遼河（鐵嶺段）水文情勢演變規(guī)律研究

李敬庫，梁鳳利

（1遼寧省江河流域管理局，遼寧沈陽11003;2.瓦房店市松樹水庫管理局,遼寧大連116000）

遼河（鐵嶺段）水文情勢演變規(guī)律研究

李敬庫1，梁鳳利2

（1遼寧省江河流域管理局，遼寧沈陽11003;2.瓦房店市松樹水庫管理局,遼寧大連116000）

文中結(jié)合河流生態(tài)水文學(xué)理論，采用IHA/RVA法對遼河鐵嶺段水文情勢變化規(guī)律進行研究，并重點對清河、柴河水庫建庫前后水文情勢變異性進行分析。結(jié)果表明：隨著人類活動的加強，遼河鐵嶺段水文情勢發(fā)生明顯變化，除個別月份外，月流量呈下降趨勢；年最大流量呈下降趨勢，發(fā)生時間提前；最小流量略呈下降趨勢，發(fā)生時間滯后；高低流量持續(xù)時間、漲幅、降幅率及改變次數(shù)均呈下降趨勢，徑流過程坦化。清河、柴河水庫建庫前后IHA的33個指標(biāo)中，共有2個指標(biāo)屬于高度改變，16個指標(biāo)屬于中度改變，15個指標(biāo)屬于低度改變，整體改變度為45.3%，屬于中度改變。

遼河；水文情勢；演變規(guī)律

1 引言

文中以遼河鐵嶺段為研究對象，結(jié)合河流生態(tài)水文學(xué)理論[1，2]，以IHA/RVA法為手段，對河流水文情勢長時序變化過程進行分析，并著重對清河、柴河水庫修建前后的水文情勢進行對比，以期為河流水資源可持續(xù)開發(fā)、水庫生態(tài)調(diào)度提供參考。

2 研究方法

水流過程是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要驅(qū)動力，不同流量組分及其持續(xù)時間均有特定的生態(tài)意義。如低流量可為河流水生物種提供生存所必須的最小棲息地；高流量塑造河床物理結(jié)構(gòu)；小洪水為魚類產(chǎn)卵游提供信號等[3,4]。在河流生態(tài)水文學(xué)領(lǐng)域，IHA（Indicators of Hydrologic Alteration）是評價河流水文情勢常用的指標(biāo)體系，包括流量大小、發(fā)生時間、頻率、持續(xù)時間及變化率5組33個指標(biāo)（表1），每個指標(biāo)均有其特定的生態(tài)意義[3,5]。

RVA法（變化范圍法，Range of Variability Approach）是一種基于IHA指標(biāo)體系對不同時段水文情勢進行比較分析的方法[6]，通常用以識別人類活動對河流水流的影響[7-9]。該方法根據(jù)人類活動影響前的水文系列，設(shè)定RVA上下限閾值（RVA標(biāo)的），若干擾后時段落入RVA閾值區(qū)間內(nèi)的頻率與干擾前相近，則認為人類活動對水文情勢的干擾輕微。上下限閾值的設(shè)定方法通常為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（μ±σ）或發(fā)生頻率為25%、75%的指標(biāo)。為量化人類活動影響下的水文情勢改變程度，采用Richter等提出的水文改變度概念，定義如下[6]

表1 IHA指標(biāo)體系

式中：Di為指標(biāo)i的水文改變度；No，i為指標(biāo)i在受干擾后時段中落在RVA目標(biāo)內(nèi)的年數(shù)；Ne為受干擾后時段預(yù)期落到RVA目標(biāo)內(nèi)的年數(shù)。其中，Di在33.3%以下時認為指標(biāo)i低度改變或無改變；33.3%～66.7%之間為中度改變，大于66.7%為高度改變。

在實際評估過程中，IHA的33個指標(biāo)通常具有不同的水文改變度。為對河流水文情勢整體變化程度進行判斷，需綜合考慮33個指標(biāo)的水文變化情況。研究中采用整體水文改變度作為評判的依據(jù)，計算公式為[6]：

3 研究區(qū)概況

遼河是我國東北地區(qū)南部最大的河流，發(fā)源于內(nèi)蒙古克什克騰旗芝瑞鎮(zhèn)，流經(jīng)河北、內(nèi)蒙、吉林、遼寧4省，于遼寧盤錦大洼縣注入渤海。河流全長1 383 km，流域面積191 946 km2，其中遼寧省內(nèi)河流長度554 km，流域面積40 988 km2。

