山东省沂河流域的变迁及其驱动因子的分析.doc

山东省沂河流域的变迁及其驱动因子分析山东师范大学Shandong Normal University专业：环境科学学生姓名：环境本1002第一组指导教师：韩美老师完成时间：2020年1月26日课题：山东省沂河流域的变迁及其驱动因子的分析- 33 -山东师范大学 山东省沂河流域的变迁及其驱动因子分析目录摘要与关键字- 1 -1 引言- 2 -1.1 研究背景- 2 -1.2 研究目的及意义- 2 -2 沂河流域基本概况- 3 -2.1 沂河流域的自然地理特点- 3 -2.1.1 流域水文、水系特征- 3 -2.1.2 气候条件- 4 -2.1.2.1 年气候特点 - 4 -2.1.2.2 气候特点- 5 -2.1.3 地质地貌基础- 5 -2.2 沂河流域的社会经济概况- 6 -2.2.1 名称由来- 6 -2.2.2 历史渊源- 6 -2.2.3 对社会、经济的影响- 6 -2.2.3.1 作为饮用及灌溉水源- 6 -2.2.3.2 发展周边旅游业，建立水利风景区- 6 -3 沂河流域的变迁- 7 -3.1 河道的变迁- 7 -3.1.1 古代的沂河河道变迁- 7 -3.1.2 建国后80年代的沂河河道变迁- 7 -3.1.3 80年代现在的河道变迁- 8 -3.2 沂河的水文演变- 9 -3.2.1 年径流量的变化- 9 -3.2.2 径流深与径流系数的变化- 10 -3.2.3 洪峰流量变化- 11 -3.2.4 径流演变的阶段性- 12 -3.3 沂河水质的变化- 13 -4 驱动因子- 14 -4.1 自然因子及分析- 14 -4.1.1 气候因子- 15 -4.1.1.2 温度- 17 -4.1.2 地质- 18 -4.1.3 洪水- 19 -4.1.4 泥沙- 21 -4.2 人文因子及分析- 23 -4.2.1 水资源开发利用现状- 23 -4.2.2 沂河流域洪水资源开发利用情况- 24 -4.2.2.1 洪水资源开发利用的必要性、可行性、优越性- 24 -4.2.2.2 沂河流域利用现状- 24 -4.2.3 土地利用/覆被变化（LUCC）- 25 -4.2.4 环境污染对沂河流域的影响- 28 -4.2.4.1 工业点源污染- 28 -4.2.4.2 农业非点源污染方式- 28 -4.2.4.3 城镇化带来的集中生活污水- 29 -4.3 分阶段总结驱动因子- 29 -5 总结及展望- 30 -参考文献- 31 -山东省沂河流域的变迁及其驱动因子的分析环境本1002班第一组1、周舒燕，张芹，刘佳，李学，徐晓杰，叶世杰，刘沛沛，王少杰，王遥，段莎莎，王婷，杨洋摘要：沂河是淮河流域的重要河流，其下游为国家一级河流。本文主要根据沂河流域内近七十年的径流、环境的变化情况，探究其河道、水文、水质等方面的变迁历史，理清自然因子与人文因子对沂河流域变迁的影响。其中，沂河流域气候条件、地质条件的变化一定程度上控制着径流的演化，但随着人类活动的介入，降水对径流演变的影响控制作用逐渐被削弱。人类活动不仅包括兴建水利工程以达到保护水土、合理利用水资源等方面，也包括生产生活中产生的三废对该流域的负面影响。关键字：沂河流域；沂河流域的变迁；驱动因子Abstract: The Yi River is an important river in Huaihe River basin and the river downstream to the national level. This article is based on nearly 70 years of runoff in the Yi River basin,environmental changes , exploring its rivers, hydrology, water quality and other aspects of the change history, sort out natural factors and human factors on the Yi River watershed change impacts. Among them, changes in the climate and geological conditions in the Yi River basin control runoff evolution to some extent, but with the intervention of human activity, influence of precipitation on runoff evolution control gradually