華北平原水資源動(dòng)態(tài)變化及影響因素分析

華北平原水資源動(dòng)態(tài)變化及影響因素分析

豫北平原包括北京市、天津市和河北省平原，以及山東省和河南省黃河以北的平原和河流。根據(jù)生動(dòng)和形態(tài)特征，華北平原可分為先進(jìn)洪水沖洪積平原、中部洪積平原和東部濱海沖洪積平原。根據(jù)地下水層和水文條件，華北平原的地下水可分為扁平地下水和深層地下水。原平地下儲(chǔ)水設(shè)施滲透性強(qiáng)，是區(qū)域地下水的主要儲(chǔ)水區(qū)，地下水資源60%以上。這種類型的地下水比較緩慢。在華北平原的突出水資源問題上，分析了影響地下水位動(dòng)態(tài)變化的因素。1突出的水資源問題華北平原在地下水開采、地表水利工程、降水、蒸發(fā)等一系列因素的影響下,地下水位下降、地表水干枯、水資源供給不足等問題越來越突出.1.1地下水開采量分析隨著地下水開采能力增強(qiáng)和開采量增大,地下水已成為華北平原的主要供水水源.山前平原主要開采淺層地下水,中東部平原主要開采深層地下水.如,2000年河北平原總供水量165.6億m3,其中地下水開采量139.9億m3,占總供水量的84.48%.1.2地下水動(dòng)力場(chǎng)現(xiàn)狀自然狀態(tài)20世紀(jì)60年代初,山前平原區(qū)淺層地下水埋深在1～10m之間,地下水動(dòng)力場(chǎng)基本保持天然狀態(tài).1984年,山前平原區(qū)淺層地下水位普遍下降5～20m.2001年,山前平原區(qū)淺層地下水埋深已達(dá)40m,中部和東部平原水位也有所下降(表1).1.3徑流導(dǎo)致的徑流減少?gòu)慕邓蛷搅鞯年P(guān)系發(fā)現(xiàn),20世紀(jì)80年代之后相同的降水產(chǎn)生的徑流量減少.如“63.8”大水時(shí),華北平原區(qū)徑流系數(shù)為0.48;而“96.8”大水的徑流系數(shù)為0.251.2自然因素分析2.1降水量特征氣候因素是制約水循環(huán)最主要的因素,分為直接和間接兩種.直接影響主要來自大氣環(huán)流變化引起的降水時(shí)空分布、強(qiáng)度和總量的變化,間接影響主要來自陸面過程.海河流域陸面水循環(huán)的氣候特征(徑流量/降水量,蒸發(fā)量/降水量)與各流域相比,海河為0.16和0.84,黃河為0.18和0.82,長(zhǎng)江為0.49和0.51,相比之下,海河流域地面產(chǎn)流最少,陸面蒸發(fā)量最大.華北平原多年平均降水量556.1mm.降水除年內(nèi)分布不均勻外,還有易發(fā)生連續(xù)豐水或連續(xù)枯水的特點(diǎn),K枯最大值為0.70,K豐1最大值為1.99.根據(jù)近50年的降水觀測(cè),降水量有下降的變化趨勢(shì).如石家莊市(圖1)平均降水量531.4mm,20世紀(jì)50年代為580.6mm,距平值高約9.4%;60年代為581.2mm,距平值高約9.4%;70年代為500.6mm,距平值低約5.8%;80年代為501.1mm,距平值低約5.7%;90年代為549.3mm,距平值高約3.4%.2.2氣溫動(dòng)態(tài)變化的時(shí)間華北平原多年平均氣溫有上升的趨勢(shì),如1949～2001年,天津市年平均氣溫升高了1℃;石家莊市平均氣溫升高了1.3℃.圖2是石家莊市氣溫變化過程及趨勢(shì).1956～2002年多年平均氣溫為13.3℃,其中20世紀(jì)50年代為12.64℃,60年代為12.93℃,70年代為12.96℃,80年代為13.18℃,90年代為14.03℃.20世紀(jì)80年代前平均氣溫大多低于多年平均值,90年代都高于平均值.1980～2002年平均氣溫為13.7℃.3化學(xué)成分隨氣運(yùn)動(dòng)人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響,反映在兩個(gè)方面,一方面是由于人類生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,使大氣化學(xué)成分發(fā)生變化,引起氣溫升高;另一方面是人類活動(dòng),如水資源開發(fā)利用等,作