大清河水系山丘区下垫面条件变化对洪水影响分析

1、大清河水系山丘区下垫面条件变化对洪水影响分析胡春景1胡春歧21.XX省南水北调工程建立管理局，XXXX050035;2.XX省水文水资源勘测局，XXXX050031摘要：随着经济社会的迅速开展，人类活动对流域下垫面条件的影响不断加剧，导致了流域入渗、蒸散发、径流等水文要素发生了一定程度的变异，引起了流域产汇流特征的变化。以海河流域大清河水系山丘区为研究对象，在对流域下垫面条件进展调查分析的根底上，分析了下垫面条件对流域产汇流特征变化的影响，对流域下垫面条件变化影响下的洪水变化规律进展了分析和探讨，为流域洪水系列一致性修正奠定了根底，为流域防洪规划和管理提供了技术支撑，也为将来洪水预报方案的编制

2、提供了第一手资料。关键词：山丘区；下垫面条件；洪水；影响引言随着经济社会的迅速开展，人类活动对流域下垫面条件的影响不断加剧，流域下垫面条件变化对流域产汇流规律产生了重要影响，从而引起径流及洪水的变化?流域下垫面条件变化对不同区域及不同量级洪水的影响程度是不同的，其影响机理和影响程度的定量指标目前还没有科学结论，尤其是对特大暴雨洪水以及流域规划标准洪水是否有影响，各方面的认识还不一致20流域设计洪水是国家进展洪水调度及流域规划的根底，而洪水成果的变化将直接影响流域规划布局、资金投入及洪水调度方案等。从国内外研究现状来看，更多的是从水资源评价的需要出发，主要探讨下垫面条件变化对年径流量的影响，而下

3、垫面条件变化对于洪水过程影响的研究较少，这主要是洪水过程的影响因素及其变化规律更为复杂。为此，在对流域下垫面条件进展调查的根底上，通过历史水作者简介：胡春景1973一，男，XX故城人，大学，工程师，主要从事工程管理及水利调度方面的研究工作。文资料分析，探求流域下垫面变化对产汇流规律的影响，并分析其对径流及洪水成果的影响程度是非常必要的。流域概况大清河水系是海河流域五大河系之一，位于东经11340117。00、北纬38004000之间，流域总面积43060km2。大清河系地处温带半干旱大陆性季风气候区，四季清楚，年平均气温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现。汛期69月降水量约占全年降水量的80%。受地形影响，年降水量在地区分布上以太行山迎风坡为高值区，一般在600750mm,背风坡降水量较少，一般在400500mm。流域暴雨多发生在西部太行山迎风坡，由于地形陡峻，土层覆盖薄，植被较差，呈扇形分布的众多支流河道源短流急，汇流时间很短，洪水陡涨陡落，洪峰高，历时短，洪量非常集中，极易造成洪涝灾害。所以，大清河水系历年都是海河流域防汛的重点地区之一，防洪任务极其艰巨。下垫面条件变化及其对洪水影响机理分析流域下垫面条件是指流域地质、地貌、植被、土壤等自然地理条件及土地利用等人为因素的综合体。人类活动造成的流域下垫面条件变

5、化主要包括土地利用和土壤包气带的变化。为此，本次主要对流域代表区的土地利用及地下水位变化情况进展调查分析，并提醒其对洪水的影响机理。代表区的选择及代表性分析根据大清河水系山丘区流域的实际情况，本次研究选择了三个代表区，即大清河水系北支山区紫荆关以上流域、南支山区阜平以上流域以及丘陵区龙门水库以上流域。紫荆关以上流域位于大清河水系北支拒马河上游，控制面积1760km2。多年平均水量650mm,其洪水主要产自汛期暴雨，洪水暴涨暴落，紫荆关水文站实测最大洪峰流量为4490m3/s1963年，其流域自然地理特性和产汇流条件在大清河水系北支山区具有较好的代表性30阜平以上流域位于大清河水系南支沙河上游，

6、控制面积2210km2。流域多年平均降水量630mm,阜平水文站实测最大洪峰流量3380m3/s1963年，其流域自然地理特性和产汇流条件能反映南支山区的根本情况，代表性较强。龙门以上流域位于大清河水系南北支交汇处漕河中游，控制面积470km2。流域属太行山北段东麓丘陵区，流域多年平均降水量600mm,水库最大入库流量为3790m3/s1963年,其流域自然地理特性和产汇流条件能反映大清河水系丘陵区的根本情况，具有较好的代表性。研究分期的界定本次对紫荆关、阜平、龙门三个代表区1956年2005年的径流量进展复原计算，绘制了年降水量与天然径流量相关图，详见图1。从图中可以看出，1980年前、后的