eroded. Human activities include not only the construction of water conservancy projects in order to protect soil and water, but other aspects of rational use of water resources , including waste generated in the production life of the negative effects of the basin.Key words: Yi River basin; The changes of Yi River basin; Driving factors1 引言1.1 研究背景沂河流域社会发展历史悠久，文化源远流长。它的地理位置特殊，自然条件复杂。上世纪80年达以来，沂河流域社会经济发展对水资源需求的日益增加，气候变化与人类活动的共同影响导致流域内水文情况与水质情况，以及流域的面积、形状等发生巨大的变化。1.2 研究目的及意义从历史地理学理论及区域历史地理研究而言，沂河流域历史地理具有重要的理论价值和学科建设价值。传统历史地理学研究中的“区域”一般以政区或以自然地貌单元为对象，这样的区域研究固然有其合理性，也取得了不少研究成果，但却容易人为割裂历史地理要素的起源、空间传播及其连续性，而大量考古学研究成果表明，河流往往是孕育一个国家和民族古代文明的摇篮，而流域自然环境变动过程对人类社会利用和管理流域的响应机制有重要影响，探索历史流域人地关系演变之规律，可以为保证流域社会经济与生态环境协调稳定、可持续发展,提供科学依据和决策指导。2 沂河流域基本概况2.1 沂河流域的自然地理特点2.1.1 流域水文、水系特征 沂河流域(图1)地理坐标东经11725至11842，北纬3423至3620，沂源、沂水、沂南、临沂、蒙阴、平邑、费县、郯城等县全部或大部皆属沂河流域，在郯城县吴道口村南出境入江苏省。 图1 沂河上游遥感图像 沂河位于淮河流域沂沭泗水系，发源于山东境内的鲁南山麓，主要支流有汶河、蒙河、柳青河、祊河、涑河、白马河等。在江苏新沂驻入骆马湖，河道总长333km，流域总面积11820km2，下游由于开辟新沂河、“分沂入沭”等河道整治工程，流域界限破坏。沂河临沂以上河道（图2）长223km，流域集水面积10315km2，占全流域面积的87.3%。地势西北高、向东南部平原倾斜，山丘占70%，平原占30%，坡降1/20001/3000，多年平均径流量36.06亿m3。图2 临沂市沂河流域示意图 沂河流域水系有以下特征：上游山丘区风化层较薄，植被较差，洪水汇集迅猛，水土流失较严重；中下游多为壤土，植被尚好，流域地下径流所占比重很小，枯季大部分河道干枯，这种峰时漫溢、枯时断流的特性不利于水资源的利用，使当地成为易旱易涝地区。2.1.2 气候条件沂河所流经大部分地区地处中纬度区，属温带季风区大陆性气候，具有气候适宜、四季分明、雨量充沛、光照充足、无霜期长等特点。2.1.2.1 年气候特点 年平均气温在12.313.3度之间，最热日出现在七、八月，平均气温在25.426.3度之间；最冷月在一月，平均气温在零下1.12.8度之间，冬夏寒暑分明。降水量丰沛，雨量受季风影响显著，其特点表现为冬夏降水差异悬殊，占降水量的60%集中在夏季。同时相对变率大，不稳定性强，一般流域内由沿海向内陆，自东南向西北递减。2.1.2.2 气候特点 春季：回暖迅速，少雨，多大风，气候干燥，盛行东南风和南风，平均风速为全年之冠，同时，春季寒潮侵袭，常引起急剧降温；夏季：温高、湿重、气压低、雨量充沛和集中，强度大，盛行东南风，风速小 ，由于各种气象要素变化复杂，往往产生暴雨、山洪、大风、雷击、冰雹、水涝、台风等自然灾害；秋季：气温急降，雨量骤减。晚秋开始有寒潮影响这时期冰雹、台风也常侵袭本区；冬季：寒冷干燥，冷期长；雨雪稀少，多晴天。一般十二月下旬至翌年二月中旬河流常封冻。 随着四季气候的变换，在本区构成冬季干冷，春旱多风，夏热多雨，晚秋又旱的特点，但个别年份和季节也有反常现象。2.1.3 地质地貌基础地质方面，该流域岩性比较复杂，出露有新生代第三纪紫红色砂岩，砂砾岩，中生代白垩纪火山岩系和河湖相的砂页岩及侏罗纪砂页岩，古生代石炭，二迭纪煤系地层，奥陶纪、寒武纪之灰岩，太古代杂岩及各时期火成岩，灰岩分布面积最大，富含岩溶水。地貌方面，流域最上游以鲁山背斜与潍、弥河分水，东以沂山背斜余脉与沭河分水，地形西北高，向东南部倾斜，自河源至东汶河口，大部为山区，山峦迭嶂，海拔高程300800米，斜午、青驼 、茶山西北多为低山丘陵及高地，地面高程在200400米之间，蒙山前半程以南地势变缓向平原过渡，在临沂城北与其支流祊河汇流后进入中游临郯苍平原，平原坡缓为1/30001/2000。