用于流域下墊面,雖然是局部的,但其強(qiáng)度往往很大.3.1大型水庫(kù)洪水大型水庫(kù)的興建,攔蓄了山區(qū)大量洪水,減少了平原的災(zāi)害.1963年大洪水,海河南系的8座大型水庫(kù)削減洪峰流量30%以上,最大達(dá)到89%.1988年大清河、滹沱河出現(xiàn)了1963年后又一次較大的洪水,洪水量為41.47億m3,所在河流的大型水庫(kù)攔蓄了10.83億m3,占洪水總量的26%,削減洪峰60%以上(表2).3.2地下水開采量、開采量現(xiàn)狀淺層地下水系統(tǒng)與地表水系統(tǒng)和大氣降水系統(tǒng)連通性好,人類活動(dòng)和氣候變化在淺層地下水系統(tǒng)反映敏感.據(jù)統(tǒng)計(jì)2,20世紀(jì)50年代河北平原地下水開采量只有30多億m3,1991～2000年華北平原淺層地下水開采量179.19億m3/a,淺層地下水總補(bǔ)給量為234.89億m3/a,總排泄量為257.51億m3/a,補(bǔ)排差-22.62億m3/a,總體處于超采狀態(tài).開采強(qiáng)度為14萬(wàn)m3/(a·km2).4影響結(jié)果氣候因素與人類活動(dòng)因素之間相互作用,其綜合反映的結(jié)果是水資源量減少.4.1地表水保護(hù)4.1.1地表水資源量對(duì)比由于受到出山口水庫(kù)的攔蓄,山區(qū)徑流幾乎不排入平原河道,絕大部分河流已成為季節(jié)性河流或常年干涸.受人類活動(dòng)影響,徑流量比降水量年際變化幅度更大.不同系列地表水資源量分別為264億m3(1956～1984年)、220億m3(1956～1998年),二系列相比,全流域地表水資源量減少了16.6%1.4.1.2世紀(jì)80年代至20世紀(jì)80年代,全球最優(yōu)均值為華北平原多年平均入海水量為107億m3,其中,20世紀(jì)80年代之后僅1996年高于均值,其余除1994年和1995年與均值持平外,都低于均值(圖3).4.2地下水補(bǔ)給量情況河流長(zhǎng)期斷流導(dǎo)致平原區(qū)沿河道線狀補(bǔ)給地下水量明顯減少.如1963年大清河水系平原地下水補(bǔ)給量40.1億m3/a,其中河道滲漏補(bǔ)給量占24.81%2.1956～1980年海河流域山前平原多年平均地下水補(bǔ)給量66.2億m3/a,其中河道滲漏補(bǔ)給量占7.29%.1980～2000年,河道滲漏補(bǔ)給地下水的資源量減少至不足3%.4.3地下水漏出量和水位變化在淺層地下水位下降的同時(shí),開采地下水集中的山前沿線城市區(qū)也出現(xiàn)了規(guī)模不等的地下水位降落漏斗,如北京漏斗,高陽(yáng)—蠡縣—清苑漏斗、石家莊漏斗、寧晉—柏鄉(xiāng)—隆堯漏斗等.圖4反映了石家莊地下水降落漏斗的發(fā)展過程.該漏斗形成于l965年,至2001年,漏斗中心水位埋深由7.57m增加到43.89m,平均每年增加1.2m.其中1965～1975年0.76m/a;1975～1985年1.60m/a;1985～1995年1.22m/a,2001年6月漏斗面積達(dá)348km2.5華北平原水資源量和年降水衰減量地下水資源的變化有自然因素也有人為因素.一般來說,自然因素影響較為緩慢,人為因素影響較為迅速.然而,通過分析石家莊市降水量和氣溫等自然因素,發(fā)現(xiàn)降水量在大趨勢(shì)下降條件下有個(gè)別突變,氣溫總體呈上升趨勢(shì),這除了會(huì)產(chǎn)生城市熱島效應(yīng)外,更主要的是將導(dǎo)致水資源量減少.有研究認(rèn)為:海河平原的地下水資源減少量(ΔQ)與年降水衰減量(ΔP)之間存在正相關(guān)關(guān)系,可用相關(guān)公式表示為ΔQ=1.16ΔP?3.64ΔQ=1.16ΔΡ-3.64即若將海河平原全區(qū)作為一個(gè)整體來考慮,以1956～1984年多年平均地下水資源量和降水量作為基數(shù),當(dāng)海河平原平均降水量減少1%時(shí),將導(dǎo)致地下水資源量減少4.8%,約12.81億m3/a.當(dāng)降水量不變時(shí),在人類活動(dòng)影響下,地下水資源量將減少3.64%,約9.72億m3/a.華北平原的主體是海河平原,