間。河源海拔2489m,河口1190m，河道平均比降1.49%。。流域面積總面積14481km2，其中甘肅境內(nèi)面積為970km2，寧夏境內(nèi)面積為13511km2。1.1地形地貌及土壤植被清水河全流域地處黃土高原的西北邊緣，地勢南高北低，地貌以黃土覆蓋的丘陵為主，河谷為清水河沖洪積河谷漫灘，地形南高北低，山地海拔為1500-2000m,由于受水流切割，形成了川、臺、塬、梁、峁等地貌。漫灘為第四系松散沖洪積物，含少量砂壤土、角礫。清水河流域西南為月亮山、西華山、南華山、六盤山等石質(zhì)中等切割的褶皺中，海拔在2000m以上，構(gòu)成清水河和葫蘆河、涇河的分水嶺帶。清水河?xùn)|有云霧山、炭山、鳳臺山等剝蝕殘山，呈南北向斷續(xù)分布于黃土丘陵之中。地形分布：山區(qū)占總面積的4%,山麓丘陵占34%，黃土丘陵區(qū)占48%，河谷川臺區(qū)占14%。清水河流域土壤以灰褐土、黑壚土、灰鈣土為主要地帶性土壤，新積土、黃綿土、草甸土、鹽土等在流域內(nèi)也有少量分布。流域天然植被以干草原類型為主，干草原主要建群種植物有叢生小禾草長芒草、短花針茅、糙隱子草、大針茅，半灌木茭蒿，小半灌木百里香、牛枝子、冷蒿，旱生雜類草有漠蒿、阿爾泰狗哇花、星毛委陵菜等。人工植被以糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物為主，林果類較少。1.2氣候特征清水河流域?qū)贉貛О敫珊禋夂騾^(qū)，年均氣溫6.2°C，最冷處即開城鎮(zhèn)的黑刺溝腦，最熱處為北端的三營，7月份氣溫最高、平均氣溫18.7C,1月份氣溫最低、平均氣溫-8.4C，極端最高氣溫34.6C，極端最低氣溫-28.1C。光能資源豐富，多年平均日照時數(shù)2500h以上，無霜期120~140d。春季氣溫多變，夏季短暫涼爽，秋季降溫迅速，冬季寒冷漫長。風(fēng)季多集中在春秋兩季，風(fēng)向以西北風(fēng)為主；夏季多東南風(fēng)；春季風(fēng)最多，最大風(fēng)速14.9m/s，多年平均風(fēng)速2.8m/s。最大凍土層厚度1.1m。流域自然災(zāi)害頻繁，以春末夏初的干旱、春秋季的霜凍、夏季的暴雨和冰雹等為主要災(zāi)害。尤以干旱造成的損失最為嚴(yán)重，春旱、夏旱經(jīng)常發(fā)生，而且有時出現(xiàn)秋旱或春夏秋連旱。旱災(zāi)不僅影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且使人畜飲水困難程度加劇。1.3河流水系及河道特征清水河流域面積大于500km2的支流共有8條：左岸支流有東至河、中河、莧麻河、西河、金雞兒溝、長沙河6條；右岸有雙井子溝、折死溝2條。右岸其他面積較大支流主要有楊達(dá)子溝、大紅溝、洪泉溝等。1.4經(jīng)濟(jì)社會概況清水河流域共涉及固原市的原州區(qū)、西吉縣，中衛(wèi)市的沙坡頭區(qū)、中寧縣、海原縣，吳忠市的同心縣、紅寺堡區(qū)共4縣3區(qū)，2012年總?cè)丝?36.18萬人，其中農(nóng)業(yè)人口111.22萬人，城鎮(zhèn)人口24.96萬人。地區(qū)生產(chǎn)總值67.82億元，其中第一產(chǎn)業(yè)17.15億元，第二產(chǎn)業(yè)中一般工業(yè)12.78億元、建筑業(yè)11.39億元，第三產(chǎn)業(yè)26.50億元。