图3 沂沭断裂带地理位置示意图沂河流域在地貌上属构造剥蚀堆积平原区。大地构造属鲁西断块隆起的一部分。以沂沭断裂带之间地叠为分界线(包括沂水至汤头断裂、鄌郚至葛沟断裂)（图3），界线以西，包括沂源、沂水西部，沂南大部，蒙阴、平邑、费县、临沂西部，苍山东部及郯城西部，为沂河流域。2.2 沂河流域的社会经济概况2.2.1 名称由来沂河之名，由来已久。尚书禹贡就有“淮沂其义，蒙羽其艺”的记载，说明早在4000年前就称其为“沂”了。此外，水经、说文、郡国志、水经注等史料也有记载。沂河的发源地是沂源，沂河流经沂水、临沂、郯城境入江苏东南流汇海。主流全长约1900里。沂河在古代是淮河的主支流。沂河，远古至今有无数东方美丽的神话传说。她的景观，博大精深，壮丽神奇。沂河像母亲哺育着沂河连岸的儿女。2.2.2 历史渊源沂河又名沂水，沂河之源素有三源、四源、五源之说。沂河属山洪河道，源短流激，洪水集中，含沙量大。解放前，水灾频发。解放后，建起了田庄、跋山、岸堤、许家崖等大、中、小型水库100多座，塘坝200余处。1998年在中游建起了世界最长的橡胶水坝，基本消除了水患，收到了养鱼、发电、灌溉之利。沂河沿岸有鲁山溶洞群、阳都古城、金雀山、银雀山汉墓群、郯国古城等名胜古迹。1988年10月，国家水利部治淮委员会、水利部沂沭泗局沂沭河管理处、山东省临沂地区水利局会同沂源县水利局等有关部门进行了实地勘察，结论是：沂河有四源1、四源分别是：发源于徐家庄乡龙子峪村西南小黑山北麓的徐家庄河、发源于大张庄乡老松山北麓的大张庄河、发源于大张庄乡张家旁峪南山的南岩河（又称仁里庄河）、发源于大张庄乡狼窝山北麓的高村河（又称田庄河）。，主源是徐家庄河（流域面积和水量最大）。四源相汇于田庄水库，即清史稿载“经龙洞山而合”，水库以下称沂河。2.2.3 对社会、经济的影响2.2.3.1 作为饮用及灌溉水源1949年起，山东、江苏两省先后修建导沭整沂和导沂整沭工程，在上游开展水土保持，陆续建设了田庄、跋山、岸堤、唐村、许家崖和昌里等大、中、小型水库数百座,拦洪蓄水，发展灌溉及水产养殖。分沂入沭水道从临沂县南沂河东岸彭道口起，往东至沭河西岸临沭县大官庄，经新沭河于江苏省临洪口入黄海；邳苍分道洪则自沂河西岸江风口至中运河东岸江苏省邳县的滩上村，最后经中运河、骆马湖入新沂河下泄。通过初步治理，使两岸66万多公顷农田消减了水旱灾害，部分地区建成商品粮基地1。2.2.3.2 发展周边旅游业，建立水利风景区1997年，临沂市政府在沂河城区段小埠东兴建了橡胶拦河坝，该坝全长1247.4米，是世界第一橡胶坝，被列为吉尼斯记录，是集供水、发电、灌溉、旅游为一体的水利枢纽工程。坝上蓄水面积1.6万亩，蓄水量可达2830万立方米。湖心建有2个湖心岛，两岸修建了宽80米的绿化带，形成了一湖、两岛、两线、四桥的水上游乐区，堪称临沂市的“外滩”和中国北方的“威尼斯”。 在创建“文化大省”的时代背景下，按照大思路、大规划、大基地的战略方针建设，建有“南国古城”、民国街、文革村等影视拍摄基地。3 沂河流域的变迁3.1 河道的变迁3.1.1 古代的沂河河道变迁 沂河与淮河、黄河和现在的泗河有很深的渊源关系。历史上，沂河是古泗水的主要支流，而泗水又是淮河的一大支流。在黄河夺泗和元、明、清三代开挖南北大运河之前，沂、沭、汴、濉等河流均以泗河为干流而注入淮河。1128 年开始，黄河频频南决，并改道南流， 夺泗水，至淮阴西夺淮河故道入海。淮河被迫南寻出路，在低洼地带潴留，形成现在的洪泽湖。明、清之间（13681911）曾于临沂县南沂河两岸设江风口和芦口坝两引水口引水，以接济中运河航运。1949年前，因山丘区洪水无控制，下游地区因入泗入淮尾闾遭黄河侵泗夺淮淤废，便成为泗、沂、沭河下游洪水走廊，沂河水旱灾害严重。 图4 沂河示意图由此可见，1128年的黄河决口，导致泗水中下游河道废弃和淮河改道，并使洪泽湖、南四湖和骆马湖三个湖泊得以形成。废黄河的存在使淮河与沂、泗河以往的干支流关系被彻底割断，使它们成为不同的水系。1855 年, 黄河在河南铜瓦厢决口，改道北徙，夺大清河，形成现代黄河河道，结束了黄河夺淮的历史2。3.1.2 建国后80年代的沂河河道变迁 1949年起，山东、江苏两省先后修建导沭整沂和导沂整沭工程，开辟新沭河、新沂河、分沂入沭水道和邳苍分洪道，解决中下游排洪出路；对老沂河下段及有关排涝河道进行了初步整治；上游开展水土保持，陆续建设了田庄、跋山、岸堤、唐村、许家崖和昌里等大、中、小型水库数百座，拦洪蓄水，发展灌溉及水产养殖。