邯郸市地表水资源特性及变化趋势分析

'2013年第6期水科学与工程技术17邯郸市地表水资源特性及变化趋势分析李保敏，李杰(河北省邯郸水文水资源勘测局，河北邯郸056001)摘要：通过实测径流还原计算，得出区域内19562010年不同分区地表水资源量系列。结合区域内下垫面条件和降水情况，分析地表水资源量在空间分布上山区大于平原，且年内分配不均，主要集中在汛期的6～9月，年际变化在空间和时间上差别均较大。应用Mann—Kendall非参数统计检验法和有序聚类分析法，对山区、平原和全市天然径流量系列进行显著性、突变分析与处理．得出全市和山区地表水资源量系列呈明显下降趋势，平原区则无显著性变化趋势．且1964年和1977年是两个显著的突变点。关键词：地表水资源；水资源特性；变化趋势；显著性；突变中图分类号：TV121文献标识码：A文章编号：1672—9900(2013)06—0017—05AnalysisonCharacteristicsandTrendsofSurfaceWaterResourcesofHandanCityLIBao-min，LIJie(HandanHydrologyandWaterResourcesSurveyBureauofHebeiProvince，Handan056001，China)Abstract：Throughmeasuredreductioncalculationofrunof，derivedfromtheseriesofsurfacewaterresourcesof1956—2010inthedifferentregion．Accordingtotheconditionsofunderlyingsurfaceandprecipitationintheregion，thesurfacewaterresourcesinmountainousareasisgreaterthanthePlains，unequaldistributionoftheyear，itislargedifferentinspaceandtimeofinterannualvariability．Theanalysisandprocessingofdramaticallyandmutationonthenaturalrunoffse—riesofthemountains、thePlainsandthecitySthroughMann-Kendallnon-parametricstatisticstestsandsequentialclus—teringmethod，theseriesofsurfacewaterresourcesinmountainousareasandcityisevidentdownwardtrend，nosignifi—cantchangeintheplain，andmutationsin1964and1977aretwonotablepoints．Keywords：surfacewaterresources；characteristicsofwaterresources；changetrend；dramatically；mutation1区域概况不均，年际变化大，汛期的6-9月份占全年降水量的70％-80％。邯郸市位于河北省最南端．西依太行，东临华北大平原，晋冀鲁豫四省交界，总面积12047km，其中2河流水系山区面积4460km，平原面积7587km。区域属太行山中南部中低山向河北平原西南部过渡带，其地形邯郸市内主要有漳河、卫河、卫运河、滏阳河、洛地貌较为复杂多变【1】。以京广铁路西侧100m等高线河等河流．分别属于漳卫河水系和子牙河水系。另外为界，西部为中低山、丘陵和山间盆地，山地海拔一还有留垒河、老漳河、老沙河和马颊河等衍洪排沥河般在lO00m以下，东部为平原区，地势一般较为平道，分别属于黑龙港水系和徒骇马颊河水系。