湯旺河流域生態(tài)水文過程研究

曹偉征

（黑龍江省佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002）

1 研究區(qū)域概況

湯旺河流域地處松花江下游,由北向南貫穿小興安嶺腹地,流域面積20，557 km2，流域呈樹枝狀，流域內(nèi)當前主要設(shè)置了5個水文站，因帶嶺水文站處永翠河上，為西南岔河的支流，故這次研究未考慮。其中湯旺河干流上設(shè)置了3個站，支流上有2個站。其中晨明（二）水文站控制了湯旺河流域整個集水區(qū)域面積的92.1%。

湯旺河流域?qū)俦睖貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫-1℃，1月平均氣溫-26℃，7月平均氣溫20℃，年降雨量627.9 mm，年蒸發(fā)量1 036.0 mm(φ20cm蒸發(fā)皿)。流域主要巖層為花崗巖和花崗閃長巖,土壤以棕色針葉林土和暗棕壤為主，主要植被是以闊葉紅松林為主的溫帶針闊混交林及闊葉混交林。

湯旺河流域水系較為發(fā)育，湯旺河支流眾多,共有大小支流、溝溪611條。湯旺河屬山溪性河流,水量主要來自大氣降水和地下水補給,年內(nèi)徑流量分配與降水量的大小相適應(yīng)。水資源的時空分布不均,年際間存在著豐枯交替變化的特點。地表水和淺層地下水最大最小徑流相差懸殊。年內(nèi)近70%的地表徑流集中在6—9月，50%的地表徑流集中在7—8月。

流域內(nèi)各支流對水資源和水能的開發(fā)利用也在明顯加大，主要體現(xiàn)在近年來水庫和水電站的修建明顯增加。當前，正在實施湯旺河流域梯級水電站開發(fā)規(guī)劃，據(jù)《湯旺河流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃》可知，湯旺河流域水電梯級開發(fā)項目總裝機為21.741萬kW，從2008年至2014年分別開發(fā)建設(shè)紅山、緩嶺、苔青、綠樺、晨明、陶家、慶豐共7座水電站，設(shè)計總裝機15.682萬kW，從2013年至2018年開發(fā)建設(shè)新青、五營、大豐、榆林、十八拐及湯旺河共6座水電站，總裝機6.059萬kW，近期規(guī)劃的7座水電站的可行性研究工作都還在進行過程中，但均未開工建設(shè)。另據(jù)伊春市百湖工程規(guī)劃，伊春將在今后“十二五”和“十三五”期間建成54個水庫和水電站。

湯旺河流域下墊面以森林分布為主湯旺河屬少沙河流，流域內(nèi)植被良好,森林覆蓋面積約占70%[4]。但近60年來內(nèi)，流域內(nèi)森林結(jié)構(gòu)一直發(fā)生了顯著的變化。闊葉紅松林是湯旺河流域地帶性植被,由于不合理的開發(fā)和利用,原始闊葉紅松林在流域范圍內(nèi)消耗殆[7]。主要體現(xiàn)在森林的過分砍伐，成熟林和過熟林面積比重較小，以天然次生林和人工林面所占的比重一直在增加。森林結(jié)構(gòu)的變化已對流域水文過程產(chǎn)生了較為明顯的影響。

2 生態(tài)水文過程的變化特征

2.1 徑流總量呈現(xiàn)遞減趨勢

據(jù)湯旺河干流上的五營（二）、伊新和晨明（二），3個水文測站歷年月平均流量數(shù)據(jù)均顯示流域內(nèi)的徑流量呈減少的趨勢。此外，支流西南岔河上的南岔（二）和伊春河上的伊春（三）兩個水文站，歷年月平均流量數(shù)據(jù)也顯示所控制子流域所產(chǎn)生地地表徑流量呈遞減趨勢。

2.2 流域內(nèi)徑流量的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)在增大

據(jù)魯仁達等（2009）研究得：出湯旺河干流五營、伊新和晨明3個水文站的年內(nèi)分配不均勻系數(shù)，分別為0.64，0.41和0.39，表現(xiàn)出呈現(xiàn)自下游向上游逐漸遞增的趨勢。但這種變化趨勢的原因暫未見相關(guān)解釋，筆者初步認為徑流年內(nèi)分配不均勻數(shù)的增大與森林結(jié)構(gòu)以及地形地貌等有關(guān)系，特別是森林大面積的砍伐對改變下墊面的水熱平衡會有一定的關(guān)系。一般地山丘區(qū)徑流年內(nèi)分配不均勻數(shù)要大于平原區(qū)。

2.3 河流水位過程呈下降趨勢

據(jù)統(tǒng)計：晨明（二）水文站自1977年至2009年年，平均水位變化過程線（圖1）可知，湯旺河流域水位過程也在呈下降走勢。

圖1 晨明（二）水文站歷年年平均水位過程線（1977-2009）

3 生態(tài)水文過程變化的驅(qū)動力分析

1）流域內(nèi)年徑流量呈減少的趨勢，表現(xiàn)出對全球氣候變暖的一定響應(yīng)，因升溫將導(dǎo)致流域內(nèi)季節(jié)性凍土層變薄，將影響地表徑流的形成過程，整體表現(xiàn)出徑流深呈減少的方向發(fā)展；同時，因升溫也增加了流域內(nèi)蒸發(fā)潛力。

