白洋淀入淀水量的變化

白洋淀入淀水量的變化

白洋淀是被稱為“中國北方珍珠”的白洋淀。在過去的50年里，她經(jīng)歷了雨季的豐水和干燥，60年代的干淀（如果醫(yī)院的水位小于6.5m，則為干淀和大沽高度）。20世紀(jì)70年代，干燥時(shí)間持續(xù)增長，直到1988年才恢復(fù)。20世紀(jì)90年代，干淀（2005年未干）等不同時(shí)期的干淀水量發(fā)生了很大變化。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來,由于氣候、降雨以及流域水資源開發(fā)利用等多種因素的綜合作用和影響,干淀頻繁,幾乎年年干淀。隨后及時(shí)采取人工補(bǔ)淀措施,除本流域上游水庫調(diào)水補(bǔ)淀外,又先后實(shí)施了“引岳濟(jì)淀”和“引黃濟(jì)淀”跨流域調(diào)水補(bǔ)淀方案,才使白洋淀未出現(xiàn)連續(xù)長年干淀現(xiàn)象。五十多年的入淀水量系列反應(yīng)了白洋淀水資源變化,因此,有必要對白洋淀入淀水量及影響因素進(jìn)行分析,為今后合理利用水資源和調(diào)水補(bǔ)淀提供科學(xué)依據(jù)。1河流入淀水量和淀區(qū)降水量的影響白洋淀作為華北最大的淺湖濕地,上游受南、西、北三面呈扇形分布的潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、萍河、白溝引河等八條河流入淀水量和淀區(qū)降雨量及上游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量人民生活的影響。80年代后又受人工調(diào)水的影響。1.1降水量的變化特征從上世紀(jì)50年代以來,流域降雨量有減少趨勢,與多年同期相比,70年代后降雨量均有所減少。20世紀(jì)五十年代(1956~1959年)全市處于豐水期,平均年降水量比多年平均值偏大28%;六十年代(1960~1969年)偏豐,平均降水量比多年系列均值偏大6%;七十年代(1970~1979年)為平水期,平均降水量比多年均值偏小1%;八十年代(1980~1989年)處于枯水期,平均降水量比多年系列均值偏小11%;九十年代(1990~2000年)接近平水年,平均降水量比多年均值偏小4%;進(jìn)入21世紀(jì)初(2001~2008年)處于枯水期,平均降水量比多年平均偏小14%。流域年降水量變化趨勢柱狀圖見圖1。流域降水量具有年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。全年降水量的80%左右集中在汛期(6~9月),而汛期的降水量又集中在7月下旬至8月上旬的幾場大雨。整個(gè)非汛期八個(gè)月的降水量只占全年降水量的20%左右,特別是一些大水年份,降水量更加集中,例如,司倉站1963年最大7天降水量占全年降水量的81%。降水量的年際變化比較大,年降水量變差系數(shù)Cv值在0.2~0.5之間。中南平原地區(qū)降水量變化幅度較大,實(shí)測最大與最小之比在3以上。據(jù)保定站降水統(tǒng)計(jì),1954年全年雨量1316.8mm,相當(dāng)于1975年全年雨量202.4mm的6.5倍;西北部山區(qū)降水量變幅略小,最大最小之比在2~3之間。1.2豐水年降水量白洋淀淀區(qū)和流域降雨分布基本一致,1956~2008年多年平均降水量502.8mm。降水量年內(nèi)分配極不均勻,每年汛期6~9月份降水量占全年降水量的80%,枯季10~5月份降水量僅占全年降水量的20%;年際間變化也很大,豐水年的1977年平均降水量為888mm,枯水年的1962年平均降水量為269mm,豐枯年降雨量比為3.3。白洋淀淀區(qū)不同月份多年平均降水量見圖2。從總體上說,由于流域降水有減少趨勢,入淀水量肯定有減小趨勢。但由于降雨量年際變化大,不排除個(gè)別年份入淀水量較大的情況。1.3入出淀水量隨時(shí)間的變化對白洋淀入淀水量起決定作用的是自然條件。此外,人類活動(dòng)的影響也是白洋淀入淀水量變化的重要因素。