白洋淀入淀水量的变化

白洋淀入淀水量的变化

白洋淀是被称为“中国北方珍珠”的白洋淀。在过去的50年里，她经历了雨季的丰水和干燥，60年代的干淀（如果医院的水位小于6.5m，则为干淀和大沽高度）。20世纪70年代，干燥时间持续增长，直到1988年才恢复。20世纪90年代，干淀（2005年未干）等不同时期的干淀水量发生了很大变化。特别是进入21世纪以来,由于气候、降雨以及流域水资源开发利用等多种因素的综合作用和影响,干淀频繁,几乎年年干淀。随后及时采取人工补淀措施,除本流域上游水库调水补淀外,又先后实施了“引岳济淀”和“引黄济淀”跨流域调水补淀方案,才使白洋淀未出现连续长年干淀现象。五十多年的入淀水量系列反应了白洋淀水资源变化,因此,有必要对白洋淀入淀水量及影响因素进行分析,为今后合理利用水资源和调水补淀提供科学依据。1河流入淀水量和淀区降水量的影响白洋淀作为华北最大的浅湖湿地,上游受南、西、北三面呈扇形分布的潴龙河、孝义河、唐河、府河、漕河、萍河、白沟引河等八条河流入淀水量和淀区降雨量及上游工农业生产用水量人民生活的影响。80年代后又受人工调水的影响。1.1降水量的变化特征从上世纪50年代以来,流域降雨量有减少趋势,与多年同期相比,70年代后降雨量均有所减少。20世纪五十年代(1956~1959年)全市处于丰水期,平均年降水量比多年平均值偏大28%;六十年代(1960~1969年)偏丰,平均降水量比多年系列均值偏大6%;七十年代(1970~1979年)为平水期,平均降水量比多年均值偏小1%;八十年代(1980~1989年)处于枯水期,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%;进入21世纪初(2001~2008年)处于枯水期,平均降水量比多年平均偏小14%。流域年降水量变化趋势柱状图见图1。流域降水量具有年内分配不均的特点。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月上旬的几场大雨。整个非汛期八个月的降水量只占全年降水量的20%左右,特别是一些大水年份,降水量更加集中,例如,司仓站1963年最大7天降水量占全年降水量的81%。降水量的年际变化比较大,年降水量变差系数Cv值在0.2~0.5之间。中南平原地区降水量变化幅度较大,实测最大与最小之比在3以上。据保定站降水统计,1954年全年雨量1316.8mm,相当于1975年全年雨量202.4mm的6.5倍;西北部山区降水量变幅略小,最大最小之比在2~3之间。1.2丰水年降水量白洋淀淀区和流域降雨分布基本一致,1956~2008年多年平均降水量502.8mm。降水量年内分配极不均匀,每年汛期6~9月份降水量占全年降水量的80%,枯季10~5月份降水量仅占全年降水量的20%;年际间变化也很大,丰水年的1977年平均降水量为888mm,枯水年的1962年平均降水量为269mm,丰枯年降雨量比为3.3。白洋淀淀区不同月份多年平均降水量见图2。从总体上说,由于流域降水有减少趋势,入淀水量肯定有减小趋势。但由于降雨量年际变化大,不排除个别年份入淀水量较大的情况。1.3入出淀水量随时间的变化对白洋淀入淀水量起决定作用的是自然条件。此外,人类活动的影响也是白洋淀入淀水量变化的重要因素。人类活动的影响主要体现在白洋淀流域以上水资源开发和利用上。从1960年起上游几座大型水库就开始发作用,拦截和减少了河道径流量,增加了蒸发、渗漏量等水量损失,改变了天然径流过程。山区径流占流域径流总量的95%以上。由于白洋淀上游的近百座大中小水库控制了山区面积的58%,大部分地表水被拦蓄,因而一般年份几乎无水入淀。1970年新盖房枢纽建成后,入淀水量基本上靠白沟引河引拒马河水维持,自2004年“北京截流引拒工程”实施以后,拒马河年入淀量急剧减少,并至完全无水入淀,此后所有入出淀水量均由人为控制。白洋淀入出淀水量年际间变化也很大,多年平均入淀量为9.08亿m3,多年平均下泄量7.25亿m3,白洋淀只拦蓄平均来水量的20.0%;丰水年1964年最大入淀量为53.8亿m3,最大下泄量51.2亿m3,拦蓄量仅5%。流域内工农业发展势必造成用水量增加,以保定市为例,据2008年水资源公报统计,2008年全市总供水量30.35亿m3,其中地表水供水量2.73亿m3,占总供水量的9.0%;地下水开采量27.44亿m3,占总供水量的90.4%;2008年水浇地面积986万亩,比建国初期增大到4倍,比1957年增加2倍。由于连年干旱,地表水可用量越来越少,基本上靠超采地下水。白洋淀上游流域的工、农业及生活用水对白洋淀入淀水量都有影响,但程度不同。生活、工业用水80%以上会以污水的形式重新回到用水区域,只是被污染,所以对生活及工业用水,关键问题是治理污染;但农业生产用水是一种纯消耗性用水,而且所占比例较大,上世纪80年代以来,粮食产量大幅度提高,但水分生产效率基本没变,这是造成白洋淀上游流域产流较少、入淀水量减少的重要原因。