2）近60年來，森林結(jié)構(gòu)的顯著改變，擾動了原有降水與產(chǎn)流過程，即森林對降水的容量與平衡過程被打破；同時也表明北方寒區(qū)森林砍伐減少了流域產(chǎn)流量。由于湯旺河流域的降水形式包括降雨和降雪，而在森林結(jié)構(gòu)的變化（主要體現(xiàn)在天然次生林、灌木林、稀疏林和人工幼林的比重增加），導(dǎo)致降水在流域內(nèi)的再分配過程，即產(chǎn)匯流過程發(fā)生明顯的變化，森林區(qū)域呈現(xiàn)出對降水的滯納容量與產(chǎn)流動態(tài)平衡關(guān)系在不斷地在被人為打破，總體上朝著不利于地表徑流形成以及降水蓄積過程的方向發(fā)展，而是朝蒸散發(fā)量增加的方向發(fā)展。

3）湯旺河流域森林區(qū)域由于冬季的降雪以及平時的降雨，使得地表徑流的產(chǎn)匯過程變得相對復(fù)雜。往往回歸河道的徑流量中有來自地表的，也有來自地下水徑流以及壤中流。如果流域森林植被的破壞，會加劇水土流失，同時會減少徑流總量的形成。據(jù)張怡春（2006）研究得出：湯旺河流域內(nèi)的湯旺河林場所轄區(qū)域內(nèi)，自1984年至2004年間，非林面積由901 hm2增至2 350.48 hm2。這主要由于部分森林經(jīng)過采伐，由于撫育手段沒有及時跟上，部分已轉(zhuǎn)換為無林地；最后，隨著人類活動的范圍不斷擴大，在人為因素的干擾下，人類活動區(qū)域有林地面積不斷地減少，而非林地不斷加大。這與多數(shù)年學(xué)者認為寒區(qū)森林的減少會導(dǎo)致河流徑流量的減少是一致的。因此，森林結(jié)構(gòu)與面積的變化，驅(qū)動了流域徑流量年內(nèi)不均勻系數(shù)的增大?？傊纸Y(jié)構(gòu)的變化是流域生態(tài)水文過程變化的重要驅(qū)動力。

4 結(jié)論

1）近60年來，湯旺河流域森林大面積的砍伐，減少了流域產(chǎn)流量；降低了湯旺河水位過程線；增大了徑流年內(nèi)不均勻系數(shù)。

2）森林植被在陸地生態(tài)水文循環(huán)過程不是孤立的水文景觀靜態(tài)要素，森林植被的生長、結(jié)構(gòu)和功能的動態(tài)變化直接影響陸地水文循環(huán)過程。因此，森林結(jié)構(gòu)的變化是流域生態(tài)水文過程變化的重要驅(qū)動力。

3）陸地生態(tài)水文過程存在著高度的非線性和時空異質(zhì)性，例如，流域下墊面的植被、土壤和地形的空間異質(zhì)性，各種氣候、氣象要素和干擾因素的時空異質(zhì)性變化等，對生態(tài)水文過程將產(chǎn)生影響。湯旺河流域的水文過程變化還表征出對全球氣候變化的響應(yīng)。

4）建議加強流域內(nèi)森林的保育力度，尤其是中上游的森林結(jié)構(gòu)應(yīng)當朝著成熟林和過熟林面積相對增加的比重發(fā)展。林下調(diào)落物層是流域生態(tài)水文過程改變的重要介質(zhì)，因此要加強天保林工程的實施力度。

[1]黑龍江農(nóng)墾勘測設(shè)計研究院.伊春市南岔區(qū)石頭河流域梯級水電站環(huán)境影響報告書[R].2010.

[2]尹保中，尹保林，劉丙賀.湯旺河流域降水特征及變化趨勢分析[J].黑龍江水利科技,2008,38(1).

[3]胡江河，賈秀梅，宋運凱.湯旺河流域降雨與徑流變化趨勢分析[J].黑龍江水利科技,2008,36(2).

[4]張巖，陳連，王繼承.湯旺河流域水文特征分析[J].東北水利水電，2006，24(4)∶28.

[5]魯仁達，齊方業(yè)，田長濤.湯旺河徑流變化特征分析[J].黑龍江水利科技,2009,37(4)∶17-18.

[6]黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院.湯旺河干流水電站梯級規(guī)劃報告[R].2007.

[7]郭海燕，葛劍平，李景文.中國紅松林生態(tài)學(xué)研究文獻概述[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，1995，23(3)∶57-62.

[8]張怡春.基于GIS的湯旺河林業(yè)局森林資源動態(tài)分析[D].東北林業(yè)大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2006.