分沂入沭水道从临沂县南沂河东岸彭道口起，往东至沭河西岸临沭县大官庄，长20.2公里，底宽200210米，设计与校核泄洪流量各为4000与5000 m/s，经新沭河于江苏省临洪口入黄海；邳苍分道洪则自沂河西岸江风口至中运河东岸江苏省邳县的滩上村，设计泄洪流量3000 m/s，经中运河、骆马湖入新沂河下泄。 建国后，国家采取一系列工程措施对沂河入湖及入海量作出调整。1953年，为加大湖水入海量，江苏省在骆马湖以东拓宽旧水道，这条水道就是现在宽1.5km、长186km的新沂河。黄河夺泗后，由于黄河泥沙长期淤积，泗水中下游河床抬高，上游排水受阻，在鲁中山区西南侧与黄河冲积平原的接合部之低洼地带，形成南四湖。古泗水只剩下南四湖东北之古泗水上游部分，即现在的泗河。古泗水的中下游河道因黄河夺泗而废弃，南四湖的湖水依靠1593年开挖的韩庄运河， 进入骆马湖。为了减轻来自鲁中山区两股洪水对骆马湖的压力，在沂河中游左岸开挖了分沂入沭水道，腾出骆马湖接纳更多的南四湖洪水1。3.1.3 80年代现在的河道变迁1981 年后下游河道纵向河床变形计算成果（表1）。从表1可以看出沂河下游主河槽自19812001年河床逐年下切骆马湖口段逐年淤积，河床变形较大（图5）。目前沂河下游河道平面形态整体比较平稳局部河段在河岸冲刷、河道下切、河床质、河岸质及上游来水来沙等综合因素作用下造成河道平面形态变化较大，现有塌岸险工36处，长度18687m。图5 沂河上游地势分布遥感影像表 1 1981年后下游河道纵向河床变形计算成果表断 面 区 间 19811993 年 19932001 年河口-小埠东西朱旺道口 0.77m 0.58m 0.73m桥 李庄坝 0.37m 0.90m 0.73m李庄坝 土山坝 0.32m 0.30m土山坝 洪佛寺 码头桥 0.35m 0.5m 0.86m码头桥 重坊桥 省界 0.51m 0.54m 1.31m河口 省界 平均 0.46 m 0.78m省界 白马河口 0.3m白马河口 骆马湖口 -0.07m （淤积）3.2 沂河的水文演变3.2.1 年径流量的变化 降水是径流的源泉，径流过程通常是由流域上降水过程转换来的。流域年降雨次数为n次，且每次降雨所产生的径流量均有实测数据资料，则流域的年径流量可按下式计算：Q= 式中： Q流域年径流总量（mm）； Qi第i次降雨产生的径流量（mm）.计算径流量的多年平均值，以此值代表多年平均径流量，即：Q平均= 式中： Q平均流域多年平均径流量（mm）； Qi序列号为i的年份流域径流径流量（mm）.图6 沂河上游重点地区沂源县多年降水量分布图 根据沂河临沂站19512002年降水和径流资料统计(图7)，流域多年平均降水量为854.0 mm，最枯年份1981年为523.8 mm，最丰年份1960年为1449.0 mm，是最枯年份的2.8倍。同时间段内，临沂站以上流域多年平均流量为64.89 ms，最大年1963年为19700ms，最小年1992年为4.61 ms，最大年与最小年极值比为42.7，相差巨大3。因此，径流量的年际变化特征是：变化幅度大，丰枯水年交替出现，并且往往发生连续丰水或连续枯水的情况。 图7 19512002年沂河流域临沂站年降水量和年均径流量变化曲线 由图8可知，年径流在年代间的变化幅度大于年降雨量的年代变化幅度；在年径流时间序列中，后阶段的年径流量逐渐减小，小于多年平均径流量。图8 19512OO2年沂河流域临沂站年降水与年径流的距平百分率变化3.2.2 径流深与径流系数的变化 径流深是指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，能进一步揭示径流的变化特点。径流系数是某一时间段内径流深度与相应降水深度的比值，能综合反映流域内下垫面因素对降水径流关系的影响。计算公式如下：R/P 式中：为径流系数； R为径流深度； P为降水深度. 对流域年径流深和径流系数(图9)的分析表明，50年来临沂站的径流深和径流系数均表现为明显下降趋势。19511959年的平均径流系数为0.36，19601975年平均年径流系数减小为0.26，19762002年减小为0.14。 图9 沂河流域年径流深和径流系数3.2.3 洪峰流量变化 推理公式法洪峰流量计算公式： Q=0.278(s/n)F 式中：Q最大流量，m3/s； 洪峰径流系数； s暴雨雨力，mm/h； 流域汇流时间，h； n暴雨公式指数； F流域面积，km2. 采用临沂站 19601997年45次暴雨的雨量和洪峰流量分析沂河流域暴雨径流的变化特征，结果显示(图10)：临沂站年最大洪峰流量的变化特征与同期的雨量特征基本一致。这说明，对单次暴雨而言，径流过程主要受降水影响，雨洪对降水波动的反应敏感，而下垫面和人类活动的影响较弱。