2计算入淀水量的方法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点少,故根据水量平衡原理,反推入淀水量。水量平衡公式如下:Q¯¯¯=q¯+△V△tQ¯=q¯+△V△t式中:Q¯¯¯Q¯为时段入淀水量;q¯q¯为时段出淀水量(包括白洋淀下泄量、周边用水量、淀内用水量及蒸发渗漏量);△V为白洋淀蓄变量;△t为时段(月)。2.2水质、水量分析计算1981年,保定水文水资源勘测局在上游各河道入淀口建成入淀巡测站7处,并开始进行过水量监测。利用1981年以来的实测入流资料,白洋淀水位、淀区降雨资料和历次补水资料进行分析计算。白洋淀不同年代入淀量情况详见表1。3水库沿边一湖五段的演变白洋淀入淀水量包括天然入淀量,上游水库补水量,跨流域调水入淀量三种情况。白洋淀历年实际来水条件,前后有较大变化,1960年以前上游无控制工程,呈自然状态,1960年后陆续建成的多座水库对上游来水起了拦蓄作用,1970年开辟白沟引河,增加了北支入淀水源,1981年以来又增加了上游水库补水量和跨流域调水入淀量。再由于上游和周边引用水量逐年增加,因此历年实际来水条件是不同的。3.1年生态变化阶段五、六十年代是白洋淀流域的丰水段,降雨量及径流量较大,加之当时出山口各大型水库还没有正常运行,虽然仅靠大清河南支供水,但入淀水量也是比较大的。1956~1969年的14年间平均年入淀水量19.2亿m3,年平均弃水量18.8亿m3;进入70年代,由于流域工农业的发展和国民经济建设的需要,平枯水年需水量增加,白洋淀以上流域内对水资源的开发利用,加之上游水库的拦蓄,虽然开挖了白沟引河,北支各河的水量也能相继入淀,但入淀水量还是急剧减少,开始出现连年干淀,1970~1979年的平均年入淀水量减少到11.46亿m3,年平均弃水量减少到7.75亿m3;特别是80年代,出现了连续枯水年,天然入淀水量更小,10年总入淀量只有24.6亿m3,年平均入淀量2.5亿m3,年平均弃水量0.94亿m3。期间1984、1985、1986连续3年入淀水量为0,使白洋淀连续5年干涸,淀区的生态平衡遭到严重破坏,1988年丰水年才使白洋淀重新蓄水。90年代遇偏丰年分,天然年平均入淀水量增大到5.65亿m3,年平均弃水量也增大3.39亿m3;进入2000~2008年又遇连续枯水年分,天然年平均入淀水量仅0.52亿m3,没有弃水量。3.2水库补水水质为了防止白洋淀出现干淀,自1981年起,开始给白洋淀补水。历届河北省委、省政府和水利厅领导都非常重视这一问题。“输水救淀”已经成为一项决策。至今输水21次,输水总量10.7亿m3。其中,从1981~2006年,从上游王快、西大洋、安各庄水库补水18次,共补水约6.35亿m3;2004年2月实施了“引岳济淀”,入淀水量1.59亿m3;2006年11月又实施了“引黄济淀”,补水量1.0亿m3,经半年后白洋淀水位又处于干淀水位以下,2008年1月再次实施“引黄济淀”,补水量达1.58亿m3,才使白洋淀持续不干。从表1中可以看出,白洋淀年平均补水量80年代仅0.07亿m3,90年代年0.12亿m3,21世纪初上升到0.83亿m3。白洋淀补水量增多的原因是政府加大了补水力度,本流域上游水库蓄水量严重不足时,多次启用跨流域引水所致。4双累积曲线分析双累积曲线法是进行时间序列分析的一种常用方法,它的基本思路是两个变量按同一时间长度逐步累加。一个变量作为横坐标,另一个作为纵坐标,其拐点可作为分析变量阶段性变化的依据。当天然入淀水量只受降水变化而无其它因素影响时,双累积曲线应为一条直线;当受到人类活动等其它因素影响时,曲线将会发生偏移,偏移的程度反应了人类活动对径流影响的剧烈程度。因此降水与天然入淀水量的双累积曲线可以揭示人类活动对天然入淀水量影响阶段性变化。从图3中可以看出,双累积曲线在1979年和1996年有两个明显的拐点,说明1960~2008年降水量与天然入淀水量关系存在阶段性变化,据此分为三个阶段,即:1960~1978年,1979~1995年,1996~2008年。对这三个阶段进行线性拟合,可以发现直线逐步向右偏,三条直线斜率由0.0247降低到0.05,再降到0.03。说明降水对白洋淀天然入淀水量的影响程度在减弱,人类活动的影响程度在增加。从图中还可看出,第一阶段和第二阶段点子比较散乱,相关系数比第三阶段小,原因是受上游水库蓄水、泄水等人为防汛调度所致;第三阶段点子分布较好,相关系数大,是因期间上游水库放水较少,入淀水量基本上是淀区直接降水量。5流域降水与天然入淀水量的关系(1)通过以上分析可知,受降水减少和人类活动双重影响,白洋淀天然入淀水量逐年减少,至21世纪,除淀区直接降水外,几乎无水入淀。相反,人工补淀水量逐年上升,年补淀量从几千万立方米上升到1亿多立方米,从本流域扩大到外流域调水补淀。(2)白洋淀本身调