人類活動(dòng)的影響主要體現(xiàn)在白洋淀流域以上水資源開發(fā)和利用上。從1960年起上游幾座大型水庫就開始發(fā)作用,攔截和減少了河道徑流量,增加了蒸發(fā)、滲漏量等水量損失,改變了天然徑流過程。山區(qū)徑流占流域徑流總量的95%以上。由于白洋淀上游的近百座大中小水庫控制了山區(qū)面積的58%,大部分地表水被攔蓄,因而一般年份幾乎無水入淀。1970年新蓋房樞紐建成后,入淀水量基本上靠白溝引河引拒馬河水維持,自2004年“北京截流引拒工程”實(shí)施以后,拒馬河年入淀量急劇減少,并至完全無水入淀,此后所有入出淀水量均由人為控制。白洋淀入出淀水量年際間變化也很大,多年平均入淀量為9.08億m3,多年平均下泄量7.25億m3,白洋淀只攔蓄平均來水量的20.0%;豐水年1964年最大入淀量為53.8億m3,最大下泄量51.2億m3,攔蓄量僅5%。流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)發(fā)展勢必造成用水量增加,以保定市為例,據(jù)2008年水資源公報(bào)統(tǒng)計(jì),2008年全市總供水量30.35億m3,其中地表水供水量2.73億m3,占總供水量的9.0%;地下水開采量27.44億m3,占總供水量的90.4%;2008年水澆地面積986萬畝,比建國初期增大到4倍,比1957年增加2倍。由于連年干旱,地表水可用量越來越少,基本上靠超采地下水。白洋淀上游流域的工、農(nóng)業(yè)及生活用水對白洋淀入淀水量都有影響,但程度不同。生活、工業(yè)用水80%以上會(huì)以污水的形式重新回到用水區(qū)域,只是被污染,所以對生活及工業(yè)用水,關(guān)鍵問題是治理污染;但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水是一種純消耗性用水,而且所占比例較大,上世紀(jì)80年代以來,糧食產(chǎn)量大幅度提高,但水分生產(chǎn)效率基本沒變,這是造成白洋淀上游流域產(chǎn)流較少、入淀水量減少的重要原因。2計(jì)算入淀水量的方法2.1入淀水量平衡公式由于1980年以前,白洋淀上游各河道入淀控制站點(diǎn)少,故根據(jù)水量平衡原理,反推入淀水量。水量平衡公式如下:Qˉˉˉ=qˉ+△V△tQˉ=qˉ+△V△t式中:QˉˉˉQˉ為時(shí)段入淀水量;qˉqˉ為時(shí)段出淀水量(包括白洋淀下泄量、周邊用水量、淀內(nèi)用水量及蒸發(fā)滲漏量);△V為白洋淀蓄變量;△t為時(shí)段(月)。2.2水質(zhì)、水量分析計(jì)算1981年,保定水文水資源勘測局在上游各河道入淀口建成入淀巡測站7處,并開始進(jìn)行過水量監(jiān)測。利用1981年以來的實(shí)測入流資料,白洋淀水位、淀區(qū)降雨資料和歷次補(bǔ)水資料進(jìn)行分析計(jì)算。白洋淀不同年代入淀量情況詳見表1。3水庫沿邊一湖五段的演變白洋淀入淀水量包括天然入淀量,上游水庫補(bǔ)水量,跨流域調(diào)水入淀量三種情況。白洋淀歷年實(shí)際來水條件,前后有較大變化,1960年以前上游無控制工程,呈自然狀態(tài),1960年后陸續(xù)建成的多座水庫對上游來水起了攔蓄作用,1970年開辟白溝引河,增加了北支入淀水源,1981年以來又增加了上游水庫補(bǔ)水量和跨流域調(diào)水入淀量。再由于上游和周邊引用水量逐年增加,因此歷年實(shí)際來水條件是不同的。3.1年生態(tài)變化階段五、六十年代是白洋淀流域的豐水段,降雨量及徑流量較大,加之當(dāng)時(shí)出山口各大型水庫還沒有正常運(yùn)行,雖然僅靠大清河南支供水,但入淀水量也是比較大的。