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。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。整個非汛期八個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,實測最大與最小之比在3以上。據(jù)保定站降水統(tǒng)計,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,不排除個別年份入淀水量較大的情況。1.3入出淀水量隨時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,人類活動的影響也是白洋淀入淀水量變化的重要因素。人類活動的影響主要體現(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年水資源公報統(tǒng)計,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為時段入淀水量;qˉqˉ為時段出淀水量(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為時段(月)。2.2水質(zhì)、水量分析計算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。“輸水救淀”已經(jīng)成為一項決策。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月實施了“引岳濟(jì)淀”,入淀水量1.59億m3;2006年11月又實施了“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,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)行時間序列分析的一種常用方法,它的基本思路是兩個變量按同一時間長度逐步累加。一個變量作為橫坐標(biāo),另一個作為縱坐標(biāo),其拐點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,雙累積曲線應(yīng)為一條直線;當(dāng)受到人類活動等其它因素影響時,曲線將會發(fā)生偏移,偏移的程度反應(yīng)了人類活動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年有兩個明顯的拐點,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)此分為三個階段,即:1960~1978年,1979~1995年,1996~2008年。對這三個階段進(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)