7、点据具有明显的分带性。通过分析，认为1980年可作为下垫面条件明显变化的分界点。因此，本次研究划分为1956年1979年和1980年2005年两个时期abca紫荆关；b阜平；c龙门Fig.1CorrelationpatternofannualprecipitationandrunoffinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin土地利用情况调查选用1979年为1980年以前代表年，2005年为1980年以后代表年，对代表区流域的土地利用变化情况进展调查分析。经调查，1979年、2005年的紫荆关、阜平、龙门三个代表区的土地利用情况如表1。表1大清河

8、水系山丘代表区1979年、2005年土地利用类型变化分析表Table1Land-utilizedtypeof1979&2005inhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin紫荆关土地类型净增面积净增面积占总净增面积净增面积占总净增面积净增向积占总2、km面积比例（）2、km面积比例（）2一.一一.km面积比例（）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由表可见，代表区的土地利用处于开发活动期，城镇用地持续增加；非城镇用地类型之间存在明显的构造调整，主要表现为水体和林地的减少以及耕地面积的增加地下水位埋深调查分析由于北方水资源短缺，地下水严重超采，造成地下水位持续下降。据调查，大清河水系山丘区地下水埋深由20世纪80年代前的5m左右下降至目前的10m左右，在丘陵和盆地区域地下水埋深可达2030m。影响机理分析1林地变化的影响森林具有调节气候、修养水源、保持水土和防风固沙等作用，森林对径流及洪水的影响主要表现在两个方面:调节年径流的分配，增加枯季径流流量，减少汛期流量；削减洪峰流量，推迟洪水的汇流时间6”。2耕地

10、变化的影响耕地能增加土壤的入渗量，降低汛期的径流量，从而削弱洪峰流量。但当洪水水量超过一定的限度时，对洪水的影响相对减弱9。3道路建立与城市化的影响由于城市化，大面积的天然植被和农业耕地被住宅、街道、公共设施、商业用地及厂房等建筑物代替，降雨后，截留填洼、下渗的损失量很小，导致雨洪径流及洪峰流量增大，峰现时间提前，行洪历时缩短，洪水总量增加10。4地下水埋深的影响地下水位下降，使得流域包气带增厚，地下土层的有效储水空间增大，包气带在降雨过程中蓄满的可能性相对减少，造成降雨入渗量增大，直接导致径流的减少13。流域产汇流参数变化趋势分析产流参数变化趋势分析采用历史实测水文资料，对山丘代表区流域下垫

11、面条件变化导致的流域产流参数变化趋势进展分析。1流域最大蓄水容量流域最大蓄水容量Wm是指包气带中影响土层的最大蓄水容量。现采用实测历史水文资料和水量平衡方法进展分析11，分析成果如表2。成果说明，随着经济社会的开展，人类活动造成流域下垫面条件发生较大变化，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区流域最大蓄水容量Wm分析成果表Table2AnalysisresultsofWminhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin流域名称紫荆关阜平龙门1980年前Wm均值mm1101101201980年后W

12、m均值mm130120140变化率18.29.116.72流域蒸散发流域蒸散发包括土壤蒸发、植物散发和水面蒸发。采用水文年资料系列当年6月1日至次年5月31日进展分析，经分析，逐年流域蒸散发量变化趋势不明显。因流域蒸散发量与流域的湿润程度有关，为此，对流域年蒸散发量与年降水量之间的关系进展分析，分析成果见表3。从表中可以看出，流域年蒸散发量与年降水量比值呈增大的趋势，增幅一般在15%20%表3大清河水系山丘代表区流域年蒸散发量与年降水量比值分析成果表Table3Theratioofannualevaporatetoprecipitationinhilldistrictrepresentativ

13、eareaofDAQINGbasin流域名称紫荆关阜平龙门1980年前均值mm70.271.578.61980年后均值mm83.486.391.7变化率18.820.716.73流域土壤含水量消退系数流域土壤含水量消退系数K折减率是反映流域土壤含水量因蒸散发而随时间衰减的速度指标。采用气象因子分析法对流域土壤含水量消退系数进展分析计算，其成果见表4,由表可知，流域土壤含水量消退系数1980年后较1980年前有所减小，但幅度不大,一般在5%以内。Table4AnalysisresultsofKinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin流域名称紫荆关

14、1980年前均值0.920.920.911980年后均值0.930.930.94变化率1.11.13.3汇流参数变化趋势分析1单位线峰值采用Mann-Kendall秩次相关检验、线性滑动平均和线性回归分析三种方法，对代表区流域的汇流单位线峰值进展分析。分析结论根本一致，流域汇流单位线峰值随年代呈下降趋势，峰值年下降率见表5。表5大清河水系山丘代表区流域汇流单位线峰值变化分析成果表Table5PeakvalueofUHinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin流域名称紫荆关阜平龙门峰值年卜降率（）15.710.90.982流域洪水峰现时间采用Man

