滹沱河流域地處全國最缺水的華北平原與山西高原相接地區(qū)，跨越晉、冀兩地，分布有包括石家莊、陽泉、忻州、衡水等城市的17個縣市，流域人口約646萬。出于對突出水資源問題解決的目的，多年來，許多學(xué)者針對流域范圍內(nèi)不同地區(qū)水資源問題進行過研究[1-7]，取得了不少成果，內(nèi)容涉及水資源特性、變化、影響因素等問題。

　　摘要：通過分析滹沱河全流域自然地理環(huán)境和社會經(jīng)濟情況，將流域劃分為3個水資源區(qū)：小覺以上區(qū)域（I區(qū)—成水和用水環(huán)境）、小覺至黃壁莊之間區(qū)域（II區(qū)—成水環(huán)境）、黃壁莊以下區(qū)域（III區(qū)—用水環(huán)境）。利用20世紀50年代以來水文、氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合對前人研究成果的整理，探討了半世紀以來滹沱河流域分區(qū)水資源的演變規(guī)律，并剖析了流域水資源變化的機理。結(jié)果表明：近50年來，全流域水資源總量呈現(xiàn)出減少趨勢，不同區(qū)域減少幅度各不相同；I區(qū)和II區(qū)的水資源變化受人類活動和氣候變化的雙重影響，但影響機理和程度有所差異；而III區(qū)的水資源變化則完全由人類活動控制，自然因素幾乎可以忽略。

　　關(guān)鍵詞：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,水資源量,降水量,徑流量,滹沱河流域

　　分析發(fā)現(xiàn)，這些成果對理清流域水資源的變化與影響機制還存在一些障礙：（1）缺乏全流域角度研究上中下游的關(guān)聯(lián)；（2）缺乏自然分區(qū)研究，多行政分研究；（3）存在研究標準不統(tǒng)一的問題，如上中下游的劃分、水資源量的計算標準等；（4）較少有長時間尺度的水資源演變分析。上述原因造成研究者得出的結(jié)論差異較大，甚至出現(xiàn)矛盾的現(xiàn)象。本文利用人類活動強度最大的近50年資料，在前人有關(guān)環(huán)境變化、人類活動和水資源研究成果的基礎(chǔ)上，全流域地系統(tǒng)分析滹沱流域水資源變化情勢，剖析上中下游之間的相互影響，探討幾十年來水資源變化的驅(qū)動因素，為流域水資源調(diào)控與水環(huán)境整治提供參考。

　　1流域的基本情況與分區(qū)

　　1.1流域的水系與地形

　　滹沱河為海河流域子牙河系的兩大支流之一，發(fā)源于山西省繁峙縣五臺山北麓，迂回穿越太行山進入河北省平山縣境，東流至獻縣，與滏陽河匯合后形成子牙河，全長587km，流域面積24690km2，見圖1。

　　自源頭以下，滹沱河流經(jīng)了四種典型地貌類型：山間盆地、山地、丘陵、平原，分別占流域總面積約為20%、50%、10%、20%。河流上游為源頭至山西五臺縣瑤池村（圖1中濟勝橋水文站所在地），流經(jīng)山西忻州盆地，河床寬淺，四周環(huán)繞云中山、五臺山等。上游河段周圍群山環(huán)繞，支流密集，集水能力強，較大的支流有云中河、牧馬河、陽武河。中游為瑤池至黃壁莊水庫段，屬太行山山地和丘陵地帶，其中瑤池至小覺為山區(qū)，小覺至黃壁莊水庫為丘陵區(qū)。中游河段河谷深切，呈“V”形谷，河床落差大，水流湍急，支流較稀疏，但發(fā)育有流域最大的支流（冶河）。河流下游是黃壁莊水庫。滹沱河經(jīng)過黃壁莊以后進入華北平原，至河北獻縣為下游河段，河道寬廣，水流緩慢，基本無支流，為典型的線狀水系，集水能力極差。