流域2012年總灌溉面積為82453.33hm2，其中固海揚水灌溉面積45313.33hm2，固擴(kuò)揚水面積20033.33hm2，機(jī)井灌溉面積11460hm2，水庫灌溉面積5646.67hm2，2012年糧食總產(chǎn)量75.53萬t。1.5水利工程情況清水河流域現(xiàn)狀共有水庫118座，其中中型水庫16座，?。ㄒ唬┬退畮?2座，小（二）型水庫50座。水庫中除原州區(qū)的賀家灣水庫和海子峽水庫供生活、工業(yè)用水外，其他水庫主要功能是灌溉、防洪。流域共建有骨干壩92座，骨干壩主要以攔泥淤地防洪為主，目前骨干壩蓄水主要為周邊小型灌區(qū)補(bǔ)充灌溉，有洪水全部攔蓄。流域有農(nóng)業(yè)灌溉機(jī)井996眼，單井灌溉面積5.33~10.00hm2，主要分布于清水河沖積平原及山間洼地，受地形、地貌因素影響，其特點主要表現(xiàn)為分散、零碎、獨立性較強(qiáng)，集中連片較少。清水河流域揚水工程包括固海揚水工程和固海擴(kuò)灌工程。固海揚水灌區(qū)現(xiàn)有泵站21座，設(shè)計流量28.5m3/s，總凈揚程342.74m，設(shè)計灌溉面積41200hm2,現(xiàn)狀灌溉面積45313.33hm2。固海擴(kuò)灌工程設(shè)計灌溉面積16666.67hm2，現(xiàn)狀實灌面積為20033.33hm2。清水河流域現(xiàn)狀共有集中式飲水工程260處，受益人口95.5萬人。清水河流域引調(diào)水工程主要有寧夏固原地區(qū)（寧夏中南部）城鄉(xiāng)飲水安全水源工程、東山坡供水工程、固東引水工程以及固西引水工程。清水河流域城市水源地主要有原州區(qū)的海子峽水庫、彭堡水源地、三里鋪水源地、同心縣小洪溝水源地、海原縣五橋溝水源地2.1降水清水河流域多年平均降水量45.3億m3，平均降水深335mm。降水量時空分布不均，區(qū)域降水量為200-605mm，由南向北遞減。年際變化較大，變化在0.20~0.35。據(jù)1956-2011年實測資料分析，流域平均年最大降水量為605mm（1964年），最小為200mm（1982年），年際變化相差3倍。流域20%保證率降水量為405mm，75%保證率降水量273mm，95%保證率降水量為206mm。清水河流域多年平均及不同保證率降水量見表1。流域降水年內(nèi)分配不均，具有明顯的季節(jié)性，年內(nèi)降水量主要集中在6~9月份，占全年降水量的70%以上。清水河流域1956—1970年流域內(nèi)年平均降水深為453mm;1971—1980年為403mm;1981—1990年為409mm;1991—2000年為384mm;2001—2011年為382mm,較1956—2011年流域內(nèi)年平均降水量411mm偏小7%。根據(jù)各時段降水量資料分析，近年來清水河流域多年平均降水深呈減少的趨勢。2.2蒸發(fā)清水河流域多年平均水面蒸發(fā)量1271mm（E601型蒸發(fā)皿），水面年蒸發(fā)量171.79億m3。水面蒸發(fā)的年際變化較小，一般不超過20%。水面蒸發(fā)年內(nèi)變化較大；11月至翌年3月為結(jié)冰期，蒸發(fā)量小，蒸發(fā)量占全年的20%左右。水面蒸發(fā)量最小月一般出現(xiàn)在氣溫最低的12月和翌年1月；春季風(fēng)大氣溫較高，蒸發(fā)量增大，4~6月蒸發(fā)最為旺盛，蒸發(fā)量可占全年的40%左右，其中5月份是山區(qū)夏糧作物主要生長需水期，這期間水面蒸發(fā)量最大，使山區(qū)旱情發(fā)生頻繁。7~8月氣溫顯著升高，但相對濕度大，風(fēng)速小，蒸發(fā)量較4~6月小，占全年的25%左右。