同时也表明流域诸多水库对于暴雨的蓄洪、滞洪能力较弱，即单一工程性措施对洪水管理作用是有限的4。 图10a 历次暴雨的降雨量 图10b 历次暴雨的洪峰流量和径流深 图10 19601997年临沂站历次暴雨径流变化趋势3.2.4 径流演变的阶段性受自然因素和人类因素的耦合作用，特别是人类活动最为频繁的淮河流域，水文情势在时间和空间上往往发生变异，破坏了水文序列样本的一致性，这就需要了解和诊断水文序列在何处发生明显变异1 。根据临沂站以上流域开始人类活动不同时期进行划分阶段，可简单地分为3个阶段，分别是19511959、19601975、19762002年。其中，19511959年为工程未建成时期，代表天然情况下的径流演变关系；19601975年为过渡期；19762002年为工程建设完成期，代表人类活动显著影响下的径流演变时期。2 不同时间段沂河流域临沂站以上流域水文特征值变化比较 阶段stages降水量/Rainfall径流量/m/sFlow径流系数()Runoff coefficient径流均方差()Mean square deviation of flow 流量变差系数CVariation coefficient of flow降雨径流相关系数Correlation coefficient of rainfall runoff 19511959年857.88102.690.3641.930.500.7519601975年973.3995.060.2658.030.630.4419762002年783.4337.200.1428.160.770.3919512002年854.0764.890.2142.110.82 比较不同时间段沂河流域临沂站以上流域水文特征值变化（表2）可知：3个时期平均降雨量未出现较大幅度的变动，均处于沂河流域的正常范同之内，但流量变化在3个阶段变化很明显，特别是1975年之后出现大幅度减小的情况。19601975年与19511959年相比，降水量的平均值增加了115.0mm，但径流量的平均值却减少了8，但平均流量减少了64，为平均降雨量减少幅度的8倍。从均方差来分析，流量年际变化幅度最大的也是19601975年，19511959年略小，19752002年最小，与前2个时期的变化幅度差异较大。从径流系数和降雨径流相关关系分析可知，3个阶段的平均径流系数出现明显的下降趋势，与径流演变趋势基本吻合。而且相同降水量的情况下，径流量随年代延续，出现跳跃性减少的趋势明显。目前，临沂站在多年平均降水量850 mm时的年径流量大约只有天然情况下的50。年径流量的Cv值可以反映年径流量总体系列离散程度。Cv值大，表示年径流的年际变化剧烈，径流稳定程度低；Cr值小，表示年径流的年际变化小，径流稳定程度高。19512002年，流域径流变差系数高达0.82，表明50多年间的径流极不稳定。各时段内，19511959年的年径流变差系数最小，后2个时段的变差系数值增大，表明在流域自然状态下的，降水-径流关系比较稳定，而人类活动影响下的降水-径流关系稳定程度降低3。3.3 沂河水质的变化 90年代以来，沂河的主要污染原因为有机污染，以地表水三类环境质量标准评价：化学耗氧量32.5毫克/升，超标1.2倍；酚砷、高锰酸盐指数、六价铬均有检出。沭河化学耗氧量128.2毫克/升，超7.5倍，生化需氧量26毫克/升，超标5.5倍。17条内河也不同程度地遭受污染，南涑河日排污量达0.6万吨，陷泥河则达3万吨，其中工业废水占20，生活污水占30 ，水质变差(表3)5。表3 李庄沂河流域部分调查样点的理化性质 沂河流域水质特征主要有： l、水环境遭受污染的范围大、程度深。河流污染范围已从支流向干流渗透，从城市向农村蔓延，从地表水向地下水渗透，从区域向流域扩展。流域内发生的污染事故有增无减，污染期间在流域内形成数公里的污染带，工农业和人民生活遭受极大影响。 2、水环境恶化呈周期性，且污染时间越来越长，污染程度较深，超标准严重。水环境污染呈周期性，每年的枯水期总有几个月干流水质处于V类或劣V状态，不能饮用，甚至难以用于农业灌溉。 3、地下水超采，污染严重。临沂城以地下供水为主，随着城市的发展，人口增加，用水量剧增，以致造成地下水超采。据统计，市区地下水超采量约为600万立方米，影响面积约为60平方公里，漏斗最大埋深23米、地下水位下降0.5-1米，由于地表水污染严重，经渗透使沿河的地下水受到不同程度的污染，部分水质已不符合饮用水标准6。4 驱动因子4.1 自然因子及分析 影响沂河流域河流变迁的自然因子主要包括气候（包括降水和温度）、地质、洪水、泥沙等四个方面。