遼河鐵嶺段，即遼河干流福德店水文站至石佛寺水庫回水處區(qū)間河段，河長約200 km，其間有招蘇臺河、清河、柴河、泛河等支流匯入。清河、柴河、泛河上分別建有大（II）型水庫清河水庫、柴河水庫及榛子嶺水庫。據(jù)調(diào)查，遼河鐵嶺段曾分布有多種魚類及底棲、浮游生物。但隨著人類對河流水資源開發(fā)，遼河鐵嶺段生態(tài)系統(tǒng)一度嚴(yán)重退化。近年來，由于河流治理力度加大，生態(tài)系統(tǒng)正在逐漸恢復(fù)。

4 徑流演變規(guī)律分析

遼河鐵嶺段干流設(shè)有福德店、通江口、鐵嶺三個水文站?？紤]到區(qū)域代表性及資料完整性，研究選取鐵嶺站為代表分析河流水文情勢長時序變化特征。鐵嶺水文站設(shè)立于1933年，1953年之后日徑流資料較為完整，研究中采用的資料系列長度為1953—2011年。

4.1 月流量

月均流量與河流水生生物棲息地范圍等生態(tài)因子密切相關(guān)。根據(jù)鐵嶺站1953—2011年日流量資料統(tǒng)計各月流量系列分析，遼河鐵嶺段月均流量年際差異較為顯著，但不同月份差異程度不同。線性趨勢分析表明：遼河鐵嶺段冬季（12—3月）變化趨勢不明顯；5月份流量呈增加趨勢，4、6—11月流量呈下降趨勢。其中汛期（7—9月）月均流量系列變幅最大，其原因主要是受水庫灌溉期為農(nóng)業(yè)供水及汛期防洪調(diào)度的影響。

4.2 極值流量

年極值流量是河流水文情勢的重要組分，具有重要的生態(tài)意義，如極大值流量有助于構(gòu)建河床結(jié)構(gòu)及棲息地物理環(huán)境等。遼河鐵嶺段最大1，3，7，30日流量整體呈現(xiàn)下降趨勢，且時段越短流量趨勢性越明顯，最大1，3，7，30日流量線性變化趨勢，分別-22.61 m3/（sa）、-18.98 m3/（sa）、-13.50 m3/（sa）、-8.63 m3/（sa）。最小1，3，7，30日流量整體略呈增加趨勢，各累積時段增加趨勢較為接近。

4.3 極值流量發(fā)生時間

極值流量發(fā)生時間影響河流水生物種的生命節(jié)律，極大（?。┝髁堪l(fā)生時間發(fā)生變化，可能會對水生物鐘產(chǎn)卵、繁殖等造成不利影響。

根據(jù)鐵嶺站日流量系列分析可知，遼河鐵嶺段年最小日流量，發(fā)生時間呈現(xiàn)延后趨勢。90年代之前，最小日流量均發(fā)生于12—3月；而2001—2011年間，最小日流量發(fā)生時間范圍已擴展為12—7月。如2001年發(fā)生于6月13日（全年第165 d）；2002年發(fā)生于7月23日（全年第205 d）。

遼河鐵嶺段，年最大日流量發(fā)生時間呈現(xiàn)提前趨勢。90年代之前，除特殊年份外（1972年，發(fā)生于10月，水庫蓄水），年最大日流量均發(fā)生于7-8月；而2001—2011年間，有3年最大日流量發(fā)生于5月（2002，2006，2009年），1年發(fā)生于6月（2011年）。

4.4 高低流量發(fā)生次數(shù)及持續(xù)時間

高、低脈沖流量為日流量系列中發(fā)生頻率小于25%或大于75%的流量。高、低流量發(fā)生次數(shù)及延續(xù)時間與水生物種的繁殖與發(fā)育密切相關(guān)，其變化將可能對河流水生物種產(chǎn)卵、繁殖造成影響及脅迫。