9、10月份隨氣溫的下降，水面蒸發(fā)逐漸減少，蒸發(fā)量占全年的15%左右。區(qū)域多年平均水面蒸發(fā)月分配情況見表2。2.3徑流量清水河流域多年平均年降水深335mm，年徑流量1.886億m3，年徑流深14.0mm，年徑流系數(shù)0.04。清水河流域地表徑流主要來源于大氣降水，徑流的空間分布趨勢與降水大體一致，由南向北逐漸減小，變化幅度相差較大。徑流年內(nèi)變化：徑流的季節(jié)變化與降水的季節(jié)變化關(guān)系十分密切。由于70%的降水集中在汛期6~9月，因此，徑流主要集中在汛期內(nèi)。冬季（11月至翌年3月）由于降水較少，徑流主要靠地下水補(bǔ)給。8月份徑流量最大，占年徑流量的23.4%~31.7%,1月份最小。夏糧作物主要生長期的4~6月份徑流量，占年徑流量的14.1%~17.4%，不利于作物生長；汛期由于暴雨集中，降水強(qiáng)度大，往往產(chǎn)生局部暴雨洪水，引起局地洪災(zāi)，年徑流量月分配的不均勻性比降水量還大。年際變化：徑流量年際變化主要取決于年降水的變化，還受流域地貌、地質(zhì)等條件的影響。清水河流域徑流量年際變化大，固原水文站實測徑流量極值比為23.4,韓府灣站為36.3，泉眼山站為22.4（表3）。代表站不同頻率徑流量見表4。2.4泥沙清水河流域?qū)冱S土丘陵溝壑區(qū)，是水土流失較大的地區(qū)之一，尤其是楊達(dá)子溝、大紅溝、石井子溝流域?qū)俚湫偷狞S土丘陵區(qū)，楊達(dá)子溝、大紅溝多年平均輸沙模數(shù)在6000t/km2左右，石井子溝多年平均輸沙模數(shù)在8000t/km2左右。清水河干流、東至河上游主要為土石山區(qū)，輸沙模數(shù)相對較小，為1700-5000t/km2,從南向北逐漸增大。上游固原站實測平均輸沙模數(shù)1900t/km2，最大年輸沙模數(shù)11330t/km2（1973年）；中游控制站韓府灣站實測多年平均輸沙模數(shù)2740t/km2，最大年輸沙模數(shù)13860t/km2（1995年）。輸沙量年內(nèi)分配極不均勻，其中絕大部分集中在汛期6-8月，占90%左右，7~8月的輸沙量占全年的70%以上，高含沙水流與汛期暴雨洪水有直接關(guān)系；非汛期含沙量很小，11月至翌年2月水清。代表站年輸沙量最大、最小統(tǒng)計見表5。3.1地表水資源清水河是寧夏直接入黃河的最大支流，水文特點是水少、沙多、水土流失嚴(yán)重，反映出干旱、半干旱河流特征。清水河流域多年平均地表水資源量1.886億m3,50%、75%、85%、90%、95%的地表水資源量分別為1.393億m3、0.641億m3、0.394億m3、0.273億m3、0.149億m3。年徑流深自上游至下游為3.0~105.0mm，全河多年平均徑流量2.02億m3（區(qū)內(nèi)1.886億m3），區(qū)內(nèi)平均徑流深14.0mm，年產(chǎn)水模數(shù)1.40萬m3/km2。韓府灣水文站以上區(qū)內(nèi)面積4742km2，占全河面積的三分之一；多年平均徑流量1.37億m3，占全河總水量的三分之二以上。徑流量年際年內(nèi)變化大，全河變差系數(shù)0.40。歷年最大年徑流5.40億m3（1964年），最小0.883億m3（1987年），最大最小倍比達(dá)6.1。汛期6~9月平均徑流量占全年的72.9%。多年平均各月最大徑流量在8月，占全年31.7%;最小為1月，占全年的1.7%;月最大、最小之比達(dá)18.6。