　　1.2流域氣候條件

　　流域內(nèi)氣候類型為溫帶季風(fēng)氣候，氣候空間分布規(guī)律受地貌控制：氣溫隨高程的增加而降低，盆地高、山區(qū)低，中上游多年平均氣溫為4.0℃～8.8℃，下游為11.8℃～13.3℃；受山東雨影區(qū)、太行山阻擋等影響，多年平均降水量呈現(xiàn)出上游少、中游多、下游少的特點，流域上游區(qū)和中游河谷區(qū)多年平均降水量為382.2～583.1mm、中游山區(qū)528.4～818.9mm，下游地區(qū)為480～570mm；平原區(qū)蒸發(fā)能力大于山丘，干旱高溫地區(qū)蒸發(fā)能力大于植被良好、濕度較大的低溫地區(qū)，中上游多年平均蒸發(fā)量在700～1100mm之間，由盆地河谷向高山遞減，下游多年平均蒸發(fā)量在1600～2100mm之間，比年降水量多2～3倍。

　　1.3水文地質(zhì)

　　流域山區(qū)和丘陵廣泛出露有前寒武系的片巖、片麻巖、板巖和砂巖、石灰?guī)r等，以及古生代的砂頁巖、石灰?guī)r和新生代的紅土、黃土、沖洪積松散堆積層。前寒武系變質(zhì)巖、碎屑巖石中的裂隙水是山區(qū)丘陵區(qū)地下水的主要開發(fā)類型；古生界石灰?guī)r中巖溶—裂隙水豐富，與地表水補排關(guān)系復(fù)雜；第四系松散堆積物中則富含孔隙水，是盆地、平原區(qū)地下水的主要賦存類型。

　　1.4流域分區(qū)及特點

　　綜合分析滹沱河全流域自然環(huán)境及水資源開發(fā)利用情況，不難發(fā)現(xiàn)滹沱具有獨特的流域特點：在人類干擾活動不大的情況下，流域徑流主要形成于中上游地區(qū)、水資源開發(fā)于上游和下游環(huán)境，中游出口水量直接決定了下游平原地區(qū)水資源量。目前，上游水資源開發(fā)形式主要是地表水利工程截水、地下水開采；中游的大型水利工程主要是為下游城市及農(nóng)業(yè)供水；下游則主要是大規(guī)模地下水開采。

　　考慮到數(shù)據(jù)獲取、水系劃分、自然環(huán)境特點以及計算方便，將滹沱河流域劃分為3個水資源區(qū)，即：小覺水文站以上區(qū)域（I區(qū)），流域面積14000km2，為成水與用水環(huán)境；小覺至黃壁莊區(qū)域（II區(qū)），控制上游流域面積23400km2，但II本身流域面積9400km2，為成水環(huán)境；黃壁莊以下區(qū)域（III區(qū)），流域面積1290km2為典型的用水環(huán)境。

　　2流域分區(qū)水資源的變化

　　2.1分區(qū)地表水資源的變化

　　地表水資源量指河流、湖泊等地表水體的動態(tài)水量，用天然河川徑流量表示。I區(qū)地表水資源量使用小覺水文站徑流數(shù)據(jù)；II區(qū)地表水資源量使用黃壁莊水文站數(shù)據(jù)，反映了崗南—黃壁莊水庫（即石家莊市主要地表水源地）區(qū)間的水資源變化情況；III區(qū)則使用北中山水文站數(shù)據(jù)。