坦。漳河、卫河和卫运河均属漳卫河水系。卫河发源邯郸市属典型的暖温带半湿润大陆性季风气于太行山南麓河南省的新乡和焦作，流经区域内的候，日照充足，雨热同期，干冷同季，四季交替明显，魏县、大名、馆陶县，与漳河在徐万仓村汇合；漳河发呈现出春季干旱少雨、夏季炎热多雨、秋季温和凉源于山西省太行山区．上游有清漳河和浊漳河两条爽、冬季寒冷干燥的气候特征。全市年平均气温支流．其中清漳河经山西省左权县麻田村进入涉县，13．5℃，多年平均降水量539．4mm。降水量时空分布浊漳河经山西省黎城县石城村进入涉县．清、浊漳两[收稿日期]2013—10—21、[作者简介]李保敏(1977一)，男(汉族)，河北涉县人，高级工程师，主要从事水文水资源工作，(Te1)13513206249。 18李保敏，李杰：邯郸市地表水资源特性及变化趋势分析2o13年第6期条支流于涉县合漳村汇合为漳河[21，然后统经磁县进人岳城水库，于馆陶县徐万仓村与卫河汇合为卫运河，然后于馆陶县申街村流入邢台。滏阳河属子牙河水系．发源于太行山南段东麓峰峰矿区和村镇北。至新市区有黑龙洞泉群汇入，流入东武仕水库，经调蓄后下泄，流经磁县、邯郸县、邯山区、丛台区、永年、曲周、鸡泽7个县区，于鸡泽县吴官营乡东于口村出境进入邢台I31。其间有牛亡牛河、Rjmm渚河、沁河和输元河汇入。图1中部平原区P一月关系沼河是滏阳河的较大支流，上游有南、北沼河两3．2计算成果条支流．其中南沼河发源于武安市西北部管陶乡荒庄村，北沼河发源于活水乡秋树坪村，南、北沼河在采用上述计算方法，可求得1956～2010年邯郸武安市永和村汇合，下称沼河。沼河流经永年县，于市多年平均地表水资源量为5．78亿m。折合年径流鸡泽县流人邢台市。其间有马会河和淤泥河汇入。深48．0mm。由于山丘区降水量要大于平原区，且山丘区降水径流系数较大．故地表水资源量较多，为3地表水资源量计算5．05亿m3，折合年径流深113．2mm，占到总量的87．35％；平原地表水资源量为0．73亿m，折合年径3．1计算方法流深9．6mm，仅占总量的l2．65％。3．1．1漳河山区对19562010年地表水资源量系列采用皮尔逊漳河山区境内设有刘家庄、匡门口和观台水文Ⅲ型频率曲线进行频率计算。得到全市、山丘区及平站，境外设有天桥断水文站。对各水文站实测资料进原区的经验频率曲线。邯郸市平水年地表水资源量行一致性审查，并还原计算，然后，求出刘家庄～匡门为5．07亿m，，比多年平均值小0．71亿m；枯水年地口和匡门口～观台两区间的径流量系列，按面积比将表水资源量为3．43亿m，，比多年平均值小2．35亿m；两区间同步期的天然径流量系列进行缩放，以求得特枯水年地表水资源量为2．04亿m，比多年平均值漳河山区的地表水资源量。小3．74亿m，。其中，山区平水年、枯水年、特枯水年3．1．2滏阳河山区地表水资源量分别为4．53亿m3．3．20亿m和1．96滏阳河山区内各河流同在太行山迎风坡，且气亿m，，平原区平水年、枯水年、特枯水年地表水资源候和下壁面条件基本一致，故认为该区各河径流条量分别为O．35亿m。和0．13亿m。及0．07亿m。不件基本一致。将该区分为漏水区和南、北沼河非漏水同分区地表水资源量成果如表l，经验频率曲线如区进行计算，进而求出整个山区的地表水资源量。图24表1邯郸市多年平均地表水资源量成果单位：万m漏水区包括峰峰矿区全部、武安市大部和永年分区年径流均值，G兰!竺墨县、邯郸县、磁县、涉县的部分，总面积2363．1km。滏，mm20％50％75％95％阳河山区的天然年径流量扣除南、北沼河非漏水区山丘区113I250472O．52．568794453493197819583的天然年径流量，即为漏水区的地表水资源量。平原区9．673131．332．