3.2不同水質(zhì)地表水資源量清水河流域地表水水質(zhì)總體良好，年徑流量1.886億m3，年徑流深14.0mm,年徑流系數(shù)0.04，其中礦化度M<2.0g/L徑流量0.655億m3，占總徑流量的34.7%;礦化度M在2.0-5.0g/L徑流量0.720億m3，占總徑流量的38.2%;礦化度M>5.0g/L徑流量0.511億m3，占總徑流量的27.1%。3.3地下水資源清水河流域地下水資源主要貯存于清水河河谷平原。清水河平原河谷潛水主要接受降水入滲補(bǔ)給、東西兩側(cè)地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給及清水河地表徑流入滲補(bǔ)給。排泄途徑主要有人工開采、地下徑流方式向區(qū)夕卜排泄。地下水從南向北徑流，西部地下水由南西向東徑流，南西部山前地帶水力坡度大徑流強(qiáng)，向北至別家莊、候家磨水力坡度逐漸變緩，徑流強(qiáng)度變?nèi)?。承壓水主要接受山前?cè)向徑流補(bǔ)給、潛水越流補(bǔ)給，以人工開采和地下水徑流方式排泄。一般在7、8月份雨季后不久，開采井水位上升，水量變大；但在每年4、5月份水位埋深增大，水量也相應(yīng)變小，所以每年4、5月為枯水期，說明地下水的動態(tài)變化具有明顯的季節(jié)性變化特征，受大氣降水的影響較為明顯，并且和井灌區(qū)開采有很大關(guān)系。地下水動態(tài)的主要因素是大氣降水和人工開采，動態(tài)特征屬于入滲一徑流一開采型。經(jīng)分析評價清水河流域地下水資源量7960萬m3，地下水水資源主要集中在原州區(qū)、海原縣。3.4地下水可開采量地下水可開采量是指在可預(yù)見的時期內(nèi)，通過經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的措施，在不引起生態(tài)環(huán)境惡化條件下從含水層獲取的最大水量。確定平原區(qū)地下水可開采量除了考慮地下水水質(zhì)、開采條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)措施外，還要考慮開采后地下水水位下降不致引起生態(tài)惡化；山丘區(qū)地下水可開采量考慮山區(qū)地下水開采條件、水質(zhì)、實際開采情況、開采后對環(huán)境的影響等。清水河流域地下水開采主要集中在清水河河谷平原。清水河流域地下水資源量7960萬m3，地下水可開采量4944萬m3。3.5水資源總量水資源總量是指境內(nèi)當(dāng)?shù)亟邓纬傻牡乇砗偷叵庐a(chǎn)水量，即地表徑流量與降水入滲補(bǔ)給量之和，不包括外來水量。水資源總量計算公式：為水資源總量；為河川徑流量；為地下水資源量為河川基流量，是山丘區(qū)地表水資源與地下水資源量之間的重復(fù)量，對于此次評價即為山丘區(qū)地下水資源量。利用上式計算得清水河流域多年平均水資源總量1.886億m3，多年平均產(chǎn)水模數(shù)1.4萬m3/km2。清水河流域地下水資源量是河川基流量，也是與地表水資源量之間的重復(fù)計算量。3.6地表水資源可利用量由于清水河流域地處干旱半干旱地區(qū)，地表水資源量較少，各河道經(jīng)常出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，可利用量估算不考慮河道內(nèi)生態(tài)需水量，用下式計算：清水河把口站——泉眼山水文站有較完整可靠的天然徑流量和實測徑流量系列，且其水資源開發(fā)利用程度相對較高，采用10年中汛期最大的耗水量，作為控制汛期洪水下泄的水量。