大清河水系山丘區(qū)下墊面條件變化對洪水影響分析

1、大清河水系山丘區(qū)下墊面條件變化對洪水影響分析胡春景1胡春歧21.XX省南水北調(diào)工程建立管理局，XXXX050035;2.XX省水文水資源勘測局，XXXX050031摘要：隨著經(jīng)濟社會的迅速開展，人類活動對流域下墊面條件的影響不斷加劇，導(dǎo)致了流域入滲、蒸散發(fā)、徑流等水文要素發(fā)生了一定程度的變異，引起了流域產(chǎn)匯流特征的變化。以海河流域大清河水系山丘區(qū)為研究對象，在對流域下墊面條件進展調(diào)查分析的根底上，分析了下墊面條件對流域產(chǎn)匯流特征變化的影響，對流域下墊面條件變化影響下的洪水變化規(guī)律進展了分析和探討，為流域洪水系列一致性修正奠定了根底，為流域防洪規(guī)劃和管理提供了技術(shù)支撐，也為將來洪水預(yù)報方案的編制

2、提供了第一手資料。關(guān)鍵詞：山丘區(qū)；下墊面條件；洪水；影響引言隨著經(jīng)濟社會的迅速開展，人類活動對流域下墊面條件的影響不斷加劇，流域下墊面條件變化對流域產(chǎn)匯流規(guī)律產(chǎn)生了重要影響，從而引起徑流及洪水的變化?流域下墊面條件變化對不同區(qū)域及不同量級洪水的影響程度是不同的，其影響機理和影響程度的定量指標目前還沒有科學(xué)結(jié)論，尤其是對特大暴雨洪水以及流域規(guī)劃標準洪水是否有影響，各方面的認識還不一致20流域設(shè)計洪水是國家進展洪水調(diào)度及流域規(guī)劃的根底，而洪水成果的變化將直接影響流域規(guī)劃布局、資金投入及洪水調(diào)度方案等。從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，更多的是從水資源評價的需要出發(fā)，主要探討下墊面條件變化對年徑流量的影響，而下

3、墊面條件變化對于洪水過程影響的研究較少，這主要是洪水過程的影響因素及其變化規(guī)律更為復(fù)雜。為此，在對流域下墊面條件進展調(diào)查的根底上，通過歷史水作者簡介：胡春景1973一，男，XX故城人，大學(xué)，工程師，主要從事工程管理及水利調(diào)度方面的研究工作。文資料分析，探求流域下墊面變化對產(chǎn)匯流規(guī)律的影響，并分析其對徑流及洪水成果的影響程度是非常必要的。流域概況大清河水系是海河流域五大河系之一，位于東經(jīng)11340117。00、北緯38004000之間，流域總面積43060km2。大清河系地處溫帶半干旱大陸性季風氣候區(qū)，四季清楚，年平均氣溫7.6C13.1C。流域多年平均年降水量561mm,年降水量大局部主要集中

4、在78月份，而且常以暴雨形式出現(xiàn)。汛期69月降水量約占全年降水量的80%。受地形影響，年降水量在地區(qū)分布上以太行山迎風坡為高值區(qū)，一般在600750mm,背風坡降水量較少，一般在400500mm。流域暴雨多發(fā)生在西部太行山迎風坡，由于地形陡峻，土層覆蓋薄，植被較差，呈扇形分布的眾多支流河道源短流急，匯流時間很短，洪水陡漲陡落，洪峰高，歷時短，洪量非常集中，極易造成洪澇災(zāi)害。所以，大清河水系歷年都是海河流域防汛的重點地區(qū)之一，防洪任務(wù)極其艱巨。下墊面條件變化及其對洪水影響機理分析流域下墊面條件是指流域地質(zhì)、地貌、植被、土壤等自然地理條件及土地利用等人為因素的綜合體。人類活動造成的流域下墊面條件變

5、化主要包括土地利用和土壤包氣帶的變化。為此，本次主要對流域代表區(qū)的土地利用及地下水位變化情況進展調(diào)查分析，并提醒其對洪水的影響機理。代表區(qū)的選擇及代表性分析根據(jù)大清河水系山丘區(qū)流域的實際情況，本次研究選擇了三個代表區(qū)，即大清河水系北支山區(qū)紫荊關(guān)以上流域、南支山區(qū)阜平以上流域以及丘陵區(qū)龍門水庫以上流域。紫荊關(guān)以上流域位于大清河水系北支拒馬河上游，控制面積1760km2。多年平均水量650mm,其洪水主要產(chǎn)自汛期暴雨，洪水暴漲暴落，紫荊關(guān)水文站實測最大洪峰流量為4490m3/s1963年，其流域自然地理特性和產(chǎn)匯流條件在大清河水系北支山區(qū)具有較好的代表性30阜平以上流域位于大清河水系南支沙河上游，