21153335021274688非漏水区位于南、北沼河上游的四里岩、车谷和全市48．0577850．552．580254506973428920409青塔水库一带，控制面积486．9km。利用面积比将车谷和口上水库的年径流系列进行缩放，分别求出南、4地表水资源特性分析北沼河非漏水区的径流量系列。4．1空间分布3．1．3平原区由于缺少水文控制站．所以平原区采用“以6月区域内山区年自产径流深的分布规律基本上与份地下水平均埋深为参数的综合降水径流关系”推年降水一致。而平原区自产年径流深的分布规律与求地表水资源量。平原区“P年～h月一R年”关系Ⅲ如图年降水的分布规律有所不同。主要是由于平原区下 2013年第6期李保敏，李杰：邯郸市地表水资源特性及变化趋势分析l9、li【i：}i}j：平均年径流深120ram。平原区多年平均年径流深V’⋯_i⋯—～一}¨。j⋯～～⋯r0寸⋯’T～}Ⅲ1¨“|1⋯⋯⋯⋯⋯⋯r_⋯{_r⋯!⋯}¨一}¨⋯⋯lOmm。=兮；。+—-1叶-1⋯⋯’⋯⋯1一卜．_}{__十}¨一卜⋯⋯．¨⋯L已i⋯。斗斗阜卜LL～}¨I⋯L一4．2年内分配及年际变化一-，＼＼l_⋯liL0¨_～}⋯_～_l⋯i!。土上⋯l0l}⋯●：⋯⋯0⋯⋯吕＼』¨J⋯L}．1li⋯0⋯⋯～由于受下垫面因素的影响，各分区径流的年内一一一+⋯{一}嵋}一}⋯{{_⋯{¨一-删j⋯0＼上。}一⋯l⋯；分配差别较大。除滏阳河东武仕以上流域径流年内。1＼，；}jflfi一一卜i—}十+l_卜⋯-⋯卜一t⋯⋯一4；一li⋯⋯Ll⋯分配较均匀外，其他山区7～l0月份的径流量占全年{!}j-：jl{iiiii⋯j_。一⋯⋯的60％～80％。东武仕以上流域l～5月的天然径流量一0～：i-一I一}_{一}一：!!⋯～⋯占全年的37．O％．汛期6～9月的天然径流量占全年}：；}；}I!}jiilj0．010．050．5125102030加5o60708O9095989999．999．99的35．2％．10～12月的天然径流量占全年的27．8％。而频率／％东部平原区径流量主要产自汛期的一两场暴雨。图2全市年径流量经验频率曲线2010年全市径流量年内分配情况如图5。暑月份图52010年全市逐月平均径流量受降水及下垫面因素的共同影响。径流的年际频率，％变化在空间和时间上差别均较大。清漳河流域的刘图3山丘区年径流量经验频率曲线家庄水文站年径流最大与最小比值为18．0；匡门口j⋯一⋯{上_}⋯i一¨【⋯0毒{¨一；．．L⋯}¨⋯}—L⋯⋯～。站的年径流最大与最小比值为14．0：匡门口～观台区j一一0一；I⋯一阜j一：⋯⋯⋯{⋯{⋯～⋯⋯，～■j—■⋯＼一1～3牟⋯3⋯|土一⋯3～⋯间的年径流最大与最小比值为96．6：沼河上游口上一一一⋯rir—r—rr了“～⋯一『¨⋯一⋯⋯⋯}一-⋯卜{}¨}}寸一}⋯卜_L一-⋯～⋯u水库站的年径流最大与最小比值为33．8。ill_—l一：』～i⋯～一IjLI～L～il⋯⋯L⋯一吕岩溶发育的地区径流年际变化更为悬殊。如沼I⋯一}⋯!}一l¨¨一L4一一一}i⋯．叶r一一{¨。『¨～{¨～rr一一r寸一寸十一～～r～～询{⋯～。}}}卜}}斗⋯}“⋯r⋯⋯t’⋯河流域临沼关站的最大与最小年径流量比值达到避～}¨⋯⋯手⋯⋯{～卜}¨}}斗u⋯卜}⋯卜_Ⅲ⋯⋯一卜一一⋯一04～卜；⋯⋯卜；0土一I⋯，一}士⋯⋯一．375．4．丰亡牛河木鼻站的最大与最小年径流量比值超}一一卜u牛⋯{¨⋯}¨七一}¨+，{一扣■一一斗⋯j⋯，叫{lI}＼i⋯{⋯0l⋯～}¨一L哪}⋯⋯过800。而泉水出露的地区径流年际变化则相对比，Li⋯⋯⋯0}¨』m』mI⋯04⋯⋯⋯}⋯⋯25较平缓．如滏阳河东武仕站的最大与最小年径流量l5≥薯I_茸j}一}r畦I_l’"_Jl_．_}j⋯⋯j比值为11．2．刘家庄～匡门口区间的年径流致大与最O0．