在气候因子的作用下，沂河流域的径流发生演变；由于岩石的性质不同，导致沂河在不同的流域对河道的冲刷程度不同；在降水较多的年份，沂河发生携带大量泥沙的洪水时，沂河地貌形态都会发生较大的变化；洪水对泥沙运移是河流中重要的水文现象，它对于河流的变迁有重大的影响。因此，各自然因子是相互作用、相互影响、密不可分的整体。 4.1.1 气候因子降水因子对沂河流域变迁的驱动作用主要表现在降水对径流演变的影响之上。 总的来说，沂河流域的降水存在着显著地年际变化，分配极不均匀，这就导致了沂河流域的径流量变化也存在着显著地阶段性差异。据统计，自1964年起，其后各个时期的实测径流量变化与降水量变化近乎一致，且均表现出较为明显的阶段特征4。由19512002年沂河流域年平均流量年降水量关系（图11）知：20世纪5070年代中期，沂河的降水较为丰沛，相应的，沂河径流变化不明显；70年代中期80年代后期，降水量开始减少（19761986年的平均降水量仅为708 mm），流域的平均径流量相应减少（径流深仅达91.8 mm）；80年代后期至今，流域进入平水期，只在19872002年间，平均降水量有大幅增加，而实测径流量即随之增加。毫无疑问，沂河流域的径流演变与该流域降水状况密切相关，沂河流域降水条件的变化一定程度上控制着流域的径流演化。图11 19512002年沂河流域年平均流量年降水量关系图现以沂河三大主监测站1、分别为临沂站、葛沟站、角沂站。之一的临沂站为例进行分析。首先，由临沂站年径流量与降水量的变化曲线（图7）可知，临沂站19512002年间，最丰年的年平均流量（1960年，1449 mm）是最枯年（1981年，517.5mm）的2.8倍；最大年的年平均径流量（1963年，62.1亿m3）与最小年（1992年，1.5亿m3）的年平均流量极值比为42.7。这表明沂河流域年际间径流的变化因降雨的年际分配不均产生了非常强烈的波动4。 再者，流域的径流深度与降水深度还存在着明显的线性关系。根据19512002年沂河流域临沂站年降水量和年均径流量变化曲线（图7）、沂河流域年径流深和径流系数（图9）显示：50年来，沂河流域年均降水量整体呈下降趋势，临沂站的径流深也随之下降，径流系数更是从（19511959）的0.36减小至（19762002）的0.14。事实证明，沂河流域的径流深度R与降水深度P在某一个特定时间段的确呈现一种近正比关系（RP，为径流系数），降水改变，径流深随之改变。然而，沂河的径流演化趋势与降水的变化也并非完全一致3。若将19512002年沂河流域年平均流量年降水量关系图（图12）中依据点群绘制的3个阶段的降水径流关系曲线图互相比较，即可发现，在3个时期降水量相同的情况下，径流量是随着年代的延续，实现跳跃性减少的（曲线之间横坐标的差值为年径流衰减值）。目前，临沂站在多年平均降水量850 mm时的年径流深大约也只有天然情况下的50%。图12 降水-径流关系曲线图 此外，根据水量平衡模式B=P-E-R-W4（式中：B为水量平衡；E为流域蒸发量；R为河流径流量；W为土壤蓄水量）及流域处于稳定状态时（根据物质总量收支平衡原理，多年水量平衡为0）所得R=P-E-W（W可表示为气温和降水量的函数）可知，影响径流演变的主要因子还包括气温以及土壤蓄水量。但基于对蒸散发数据及土壤蓄水量数据缺失且不易获得的考虑，加之气温及蒸发量相对于降水对径流演变的影响偏小,故将蒸发量和土壤蓄水量统一归入降雨量的影响,即主要考虑降水量对径流演变的影响。但是，随着人类活动的介入，降水对径流演变的影响控制作用逐渐被削弱3。19512002年沂河流域年平均流量年降水量关系图（图11）生成的各曲线回归方程和相关系数表（表4）显示，19501959年降雨量与径流量的相关系数（即降雨量对径流量的影响程度）为0.7452，为3个阶段最高，二者相关性较为密切，线性关系好，降雨量是影响径流量的主导因素；自1960年起，双累积曲线的拟合直线逐渐向右偏离，斜率由第1阶段的0.3879到第2阶段的0.2811，直到第3阶段的0.1481，相关系数也在逐渐减小，其中第2阶段为0.4352，第3阶段为0.3914，这都说明随着人类开发活动的开始，降雨径流线性关系逐渐不明显，降水对径流的影响程度减弱，相反人类活动对流域产流能力的削弱作用却呈现出增强的趋势。表4 19512002年沂河流域年平均流量年降水量回归方程及相关系数表时间 1951-1959年1960-1975年1976-2002年回归方程Y=5.9618x+648.77Y=8.6974x+712.57Y=12.113x+641.34R20.74520.43520.39144.1.1.2 温度 温度对沂河变迁的驱动作用主要体现在它对蒸发的影响上。气温与蒸发密切相关，二者之间是非线性关系。气温改变驱动蒸发量改变，而蒸发的改变则会引起流域内土壤含水量、区域水量平衡结构的变化7。