6、控制面積2210km2。流域多年平均降水量630mm,阜平水文站實測最大洪峰流量3380m3/s1963年，其流域自然地理特性和產(chǎn)匯流條件能反映南支山區(qū)的根本情況，代表性較強。龍門以上流域位于大清河水系南北支交匯處漕河中游，控制面積470km2。流域?qū)偬猩奖倍螙|麓丘陵區(qū)，流域多年平均降水量600mm,水庫最大入庫流量為3790m3/s1963年,其流域自然地理特性和產(chǎn)匯流條件能反映大清河水系丘陵區(qū)的根本情況，具有較好的代表性。研究分期的界定本次對紫荊關(guān)、阜平、龍門三個代表區(qū)1956年2005年的徑流量進展復(fù)原計算，繪制了年降水量與天然徑流量相關(guān)圖，詳見圖1。從圖中可以看出，1980年前、后的

7、點據(jù)具有明顯的分帶性。通過分析，認為1980年可作為下墊面條件明顯變化的分界點。因此，本次研究劃分為1956年1979年和1980年2005年兩個時期abca紫荊關(guān)；b阜平；c龍門Fig.1CorrelationpatternofannualprecipitationandrunoffinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin土地利用情況調(diào)查選用1979年為1980年以前代表年，2005年為1980年以后代表年，對代表區(qū)流域的土地利用變化情況進展調(diào)查分析。經(jīng)調(diào)查，1979年、2005年的紫荊關(guān)、阜平、龍門三個代表區(qū)的土地利用情況如表1。表1大清河

8、水系山丘代表區(qū)1979年、2005年土地利用類型變化分析表Table1Land-utilizedtypeof1979&2005inhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin紫荊關(guān)土地類型凈增面積凈增面積占總凈增面積凈增面積占總凈增面積凈增向積占總2、km面積比例（）2、km面積比例（）2一.一一.km面積比例（）耕地35.22.0047.92.2811.22.38林地-62.1-3.53-76.9-3.59-11.5-2.45草地22.71.2926.81.210.00.00水域0.00.00-2.9-0.13-19.5-4.15建立用地4.20.2

9、45.10.2319.84.21由表可見，代表區(qū)的土地利用處于開發(fā)活動期，城鎮(zhèn)用地持續(xù)增加；非城鎮(zhèn)用地類型之間存在明顯的構(gòu)造調(diào)整，主要表現(xiàn)為水體和林地的減少以及耕地面積的增加地下水位埋深調(diào)查分析由于北方水資源短缺，地下水嚴重超采，造成地下水位持續(xù)下降。據(jù)調(diào)查，大清河水系山丘區(qū)地下水埋深由20世紀80年代前的5m左右下降至目前的10m左右，在丘陵和盆地區(qū)域地下水埋深可達2030m。影響機理分析1林地變化的影響森林具有調(diào)節(jié)氣候、修養(yǎng)水源、保持水土和防風固沙等作用，森林對徑流及洪水的影響主要表現(xiàn)在兩個方面:調(diào)節(jié)年徑流的分配，增加枯季徑流流量，減少汛期流量；削減洪峰流量，推遲洪水的匯流時間6”。2耕地

10、變化的影響耕地能增加土壤的入滲量，降低汛期的徑流量，從而削弱洪峰流量。但當洪水水量超過一定的限度時，對洪水的影響相對減弱9。3道路建立與城市化的影響由于城市化，大面積的天然植被和農(nóng)業(yè)耕地被住宅、街道、公共設(shè)施、商業(yè)用地及廠房等建筑物代替，降雨后，截留填洼、下滲的損失量很小，導(dǎo)致雨洪徑流及洪峰流量增大，峰現(xiàn)時間提前，行洪歷時縮短，洪水總量增加10。4地下水埋深的影響地下水位下降，使得流域包氣帶增厚，地下土層的有效儲水空間增大，包氣帶在降雨過程中蓄滿的可能性相對減少，造成降雨入滲量增大，直接導(dǎo)致徑流的減少13。流域產(chǎn)匯流參數(shù)變化趨勢分析產(chǎn)流參數(shù)變化趨勢分析采用歷史實測水文資料，對山丘代表區(qū)流域下墊