　　根據(jù)石家莊市水資源公報及相關(guān)文獻中的數(shù)據(jù)[8-9]，將20世紀50年代以來，每10年一個階段，進行水資源量距平計算，結(jié)果見圖2。可以看出：80-90年代各區(qū)水資源變化不大，20世紀初期突然大幅減少；50-60年代的水資源量遠超50年來的平均水平；70年代成為轉(zhuǎn)折時期，水資源顯著變少，但不同區(qū)的變化情況有所不同；50-60年代，越向下游減少幅度越小；70-80年代，越向下游減少幅度越大。中上游地區(qū)（I區(qū)）在70年代為正距平，70年代以后大幅減少。崗南——黃壁莊水庫之間地區(qū)（II區(qū)）水資源變化的轉(zhuǎn)折期在70年代。黃壁莊水庫以下地區(qū)（III區(qū)）60年代還有一定量的天然地表水資源，70年代后大幅減少，80年代后河道幾乎無水，因此70、80、90年代地表水資源沒有明顯變化。2.2分區(qū)地下水資源的變化

　　因為不同文獻的地下水資源評價方法不同，進行地下水資源量的比較存在困難，因此選擇地下水位這一客觀參數(shù)來分析地下水資源變化趨勢。

　　第I水資源分區(qū)在20世紀80年代開始，地下水資源成為該區(qū)水資源開發(fā)總量的主要組成部分，且開采區(qū)域以盆地平原區(qū)為主[10]。資料顯示[1]，1982年-2000年間，忻定盆地地下水位平均每年下降1.04m。到2000年，盆地內(nèi)超采區(qū)集中在忻州市和原平市，超采區(qū)占盆地總面積3.5%，而采補平衡區(qū)47.6%，尚有開采潛力區(qū)面積占48.9%。而到2010年，忻定盆地地下水位上升區(qū)、下降區(qū)、相對穩(wěn)定區(qū)面積分別占盆地區(qū)總面積的3.7%、14.7%和81.6%，地下水采補平衡區(qū)面積大幅增加，具有開采潛力區(qū)面積大幅減小，超采區(qū)面積有所增大。

　　第II水資源區(qū)地下水以變質(zhì)巖、碎屑巖裂隙水和局部巖溶裂隙水形式，以及局部河床第四系堆積物中的孔隙水形式存在。根據(jù)石家莊市水資源公報數(shù)據(jù)，近10年內(nèi)地下水資源變化不明顯。

　　第III水資源區(qū)淺層地下水呈現(xiàn)區(qū)域疏干加劇的態(tài)勢[2-3]：20世紀60-70年代，地下水位埋深以小于10m為主，特別在60年代甚至全區(qū)地下水位均小于10m；到了80、90年代地下水位開始以較大幅度下降，10～30m埋深的區(qū)域占據(jù)了主導(dǎo)；21世紀前10年則大部分地區(qū)達到20～40m埋深。從下降幅度來看，劇烈下降發(fā)生在70年代以后，特別是21世紀前10年[4]。

　　3流域水資源變化影響因素分析

　　3.1自然環(huán)境因素

　　從流域水平衡角度分析，在流域成水環(huán)境中（I、II水資源區(qū)），氣候因素中降水和蒸散發(fā)是天然條件下水資源形成的必要條件，下墊面的變化則起著分配蒸散發(fā)量、地表水資源量、地下水資源量的作用。下墊面變化對水資源總量的影響實際上可以被綜合在蒸散發(fā)量變化的影響中考慮，或者被綜合在徑流變化和地下水變化中。其他如氣溫、濕度等氣象因子對水資源的影響都可被綜合在降水、蒸散發(fā)這兩個因子中考慮。

　　3.1.1成水環(huán)境中的自然因素

　　近50年來氣候變化研究結(jié)果顯示[5，11-12]，流域成水環(huán)境中（第I、II水資源區(qū)）降水減少趨勢明顯，但是蒸散發(fā)量和降水量基本同步地持續(xù)下降，只是在20世紀80年代和90年代下降趨勢減緩，之后又加劇。這不但表示了蒸散發(fā)量變化受主要降水量控制，而非研究區(qū)水資源變化的主要影響因素，而且說明I、II區(qū)影響水資源變化的關(guān)鍵自然因素是降水。