清水河汛期一般出現(xiàn)在6~9月，按6~9月統(tǒng)計分析汛期洪水量。經(jīng)過統(tǒng)計分析年清水河流域耗水量中，1991年最大，其汛期（6~9月）耗水量為3555萬m3。將該年汛期耗水量作為控制利用洪水的最大水量。采用泉眼山站汛期天然水量系列，扣除泥沙淤積量，得出汛期洪水量系列。汛期洪水量中大于的部分作為難于控制利用的洪水量，汛期洪水量小于或等于，則下泄洪水量為0。根據(jù)算出的下泄洪水量系列，計算多年平均汛期難于控制利用的洪水量，最后得出的清水河多年平均汛期難于控制的洪水量為6969萬m3。用清水河多年平均天然地表水資源量扣除河道內(nèi)最小生態(tài)需水量0.1886億m3,再扣除汛期難于控制的洪水量，計算出清水河多年平均情況下地表水資源可利用量為1.001億m3。75%、95%保證率地表水可利用量分別為0.694億m3、0.423億m（3表6）。3.7近10年來水情況分析清水河流域控制站泉眼山水文站1956—2000年平均天然徑流量20209萬m3,1956—2012年平均天然徑流量18667萬m3,1956—2012年系列較1956—2000年系列均值偏少7.6%。近10年平均來水量11649萬m3，較多年均值（1956—2012）偏小37%。1956—2012年資料系列計算，，泉眼山站近10年相當(dāng)于85%的來水頻率，屬于偏枯年份。4.1地表水資源質(zhì)量清水河流域地表水資源量少、質(zhì)差、區(qū)域分布不均，年際變化大且年內(nèi)分配不均，開發(fā)利用難度大，突出表現(xiàn)為：水資源量少、礦化度高、天然水質(zhì)差、含沙量大，難以利用。清水河流域內(nèi)苦水分布廣，含鹽量高，清水河流域礦化度一般2.0~7.0g/L,最高達(dá)19g/L;1.886億m3地表水資源量中，礦化度M小于2g/L的0.655億m3,2~5g/L的0.720億m3，大于5g/L的0.511億m3。清水河水系苦咸水分布廣泛，2.0g/L<M<5.0mg/L的咸水面積占全河的38%,礦化度5.0mg/L以上苦水面積占全河的57%。pH值自上而下逐漸增大，年均值自7.3遞增至8.1。由于清水河流域面積大，沿程有8條不同水質(zhì)的支流匯入，使得清水河上、中、下游水質(zhì)變化較大。清水河源頭至原州區(qū)以上上游河段，無較大支流匯入，天然水質(zhì)尚好，pH年均值在7.3~7.6變化，礦化度年均值在800~900mg/L變化；原州區(qū)至韓府灣中游河段，沿途有冬至河、中河、莧麻河、雙井子溝匯入，pH年均值在7.6~7.7變化，礦化度年均值在1.42~9.73g/L變化；韓府灣至泉眼山下游河段，沿途有折死溝、西河、金雞兒溝、大沙河等較大支流匯入，pH年均值在7.7~8.1變化，礦化度年均值在9.73~10.20mg/L變化。4.2地下水資源質(zhì)量清水河流域地下水礦化度高，水質(zhì)差，開采條件地區(qū)差異很大。清水河流域地下水資源量7960萬m3，其中礦化度M<2g/L的地下水資源量4160萬m3，礦化度M為2~5g/L的地下水資源量1702萬m3，礦化度M>5g/L的地下水資源量2098萬m3。清水河流域多年平均地下水資源量0.796億m3。上游的寧南山區(qū)地下水資源量1870萬m3，礦化度都小于2g/L;下游的香山東南坡地下水資源量460萬m3,礦化度在2g/L以下；清水河流域的黃土丘陵區(qū)地下水資源量5630萬m3，礦化度小于2g/L地下水資源量1830萬m3，礦化度在2~5g/L的地下水資源量1702萬m3，礦化度大于5g