11、面條件變化導(dǎo)致的流域產(chǎn)流參數(shù)變化趨勢進展分析。1流域最大蓄水容量流域最大蓄水容量Wm是指包氣帶中影響土層的最大蓄水容量?，F(xiàn)采用實測歷史水文資料和水量平衡方法進展分析11，分析成果如表2。成果說明，隨著經(jīng)濟社會的開展，人類活動造成流域下墊面條件發(fā)生較大變化，流域最大蓄水容量Wm1980年以后有所增大，增大幅度一般在10%-20%表2大清河水系山丘代表區(qū)流域最大蓄水容量Wm分析成果表Table2AnalysisresultsofWminhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin流域名稱紫荊關(guān)阜平龍門1980年前Wm均值mm1101101201980年后W

12、m均值mm130120140變化率18.29.116.72流域蒸散發(fā)流域蒸散發(fā)包括土壤蒸發(fā)、植物散發(fā)和水面蒸發(fā)。采用水文年資料系列當年6月1日至次年5月31日進展分析，經(jīng)分析，逐年流域蒸散發(fā)量變化趨勢不明顯。因流域蒸散發(fā)量與流域的濕潤程度有關(guān)，為此，對流域年蒸散發(fā)量與年降水量之間的關(guān)系進展分析，分析成果見表3。從表中可以看出，流域年蒸散發(fā)量與年降水量比值呈增大的趨勢，增幅一般在15%20%表3大清河水系山丘代表區(qū)流域年蒸散發(fā)量與年降水量比值分析成果表Table3Theratioofannualevaporatetoprecipitationinhilldistrictrepresentativ

13、eareaofDAQINGbasin流域名稱紫荊關(guān)阜平龍門1980年前均值mm70.271.578.61980年后均值mm83.486.391.7變化率18.820.716.73流域土壤含水量消退系數(shù)流域土壤含水量消退系數(shù)K折減率是反映流域土壤含水量因蒸散發(fā)而隨時間衰減的速度指標。采用氣象因子分析法對流域土壤含水量消退系數(shù)進展分析計算，其成果見表4,由表可知，流域土壤含水量消退系數(shù)1980年后較1980年前有所減小，但幅度不大,一般在5%以內(nèi)。Table4AnalysisresultsofKinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin流域名稱紫荊關(guān)

14、1980年前均值0.920.920.911980年后均值0.930.930.94變化率1.11.13.3匯流參數(shù)變化趨勢分析1單位線峰值采用Mann-Kendall秩次相關(guān)檢驗、線性滑動平均和線性回歸分析三種方法，對代表區(qū)流域的匯流單位線峰值進展分析。分析結(jié)論根本一致，流域匯流單位線峰值隨年代呈下降趨勢，峰值年下降率見表5。表5大清河水系山丘代表區(qū)流域匯流單位線峰值變化分析成果表Table5PeakvalueofUHinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin流域名稱紫荊關(guān)阜平龍門峰值年卜降率（）15.710.90.982流域洪水峰現(xiàn)時間采用Man

15、n-Kendall秩次相關(guān)檢驗、線性滑動平均和線性回歸分析三種方法，對代表區(qū)流域洪水的峰現(xiàn)時間進展分析。分析結(jié)果為，流域洪水峰現(xiàn)時間隨年代變化呈增長的趨勢。4降雨徑流相關(guān)程度變異分析采用歷史水文資料，對大清河水系三個山丘代表區(qū)的降雨徑流相關(guān)水文要素進展分析計算，建立降雨徑流相關(guān)關(guān)系12,詳見圖2。由降雨徑流相關(guān)圖可知，流域下墊面變化造成了降雨徑流相關(guān)程度的變異。經(jīng)分析，在較大暴雨洪水時，流域下墊面條件變化對徑流影響較小，影響幅度一般在-5%以內(nèi)；在中等程度暴雨洪水時，影響增大，影響幅度一般在-10%-20%,;在一般或較小暴雨洪水時，影響最大，影響幅度一般在-30%-60%。圖2大清河水系山丘