15、n-Kendall秩次相关检验、线性滑动平均和线性回归分析三种方法，对代表区流域洪水的峰现时间进展分析。分析结果为，流域洪水峰现时间随年代变化呈增长的趋势。4降雨径流相关程度变异分析采用历史水文资料，对大清河水系三个山丘代表区的降雨径流相关水文要素进展分析计算，建立降雨径流相关关系12,详见图2。由降雨径流相关图可知，流域下垫面变化造成了降雨径流相关程度的变异。经分析，在较大暴雨洪水时，流域下垫面条件变化对径流影响较小，影响幅度一般在-5%以内；在中等程度暴雨洪水时，影响增大，影响幅度一般在-10%-20%,;在一般或较小暴雨洪水时，影响最大，影响幅度一般在-30%-60%。图2大清河水系山丘

16、代表区1980年前、后降雨径流相关图a紫荆关；b阜平；c龙门Fig.2Correlationpatternofprecipitationandrunoffbefore1980&behindinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin5洪水特征变化趋势分析洪量与洪峰变化分析以最大1d、3d、15d洪量及历年最大洪峰等为研究对象，对1980年前、后的洪量及洪峰进展计算和分析，计算结果见表6。从表中可以看出，最大1d、3d、15d洪量及历年最大洪峰流量在1980年前后变化均较大，且均呈减小趋势，其变差系数那么均呈增大趋势。表6大清河水系山丘代表区洪水特性

17、相关参数比照分析表Table6ParametervalueoffloodinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin站名紫荆关阜平龙门洪水要素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洪水历时与洪峰滞时变化采用历史较大典型洪水资料，对1980年前后的洪水历时、洪峰滞时进展分析计算，分析成果见表7。从表中可知，洪水历时和洪峰滞时，1980年后较1980年前呈增大的趋势。表7大清河水系山丘代表区洪水历时与洪峰滞时分析成果表Table7Last-timeandlate-timeoffloodinhilldistrictrepresentativeareaofDAQINGbasin站名紫荆关阜平龙门洪水要素1980年前1980年后1980年前

19、1980年后1980年前1980年后洪峰滞时h61812411116洪水历时h79839913785956结论在对大清河水系山丘区流域下垫面条件进展调查的根底上，分析了下垫面条件变化对径流及洪水的影响机理，对流域产汇流参数变化规律、降雨径流相关程度以及洪水特征变化趋势进展了分析，主要结论如下:120世纪80年代前后大清河水系山丘区土地利用发生了一定程度的变化，从而导致了流域下垫面条件发生变化。土地利用变化及土壤包气带的增厚是导致径流及洪水减少的主要原因。2受流域下垫面条件变化，大清河水系山丘区洪水特性呈现出明显的趋势性变化特征，即1980年后与1980年前相比，不同时段的最大洪量及洪峰，均呈现

20、减小的趋势。3由于流域下垫面的变化，导致了流域产汇流参数发生了一定程度的变化，降雨径流相关程度发生了明显变异。4经研究分析，受流域下垫面条件变化影响，大清河水系山丘区在同样降雨情况下，产生的洪水呈减小的趋势。洪水的量级越大，减少的幅度越小；流域面积越大，减少幅度越大；在一样降雨量级和流域面积相近的情况下，丘陵区洪水减少的幅度较山区为大。参考文献:1X建云.中国水文科学与技术研究进展M.XX：河海大学，2004.2X学真，梁俊峰，胡安徭.人类活动对XX水文过程的影响分析，J,干旱区资源与环境.2007,21(10):98-102.3胡春歧，X惠霞，胡军波.紫荆关以上流域下垫面条件变化对产汇流影响

21、分析，J,南水北调与水利科技.2021,5(1):50-52.4史培军，宫鹏,等.土地利用/土地覆盖变化研究的方法与实践M.：科学，2000.5李昌峰，高俊峰.土地利用变化对水资源影响研究的现状和趋势J.土壤.20024：191-205.6范世香，裴铁播，牛丽华，等.森林对地表径流影响的模拟实验初探.水科学进展，J，1992，(3):179182.AnanalysisonimpactingofalteredconditionofbasinCushiontofloodinhilldistrictofDAQINGbasinHuchun-qi1，Huchun-jing2(1.Hebeihydrology&waterresourcessurveybureau,HebeiShijiazhuang,PC050031;2.South-to-Northwaterdiversionconstruction&managementbureauofHebeiprovince，HebeiShijiazhuang,PC050035)Abstract:Inthewakeoftheswiftdevelopmentofeconomymunity,Mankin