010．050．51251O加30405o6070809o95989999．999．99频率，％小比值最小为7．6。图4平原区年径流量经验频率曲线垫面条件发生变化引起的。影响降水产流的因素不5地表水资源变化趋势分析仅是降水量的大小和时空分布．流域内地下水埋深5．1显著性分析的变化已成为影响降水产流的主要因素之一。因此．年径流的分布规律是降水的地区变化和流域下垫面Mann—Kendall非参数统计检验法可以检验一个调节等综合作用的结果。随机系列是否出现了显著性变化。该方法变量可以由单站和分区多年平均年径流深数值可看出．不具有正态分布特征．因此较适用于检验水文变量沼河上游口上水库一带为径流深的高值区。多年平的随机时间系列要素变化趋势是否具有显著性[51。均径流深高达240mm。滏阳河山区和漳河山区多年对于序列X产(戈，：，⋯，‰)，先确定所有对偶值 20李保敏，李杰：邯郸市地表水资源特性及变化趋势分析2013年第6期(，xi,j>i)中兢与的大小关系，然后计算检验统计量5=∑∑sgn(巧)。i=1j=i+l其。。中．f1if>0，sgn(xTx~)={0ifxFxi=O年份趋势检验的统计量Zl_，-—．-，—．．一0图6邯郸市地表水资源量()变化曲线、／(S)其中，Var()：l采用Mann—Kendal非参数秩次相关检验法对山丘区、平原区和全市地表水资源量序列进行显著性分析。给定显著性水平=0．01，计算山丘区和全市的趋势检验统计量z分别为一2．85、一2．88，为2．575，年份图7邯郸市山区地表水资源量S(r)变化曲线lzl>，故山区和全市地表水资源量系列呈明显0下降趋势，且具有高度显著性水平。平原区趋势检验0统计量zl_一1．88，lzl<，则平原区地表水资源量宝×0系列无显著性变化趋势。邯郸市地表水资源量系列Mann—Kendall检验结果如表20表2Mann—Kendall检验结果0年份图8邯郸市平原地表水资源量S(r)变化曲线由图6～图8可知，1964年和1977年是两个显著的突变点。1963年的特大洪水引发了"r=1964年的突变点；1973—1976四年间降水量均偏大，故7-=1977年亦成为突变点。5．2突变分析5-3年代变化分析有序聚类分析法是用来推求水文时间序列突变依据1956～2010年的地表水资源量系列分析．点的一种有效方法，对序列(=l，2，⋯，n)，设可能各年代地表水资源量与降水量变化大致相同。全市的突变点为r，计算突变前、后的离差平方和分别为：20世纪50年代、60年代平均地表水资源量比多年均值分别偏大68．5％和41．9％，20世纪70年代至2lr==∑()zt：l世纪以来分别偏少2．6％、20．6％、15．9％和27．5％：山丘区20世纪50年代和60年代地表水资源量分别：一∑()T+1比1955年均值多73．7％、36．8％，20世纪7O年代至其中，、分别为突变点r前、后的水文序列21世纪以来分别偏少4．6％、18．1％、12．5％和28．2％：均值。平原区20世纪50～7O年代平均地表水资源量比总离差的平方和：S()=『_卜一1955年均值分别偏多33．O％、77．4％和l1．6％，20世然后，找出使()值最小的点，该点即为序列纪80年代至21世纪以来分别偏少37．6％、39．4％和的突变年份[。23．0％。邯郸市各分区不同年代降水量及地表水资源应用有序聚类分析法分区对地表水资源量系列量变化情况如图9～图11，山区、平原区各年代地表进行突变分析，计算出与7-对应的Sn()值，绘制5()水资源量均值变化如图l2。曲线。不同分区地表水资源量系列突变点分析如图5．4不同系列地表水资源量对比分析6～图8。将2001—2010年现状条件下的地表水资源量成 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