1956~1969年的14年間平均年入淀水量19.2億m3,年平均棄水量18.8億m3;進(jìn)入70年代,由于流域工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要,平枯水年需水量增加,白洋淀以上流域內(nèi)對水資源的開發(fā)利用,加之上游水庫的攔蓄,雖然開挖了白溝引河,北支各河的水量也能相繼入淀,但入淀水量還是急劇減少,開始出現(xiàn)連年干淀,1970~1979年的平均年入淀水量減少到11.46億m3,年平均棄水量減少到7.75億m3;特別是80年代,出現(xiàn)了連續(xù)枯水年,天然入淀水量更小,10年總?cè)氲砹恐挥?4.6億m3,年平均入淀量2.5億m3,年平均棄水量0.94億m3。期間1984、1985、1986連續(xù)3年入淀水量為0,使白洋淀連續(xù)5年干涸,淀區(qū)的生態(tài)平衡遭到嚴(yán)重破壞,1988年豐水年才使白洋淀重新蓄水。90年代遇偏豐年分,天然年平均入淀水量增大到5.65億m3,年平均棄水量也增大3.39億m3;進(jìn)入2000~2008年又遇連續(xù)枯水年分,天然年平均入淀水量僅0.52億m3,沒有棄水量。3.2水庫補(bǔ)水水質(zhì)為了防止白洋淀出現(xiàn)干淀,自1981年起,開始給白洋淀補(bǔ)水。歷屆河北省委、省政府和水利廳領(lǐng)導(dǎo)都非常重視這一問題?！拜斔鹊怼币呀?jīng)成為一項(xiàng)決策。至今輸水21次,輸水總量10.7億m3。其中,從1981~2006年,從上游王快、西大洋、安各莊水庫補(bǔ)水18次,共補(bǔ)水約6.35億m3;2004年2月實(shí)施了“引岳濟(jì)淀”,入淀水量1.59億m3;2006年11月又實(shí)施了“引黃濟(jì)淀”,補(bǔ)水量1.0億m3,經(jīng)半年后白洋淀水位又處于干淀水位以下,2008年1月再次實(shí)施“引黃濟(jì)淀”,補(bǔ)水量達(dá)1.58億m3,才使白洋淀持續(xù)不干。從表1中可以看出,白洋淀年平均補(bǔ)水量80年代僅0.07億m3,90年代年0.12億m3,21世紀(jì)初上升到0.83億m3。白洋淀補(bǔ)水量增多的原因是政府加大了補(bǔ)水力度,本流域上游水庫蓄水量嚴(yán)重不足時(shí),多次啟用跨流域引水所致。4雙累積曲線分析雙累積曲線法是進(jìn)行時(shí)間序列分析的一種常用方法,它的基本思路是兩個(gè)變量按同一時(shí)間長度逐步累加。一個(gè)變量作為橫坐標(biāo),另一個(gè)作為縱坐標(biāo),其拐點(diǎn)可作為分析變量階段性變化的依據(jù)。當(dāng)天然入淀水量只受降水變化而無其它因素影響時(shí),雙累積曲線應(yīng)為一條直線;當(dāng)受到人類活動(dòng)等其它因素影響時(shí),曲線將會(huì)發(fā)生偏移,偏移的程度反應(yīng)了人類活動(dòng)對徑流影響的劇烈程度。因此降水與天然入淀水量的雙累積曲線可以揭示人類活動(dòng)對天然入淀水量影響階段性變化。從圖3中可以看出,雙累積曲線在1979年和1996年有兩個(gè)明顯的拐點(diǎn),說明1960~2008年降水量與天然入淀水量關(guān)系存在階段性變化,據(jù)此分為三個(gè)階段,即:1960~1978年,1979~1995年,1996~2008年。對這三個(gè)階段進(jìn)行線性擬合,可以發(fā)現(xiàn)直線逐步向右偏,三條直線斜率由0.0247降低到0.05,再降到0.03。說明降水對白洋淀天然入淀水量的影響程度在減弱,人類活動(dòng)的影響程度在增加。從圖中還可看出,第一階段和第二階段點(diǎn)子比較散亂,相關(guān)系數(shù)比第三階段小,原因是受上游水庫蓄水、泄水等人為防汛調(diào)度所致;第三階段點(diǎn)子分布較好,相關(guān)系數(shù)大,是因期間上游水庫放水較少,入淀水量基本上是淀區(qū)直接降水量。5流域降水與天然入淀水量的關(guān)系(1)通過以上分析可知,受降水減少和人類活動(dòng)雙重影響,白洋淀天然入淀水量逐年減少,至21世紀(jì),除淀區(qū)直接降水外,幾乎無水入淀。相反,人工補(bǔ)淀水量逐年上升,年補(bǔ)淀量從幾千萬立方米上升到1億多立方米,從本流域擴(kuò)大到外流域調(diào)水補(bǔ)淀。(2)白洋淀本身調(diào)