　　崔炳玉等[5]通過20世紀80年代之前40年和之后20年資料分析計算認為，氣候變化對滹沱河徑流量影響程度從源頭向下游逐漸減小，山區(qū)大于山丘—盆地平原區(qū)混合區(qū)。與圖2（a）和圖2（b）對比后不難發(fā)現(xiàn)，降水減少與水資源減少同步且幅度相近，同樣說明其是第I、II水資源區(qū)地表水資源減少的主要因素。不過，20世紀初期I、II區(qū)水資源大幅減少，而降水并未同步變化，說明此階段水資源變化并非降水因素影響的結(jié)果，其原因?qū)⒃谙挛闹蟹治觥?/p>

　　3.1.2用水環(huán)境中的自然因素

　　在純用水環(huán)境的第III水資源區(qū)，表面上自然因素與人類活動因素相互疊加，幾乎難以區(qū)分，如蒸發(fā)量變化應(yīng)屬于自然因素，近60年來本區(qū)降水有減少趨勢但蒸發(fā)量、氣溫卻有增加趨勢[13]，這與前述的I、II區(qū)完全相反。但究其原因，是在下游平原區(qū)大面積灌溉和氣溫整體升高的趨勢下，蒸發(fā)量必然增加。

　　在氣候干旱年份，特別是農(nóng)作物生長季干旱較嚴重時，農(nóng)業(yè)用水會大幅上升，但是這部分會被綜合反映到人類活動因素中的。總之，III區(qū)水資源量的變化應(yīng)該是嚴格受控于II區(qū)來水多少和區(qū)內(nèi)人類活動因素，區(qū)內(nèi)自然因素影響微弱。

　　3.2人類活動因素

　　3.2.1成水環(huán)境中的人類活動因素

　　（1）第I水資源區(qū)。該區(qū)人類活動遍及忻定盆地，但強度和形式都有所不同。2000年以前，忻州市水資源開發(fā)利用程度并不算高，1990年-2000年間地表水開發(fā)利用程度為41.1%，地下水開發(fā)利用程度37.1%[14]。崔炳玉[5]通過計算認為與1956年-1980年相比，1980年-2000年期間自然因素和人類活動造成的徑流減少量占整個徑流減少量的百分比分別為38.9%和61.1%。但因為其計算中將人類對下墊面改造的影響也納入人類活動影響中，所以人類活動對水資源問題的影響并沒有數(shù)據(jù)所顯示的那么大。

　　但是在進入21世紀以后，情況發(fā)生了根本改變，以2000年為例，忻定盆地內(nèi)忻州市、定襄縣、原平市3個主要縣市取水量已達當?shù)厮�資源總量的81.5%、95.3%、54.5%[15]。韓冬梅[16]對2004年忻定盆地進行地下水資源均衡計算結(jié)果表明，水資源均衡誤差為-1.78%，多年平均排泄量略大于多年平均補給量，而排泄量中56.1%為地下水開采。

　　對比圖2（a）及前文中自然環(huán)境因素分析，可以認為，2000年以前I區(qū)中人類活動與自然環(huán)境變化對水資源的影響程度差異不大，前者影響要更大一些。但2000年以后，情況有所變化，圖2（a）中20世紀初期I區(qū)水資源較大幅度減少的主要原因是人類活動與降水減少雙重正向疊加的效應(yīng)，且人類活動影響比重更大一些。

　　（2）第II水資源區(qū)。本區(qū)內(nèi)人類活動的主要形式是20世紀50、60年代在本區(qū)修建了全流域最大的兩個水庫：崗南水庫和黃壁莊水庫。兩座水庫的建設(shè)幾乎同時進行。水庫建設(shè)對地表水的阻滯和對地下水位的抬升作用有助于緩和II區(qū)內(nèi)水資源減少幅度。對比水庫建設(shè)大事記，還可發(fā)現(xiàn)圖2（b）中20世紀初期水資源大幅下降的原因是90年代末期開始的水庫引水活動。因此，第II區(qū)水資源變化的主導(dǎo)因素是自然因素疊加人類活動干擾，但近50年來人類活動干擾過程較復(fù)雜，經(jīng)歷了反向干擾—同向干擾的變化過程。