据资料显示，近年来，沂河流域内年径流深是随着年均气温的升高而减少的。温度愈高，则径流量愈少。淮河三子流域年径流深对各种气候变化情景的响应（表5）是淮河三个子流域年径流深对全球增暖的各种气候情景的响应，现仅就沂河流域分析。可以看出：暖干天气组合对沂河流域水文水资源系统的影响非常明显，导致沂河流域径流量明显减少。如果在年降水减少20%的同时，年均温度升高3，沂河流域年径流深将减少51.4%，这种情况一旦发生，就会使得本就缺水的沂河流域水资源更加紧张，从而对工农业生产、国民经济建设带来一系列的严重后果，甚至是灾难性的影响。同时，由淮河三子流域年径流深对各种气候变化情景的响应（表5）可知，沂河流域年径流深对降水才是最敏感的，且其敏感程度远远大于对气温的敏感程度。沂河流域径流深与降水、气温的三维散点图（图12）为利用沂河流域19511979年的水文气象资料，在径流深与降水、气温的三维散点图基础上拟合了径流随降水、气温的变化趋势。从中可以看出，径流与降水、气温之间明显的非线性关系。如图13所示，在降水量不变的情况下，径流随温度升高而变化的总趋势是减少，在气温不变的情况下，径流随降水增加而增加的趋势更为明显。总体来看，径流与气温、径流与降水之间的关系还是比较复杂的。表5 淮河三子流域年径流深对各种气候变化情景的响应降水变化(%)气温变化()淮河上游颖河流域沂河流域+0+1+2+3+0+1+2+3+0+1+2+3-20%-32.8%-43.4%-52.3%-59.9%-37.8%-61.8%-79.7%-91.7%-46.2%-48.1%-49.8%-51.4%-10%-17.1%-27.7%-36.6%-44.2%-20.1%-44.1%-61.4%-74.0%-25.4%-27.3%-29.0%-30.6%+0%0.0%-10.6%-19.5%-27.1%0.0%-24.0%-41.3%-53.9%0.0%-1.9%-3.6%-5.2%+10%18.5%7.9%-1%-8.6%22.5%-1.5%-18.8%-31.4%30.3%28.4%26.7%25.1%+20%38.3%27.7%18.8%11.2%47.5%23.5%6.2%-6.4%66.0%64.1%62.4%60.8%图13 沂河流域径流深与降水、气温的三维散点图4.1.2 地质沂河位于在山东中南部循著名的沂沭断裂带1、邦庐深大断裂带在山东境内部分。，本区地质构造直接受沂沭断裂带控制。自北向南，沿断裂带清楚地表现为四条平行北北东向主干断裂2、自东向西分别为昌邑大店断裂；安丘莒县断裂；沂水汤头断裂；鄌郚葛沟断裂。构成东、西两地堑3、莒县和苏村地堑。，其间夹汞丹山地垒的构造格局。此格局形成于中生代侏罗纪以后两地堑弧烈拗陷，堆积了巨厚红色碎屑岩系，汞丹山地垒始终处于抬升，主要由太古代的混合花岗岩片麻岩构成。沂、沭河被分别限制于两地堑之中，蜿蜒南流。同时，四条主干断裂明显被一系列后期北西(或北西西)向及北东(或北东东)向断裂截切，如蒙山断裂、沂水营县断裂，苍山尼山断裂等。这些横向断裂在新构造活动时期的构造活功更为明显，沿东侧的新构造活动也比较突出，派生出新的平行断裂，如沿马陵山的岌山茅茨、纪庄断裂等8。如此，不同时代的断裂纵横交切，构成了沂沭断裂带新生代破碎网格。新生代以来，沂沭断裂带受侧向挤压作用，显整体上隆趋势。在此构造背景中的断块差异活动构成了沂沭断裂带复杂的镶嵌式断块结构体系，而且也制约了沿河河谷地貌的发育，控制了新生代沉积物的特征和分布规律(图14)9。 图14 沂沐河中游区地貌略图 侵蚀丘陵 剥蚀准平原 冲积平原 新断陷盆地 断褶丘陵 玄武岩方山 断层 河流 由于岩石的性质不同，导致沂河在不同的流域对河道的冲刷程度不同，从而影响河道的变迁。 4.1.3 洪水 洪水是沂河床演变的基本动力之一，每当沂河发生大的洪水时，沂河地貌形态都会发生较大的变化，底沙输移强烈，切滩、新生串沟等现象发生。自1949年至1997年无洪涝灾害的年份仅6年，占12%。其中1957年的特大洪水，临沂站最高水位为65.65m，最大流量15400m3/s ；最近一次是在2012年7月，淮河流域沂河发生接近10年一遇较大洪水10。沂河干流临沂水文站出现洪峰水位61.73m，相应流量8100 m3/s，为1993年以来最大。洪涝是沂河流域的主要自然灾害,其中以沂河中下游最为严重（图15）。 图15沂河中游洪涝受灾布图 在临沂以上主要为山丘区，水土流失严重。因而在中上游中携带大量泥沙，受沂河干流上中游河段河床下切影响，河道过洪能力增强，洪峰流量大时水流能量较大，可能使主槽冲刷，而在沂河下游的河道属于冲积平原河流，支流多由西侧汇入，呈不对称树枝状，属山水性河道，水流急，洪峰高，暴涨暴落。