根據(jù)鐵嶺水文站1953-2011年日流量系列分析：遼河鐵嶺段低流量發(fā)生次數(shù)，呈增加趨勢，高流量發(fā)生次數(shù)基本持平；高低流量持續(xù)時間均呈下降趨勢，幅度分別為-0.27 d/a及-0.26 d/a。其原因主要為水庫調(diào)度調(diào)節(jié)造成的河道流量均一化。

4.5 改變次數(shù)及變化率

流量改變次數(shù)及變化率與河流水生物種棲息環(huán)境變化周期密切相關(guān)。遼河鐵嶺段日流量的漲幅率和降幅率，均呈降低趨勢，其原因主要為人類活動特別是水庫調(diào)度調(diào)節(jié)的影響使河流流量過程變化。逆轉(zhuǎn)次數(shù)整體呈下降趨勢，特別是1995年之后，流量逆轉(zhuǎn)次數(shù)顯著低于1995年之前。

5 水庫對河流水文情勢影響分析

水庫對河流水文情勢的影響是直接而顯著的，鐵嶺水文站以上已建的大型水庫有清河水庫（1966年建成）、柴河水庫（1974年建成）。在整體識別遼河鐵嶺段水文情勢變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，以建庫前1953—1966年流量系列為本底，采用RVA法分析清河、柴河水庫調(diào)度調(diào)節(jié)影響下（1975—2011年）鐵嶺段水文情勢變化情況?？紤]到遼河徑流過程年際差別顯著，研究采用發(fā)生頻率為25%、75%的指標(biāo)值作為RVA上下限閾值[4]。分析結(jié)果見表2。

由表2可知，第一組指標(biāo)（月均流量）中，2個指標(biāo)屬于高度改變，6個指標(biāo)屬于中度改變，4個指標(biāo)屬于低度改變。其中4，5月流量屬高度改變，4月建庫后流量低于建庫前，原因為水庫在枯水期基本不放水；5月流量建庫后高于建庫前，原因為水庫灌溉期增加放水。第二組指標(biāo)（年極值流量大小及持續(xù)時間）中，5個屬于中度改變，7個屬于低度改變。改變較大的指標(biāo)均為極大值，清河、柴河水庫調(diào)度對流量極小值影響不大。第三組指標(biāo)（年極值水文事件發(fā)生時間）均屬低度改變。第四組指標(biāo)（高、低脈沖流量年發(fā)生次數(shù)及延時）中，低脈沖流量持續(xù)時間屬低度改變，其余指標(biāo)均屬中度改變。其原因為水庫防洪調(diào)度造成河流徑流坦化。第五組指標(biāo)（水流條件的年變化次數(shù)及變化率）中，漲幅、降幅率均屬中度改變，漲落次數(shù)為低度改變，清河、柴河水庫對鐵嶺站漲幅、降幅及漲落次數(shù)有一定影響。

從整體上，在IHA的33個指標(biāo)中，共有2個指標(biāo)屬高度改變，16個指標(biāo)屬中度改變，15個指標(biāo)屬低度改變，整體改變度為45.3%，為中度改變。清柴河水庫建庫對遼河鐵嶺段河流水文情勢有明顯影響，對河流生態(tài)系統(tǒng)造成影響及脅迫。

6 結(jié)論

文中從河流生態(tài)水文學(xué)角度出發(fā)，以IHA/ RVA法為手段，對遼河鐵嶺段水文情勢演變規(guī)律進行分析，主要結(jié)論如下：

1）遼河鐵嶺段水文情勢變化明顯。其中：除12-2月及灌溉期5月外，月流量呈下降趨勢；年最大流量呈下降趨勢，發(fā)生時間提前；最小流量略呈下降趨勢，發(fā)生時間滯后；高低流量持續(xù)時間、漲幅、降幅率及改變次數(shù)均呈下降趨勢，徑流過程坦化。

表2 遼河鐵嶺段RVA法分析結(jié)果

2）對比清、柴河水庫建庫前后數(shù)據(jù)可知，在IHA的33個指標(biāo)中，共有2個指標(biāo)屬于高度改變，16個指標(biāo)屬于中度改變，15個指標(biāo)屬于低度改變，整體改變度為45.3%，屬中度改變。清河、柴河水庫對河流水文情勢影響顯著。建議清柴河水庫調(diào)度工作中，在保障防洪、興利供水任務(wù)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)針對下游生態(tài)系統(tǒng)需水要求進行放水，維系河流健康。

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2017-01-18