　　3.2.2用水環(huán)境中的人類活動因素第III區(qū)內(nèi)水資源短缺、水環(huán)境惡化問題非常嚴重，突出表現(xiàn)在河道斷流、地下水位下降嚴重。綜合前方所述及圖2（c）所示，并對比水庫大事記，這兩種現(xiàn)象都直接由人類活動造成，即II區(qū)水庫截流、水庫引水供給III區(qū)的工農(nóng)業(yè)和城市用水等活動，以及III區(qū)地下水開采，并且這些活動對本區(qū)的影響是疊加放大的。

　　首先在水庫建成后，III區(qū)地表水的主要依靠黃壁莊水庫泄洪[6-7]。20世紀70年代初曾有4年斷流；80、90年代河道基本干涸，其后果是淺層地下水補給基本缺失，加上水庫防滲處理，地下水的側(cè)向補給量也大幅減少[17]。石家莊地區(qū)1995年-2001年受1996年洪水影響，地下水位下降速率變?yōu)橛汕?0年的1.22m/a變?yōu)?.07m/a[18]，說明河道徑流對地下水的位變化的影響比較明顯。

　　其次，作為全流域經(jīng)濟活動、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最為發(fā)達的地區(qū)，III區(qū)用水逐年高速增長[7]，王金哲[19]等人考慮III區(qū)內(nèi)人口、耕地面積、地下水開采井數(shù)、糧食產(chǎn)量、渠道引水等因素，綜合評價了III區(qū)內(nèi)人類活動強度，認為從20世紀70年代至21世紀初期，人類活動不斷增強，且強度最大的區(qū)域在石家莊市周邊。根據(jù)石家莊的地下水開采歷史和地下水位變化情況可知，人類開采活動對地下水III區(qū)地下水位變化影響巨大[20]。

　　綜上所述，圖2（c）中地表水資源變化趨勢也表現(xiàn)出20世紀70年代開始大幅減少，但80年代以后距平百分比達94%以上，原因是III區(qū)自身產(chǎn)流微弱，自然因素變化對水資源主要是間接影響，人類活動干擾下的上游來水變化和區(qū)內(nèi)地下水不斷增強的開采活動才是水資源銳減的主導(dǎo)因素。

　　4結(jié)論

　　（1）根據(jù)自然地理背景和經(jīng)濟發(fā)展情況，可將滹沱河劃分為3個水資源區(qū)：I區(qū)為小覺以上部分，屬于成水用水環(huán)境，具有一定規(guī)模的人類用水活動，但支流密集，產(chǎn)流能力較強；II區(qū)為小覺至黃壁莊段，屬于成水環(huán)境，降水較豐富，產(chǎn)流能力較強，區(qū)域內(nèi)的用水活動并不強烈，但存在流域內(nèi)最大的水利工程；III區(qū)為黃壁莊以下區(qū)域，屬于用水環(huán)境，產(chǎn)流能力極弱，人類用水活動極為活躍。

　　（2）I區(qū)、II區(qū)的水資源減少趨勢受自然因素和人類活動雙重影響，但I區(qū)中兩種因素同向影響，II區(qū)中人類活動則經(jīng)過了反向影響到同向影響的變化；III區(qū)水資源減少幅度巨大，是II區(qū)水利工程和本區(qū)內(nèi)人類活動同向疊加影響的結(jié)果。

　　（3）在進行水資源影響機理分析過程中，有時對具體某些影響難區(qū)分，此時應(yīng)從影響結(jié)果和計算過程進行合理歸類。比如人為改變下墊面造成的水資源總量變化可以被綜合在蒸散發(fā)量變化的影響中，其他如氣溫、濕度等氣象因子對水資源的影響都應(yīng)該被綜合在降水、蒸散發(fā)這兩個因子中考慮，而不應(yīng)重復(fù)計算。

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