16、代表區(qū)1980年前、后降雨徑流相關(guān)圖a紫荊關(guān)；b阜平；c龍門Fig.2Correlationpatternofprecipitationandrunoffbefore1980&behindinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin5洪水特征變化趨勢分析洪量與洪峰變化分析以最大1d、3d、15d洪量及歷年最大洪峰等為研究對象，對1980年前、后的洪量及洪峰進展計算和分析，計算結(jié)果見表6。從表中可以看出，最大1d、3d、15d洪量及歷年最大洪峰流量在1980年前后變化均較大，且均呈減小趨勢，其變差系數(shù)那么均呈增大趨勢。表6大清河水系山丘代表區(qū)洪水特性

17、相關(guān)參數(shù)比照分析表Table6ParametervalueoffloodinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin站名紫荊關(guān)阜平龍門洪水要素1980年前1980年后1980年前1980年后1980年前1980年后1d洪量均值14026382529111611915973mCv值2.032.091.471.771.472.653d洪量均值265012165494222520341105m3Cv值1.952.011.381.601.402.6015d洪量均值308813526708269326561293m3Cv值1.901.961.361.521.

18、422.70洪峰均值318.8129.8511.7214.7330.6212.5m3/sCv值1.261.901.371.821.712.50洪水歷時與洪峰滯時變化采用歷史較大典型洪水資料，對1980年前后的洪水歷時、洪峰滯時進展分析計算，分析成果見表7。從表中可知，洪水歷時和洪峰滯時，1980年后較1980年前呈增大的趨勢。表7大清河水系山丘代表區(qū)洪水歷時與洪峰滯時分析成果表Table7Last-timeandlate-timeoffloodinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin站名紫荊關(guān)阜平龍門洪水要素1980年前1980年后1980年前

19、1980年后1980年前1980年后洪峰滯時h61812411116洪水歷時h79839913785956結(jié)論在對大清河水系山丘區(qū)流域下墊面條件進展調(diào)查的根底上，分析了下墊面條件變化對徑流及洪水的影響機理，對流域產(chǎn)匯流參數(shù)變化規(guī)律、降雨徑流相關(guān)程度以及洪水特征變化趨勢進展了分析，主要結(jié)論如下:120世紀80年代前后大清河水系山丘區(qū)土地利用發(fā)生了一定程度的變化，從而導(dǎo)致了流域下墊面條件發(fā)生變化。土地利用變化及土壤包氣帶的增厚是導(dǎo)致徑流及洪水減少的主要原因。2受流域下墊面條件變化，大清河水系山丘區(qū)洪水特性呈現(xiàn)出明顯的趨勢性變化特征，即1980年后與1980年前相比，不同時段的最大洪量及洪峰，均呈現(xiàn)

20、減小的趨勢。3由于流域下墊面的變化，導(dǎo)致了流域產(chǎn)匯流參數(shù)發(fā)生了一定程度的變化，降雨徑流相關(guān)程度發(fā)生了明顯變異。4經(jīng)研究分析，受流域下墊面條件變化影響，大清河水系山丘區(qū)在同樣降雨情況下，產(chǎn)生的洪水呈減小的趨勢。洪水的量級越大，減少的幅度越??；流域面積越大，減少幅度越大；在一樣降雨量級和流域面積相近的情況下，丘陵區(qū)洪水減少的幅度較山區(qū)為大。參考文獻:1X建云.中國水文科學(xué)與技術(shù)研究進展M.XX：河海大學(xué)，2004.2X學(xué)真，梁俊峰，胡安徭.人類活動對XX水文過程的影響分析，J,干旱區(qū)資源與環(huán)境.2007,21(10):98-102.3胡春歧，X惠霞，胡軍波.紫荊關(guān)以上流域下墊面條件變化對產(chǎn)匯流影響

21、分析，J,南水北調(diào)與水利科技.2021,5(1):50-52.4史培軍，宮鵬,等.土地利用/土地覆蓋變化研究的方法與實踐M.：科學(xué)，2000.5李昌峰，高俊峰.土地利用變化對水資源影響研究的現(xiàn)狀和趨勢J.土壤.20024：191-205.6范世香，裴鐵播，牛麗華，等.森林對地表徑流影響的模擬實驗初探.水科學(xué)進展，J，1992，(3):179182.AnanalysisonimpactingofalteredconditionofbasinCushiontofloodinhilldistrictofDAQINGbasinHuchun-qi1，Huchun-jing2(1.Hebeihydrology&waterresourcessurveybureau,HebeiShijiazhuang,PC050031;2.South-to-Northwaterdiversionconstruction&managementbureauofHebeiprovince，HebeiShijiazhuang,PC050035)Abstract:Inthewakeoftheswiftdevelopmentofeconomymunity,Mankin