因而，综合分析可得沂河中游洪涝灾害有以下特点： 1、洪水陡涨陡落且同洪峰流量水位相差较大。沂河支流由于坡度较大，源短流急汇流历时很短，从起涨到洪峰上游各站一般仅几小时，中下游各站一般1020h，一次洪水过程一般l4d。洪水陡涨陡落的特点十分明显，相邻两次洪峰不容易重叠11。 2、连续丰水年和连续枯水年周期变化明显。根据5O多年的实测资料系列分析，可得出两个较长的丰、枯周期，其中19531974年为连续丰水年。汛期沂河比多年平均值偏大486；19751989年为连续枯水年，汛期沂河比多年平均值偏小 70.4。因而造成了该地区严重的丰枯不均现象。从临沂、大官庄逐年实测最大洪峰流量过程线图（图16）也可以看出，自1990年开始沂河流域又进入了新的丰水期。图16 临沂、大官庄逐年实测最大洪峰流量过程线图 3、 年最大洪峰流量年际变化悬殊。沂河临沂水文站历史调查最大洪峰流量30000 m3 /s(1730年)，实测最大洪峰流量15400m3 /s（1957年)，实测最小洪峰流量95.2m3 /s (1983年)。实测洪峰年际变化达160余倍。大官庄水文站历史调查最大洪峰流量16000m3 /s（1730年)，实测最大洪峰流量5400m3 /s （1974年)，宴测最小洪峰流量124 m3 /s(2002年)，实测洪峰年际变化达43.5倍12。按矩法计算，临沂站实测年最大洪峰流量变差系数为1.01，大官庄站实测年最大洪峰流量变差系数为0.85。以上数据充分说明，该地区洪峰极值有年际变化异常显著的特点。4、洪灾季节性强。沂河中游洪灾中，以夏季最多、最重，其次是秋季，春季最少。根据临沂站1950年至1996年最高洪水位出现月份资料(表6)统计，年最高水位发生在7月份的最多，占48.0%，8月份其次，占31%，9月份占14%，6月份占7%，78月份出现最高水位合计占79%。由此可见，沂河中游洪灾主要发生在夏季的7、8月份；秋季主要发生在9月份，但频率较小占14%；1950年以来只出现过一次较小范围的春涝，即1964年4月份，显示出了洪灾季节性强的特点。 表6 沂河中游最高水位出现月份统计表月份6789频率 74831144.1.4 泥沙 泥沙运移是河流中重要的水文现象，它对于河流的变迁有重大的影响。水流挟沙较小时，将从河床获取泥沙达到饱和含沙量，从而使河床冲刷下降；当水流夹带泥沙过多，将沉淀部分泥沙，使水流达到饱和含沙量，从而使河床淤积抬高。因此，泥沙有时是河床的组成部分，有时又是水流的组成部分，在其运动过程中，矛盾的两个方面相互转化，从而进一步推动矛盾的变化和发展。在天然条件下，河流永远处于不断发展变化之中，如冲积平原河流中的弯曲河段，由于河身外形弯曲，迫使水流作曲线运动。表层水体因流速大，受到离心力大，底层水体流速小，受到的离心力小，因此表层含沙量较小的清水流向凹岸，使凹岸发生冲刷；而含沙量较多的底层水流，则流向凸岸，使凸岸淤积。由于水流长期作用，凹岸不断崩塌后退，凸岸不断淤积前进，使河流越来越弯，形成很大的河环，在大洪水期间，水流冲开河环颈部，出现裁弯曲直。弯曲河段暂时变成了微弯河段，如果没有人工控制，它将在新的基础上，重复上述河流由微弯发展到河环直至裁弯曲直，如此而永无休止13。 现对沂河临沂、港上两水文站历年径流量、输沙量测验资料（表7）对沂河河流泥沙变化情况进行浅析。两站的年径流量、输沙量双累计曲线图见图17、图1814 表7 临沂、港上两站的年径流量、输沙量 最大年径流量（亿m3）最小年径流量（亿m3）平均年径流量亿（m3）最大年输沙量（万t）最小年输沙量（万t）平均年输沙量（万t）临沂水文站36.151.4512.33430069.71港上水文站5275 0876157276201018图17 临沂水文站年径流量、输沙量双累计曲线图图18 港上水文站年径流量、输沙量双累计曲线图从临沂水文站断面要素实测表(表8)中可以看出：1995年前该断面河床变化较小，1995年以后河底高程下降极为明显，右偏泓逐年拓宽。1995年比1991年河床平均底高程下降0.2m，1997年比1991年河床平均底高程下降1.1m，1999年比1991年河床平均底高程下降2.1m，2004年比1991年河床平均底高程下降3.0m。河床最低点高程由1991年的59.63m下降到2004年的54.51m，下降达5.1m13 。 表8 临沂水文站基本水尺断面要素项目年份199119931995199719992004河床平均底高程(m) 60.560.560.359.458.457.5右偏泓平均高程(m)61.161.160.759.555.755.7右偏泓最低高程(m)59.6359.4059.4257.1554.605