黃土高原莊浪縣地表水資源時空分布特征及開發(fā)利用狀況研究

曹 杰，王 東

(甘肅省臨洮水文水資源勘測局，甘肅 定西 730500)

水資源是保障經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展不可替代的重要資源[1]。地表水資源是河流、湖庫等地表水體中由當(dāng)?shù)亟邓纬傻目梢愿碌膭討B(tài)水量，用天然河川徑流量表示。影響徑流形成的自然因素有降水、蒸發(fā)等氣象因素和流域面積、地形地貌、土壤植被等下墊面因素，同時人類活動對河川徑流也有較大影響[2]。甘肅省是水資源短缺省份之一，人均水資源量只為全國的1/2，而莊浪縣水資源更加短缺，人均水資源量僅為全省的1/5[3]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，水資源短缺和水污染造成的水危機已成為制約莊浪縣經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素[4]。

1 概況

莊浪縣隸屬于甘肅省平?jīng)鍪?，位于甘肅省中東部，總面積1 553.14 km2。東鄰華亭市，西依靜寧縣，北與寧夏隆德縣、涇源縣毗鄰，南和張家川縣、秦安縣接壤。屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，地勢自東北向西南傾斜，海拔介于1 400～2 857 m之間，境內(nèi)群山起伏，六盤山聳峙于東，余脈分六支回環(huán)盤互，貫穿全境。

莊浪縣屬大陸性季風(fēng)區(qū)，境內(nèi)南北氣溫差異大，多年平均降水量512.1 mm，最大年降水量753.3 mm(1964年)，最小年降水量271.2 mm(1997年)。多年年平均水面蒸發(fā)量849.6 mm，最大年水面蒸發(fā)量1 075.6 mm(1997年)，最小年水面蒸發(fā)量720.7 mm(1976年)。全年平均無霜期142 d。多年平均日照時數(shù)2 179 h。

莊浪縣境內(nèi)的河流均屬于黃河流域渭河水系，主要河流有渭河一級支流葫蘆河，二級支流莊浪河、三級支流水洛河。以上河流、支溝構(gòu)成莊浪縣的水系網(wǎng)絡(luò)，是縣境內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活用水的主要水源[5]。

由于莊浪縣境內(nèi)未設(shè)水文監(jiān)測站，根據(jù)鄰近地區(qū)水文站網(wǎng)分布情況，選用葫蘆河干流靜寧、秦安和支流南河仁大水文站作為莊浪縣地表水資源計算的參證站。參證站資料摘自歷年《水文年鑒》、《甘肅省水文統(tǒng)計》、《水文資料整編成果》等成果，資料翔實可靠。

2 徑流量年際年內(nèi)變化

2.1 徑流量的年際變化特征

莊浪縣地表水最大年徑流量22 461.2萬 m3，發(fā)生在1968年；最小年徑流量1 531.5萬 m3，發(fā)生在1997年，極值比為14.7。以變差系數(shù)Cv值看，年徑流Cv為0.64，而年降水量Cv為0.18，說明莊浪縣徑流量年際變化大，豐枯相差懸殊。

圖1 莊浪縣年徑流量變化過程

從不同年代段徑流量變化來看(表1、圖1)，莊浪縣上世紀(jì)50年代至70年代是豐水時期，平均徑流量分別為12 715.1萬 m3和10 691.1萬 m3，與多年均值相比，偏多46.4%和23.1%；80年代略大于多年均值，為8 726.4萬 m3；90年代至2009年為連續(xù)枯水期，2000-2009年徑流量與多年均值相比，減少了48.6%，僅為4 464.4萬 m3，除2003年略大于多年均值外，其他年份相對較小，2009年僅2 483.5萬 m3，為多年均值的28.6%。

表1 莊浪縣各分區(qū)不同年代段徑流量 萬m3

表2 莊浪縣水資源分區(qū)多年平均徑流量年內(nèi)分配

2.2 徑流量的年內(nèi)變化特征

應(yīng)用靜寧—秦安區(qū)間多年平均徑流量年內(nèi)分配比例，分析莊浪縣徑流的年內(nèi)變化，結(jié)果見表2和圖2。

受季風(fēng)氣候的影響，莊浪縣徑流的年內(nèi)變化與降水量變化基本一致，呈現(xiàn)年內(nèi)高度集中，季節(jié)性變化明顯的特點。從全縣多年平均年內(nèi)變化情況來看(圖2)，年徑流量主要集中在7-10月，占到全年的59.6%，并且多集中在7-8月，占全年徑流量的37.4%；3-6月徑流量占全年的26.2%，11-2月徑流量僅占年徑流量的14.2%。最大月徑流量發(fā)生在8月，為1 658.6萬 m3，占全年徑流量的19.1%；最小月徑流量發(fā)生在1月，為112.9萬 m3，僅占全年的1.3%。

圖2 莊浪縣多年平均徑流量年內(nèi)變化

3 地表水資源量

3.1 分區(qū)地表水資源量

根據(jù)1956-2009年同步系列資料和上述計算方法，以莊浪縣水資源分區(qū)為計算單元，計算1956-2009年地表水自產(chǎn)水資源量系列，莊浪縣水資源分區(qū)天然徑流量特征值見表3。

表3 莊浪縣水資源分區(qū)天然徑流量特征值

從表3中可知，全縣1956-2009年系列平均自產(chǎn)水資源量為8 684.1萬 m3，折合徑流深55.9 mm，其中葫蘆河流域為1 520.6萬 m3，占全縣的17.5%；水洛河流域為6 730.6萬 m3，占全縣的77.5%；清水河區(qū)間為432.9萬 m3，占全縣的5.0%。從不同頻率計算結(jié)果顯示，莊浪縣在頻率為20%、50%、75%和95%時，年徑流量分別為11 831.9萬 m3、6 834.3萬 m3、4 830.3萬 m3和3 855.6萬 m3。也就是說：莊浪縣5年一遇的豐水年徑流量為11 831.9萬 m3；2 a一遇的平均年徑流量為6 834.3萬 m3；20年一遇的枯水年徑流量僅為3 855.6萬 m3。

3.2 地表水資源的地區(qū)分布特征

莊浪縣自產(chǎn)水資源主要分布在水洛河流域，為莊浪縣的主要產(chǎn)水區(qū)，其中北洛河為2 661.5萬 m3，占水洛河流域的39.5%，南洛河為3 452.5萬 m3，占51.3%，下洛河為616.6萬 m3，占9.2%；其次為葫蘆河流域1 520.6萬 m3，占全縣自產(chǎn)水資源量的17.5%；清水河流域自產(chǎn)水資源量最少，為432.9萬 m3，僅占全縣的5.0%。從徑流深分布來看，總的分布趨勢是東部山區(qū)大，西部黃土臺區(qū)小，由東向西遞減，等值線走向多呈南北走向。多年平均徑流深一般在25～100 mm之間，其中莊浪河和葫蘆河干流區(qū)間在25 mm左右，為徑流低值區(qū)，東部六盤山區(qū)高達150 mm以上，為徑流深高值區(qū)，高值區(qū)與低值區(qū)相差6倍以上，年徑流深的地區(qū)分布很不均勻。莊浪縣自產(chǎn)水資源量區(qū)域分布見圖3。

圖3 莊浪縣自產(chǎn)水資源量區(qū)域分布

4 地表水資源可利用量及開發(fā)程度分析

4.1 地表水資源可利用量

莊浪縣自產(chǎn)地表水資源量為8 684.1萬 m3，水利工程最大供水能力為2 623.63萬 m3，地表水資源可利用量為1 912.7萬 m3，地表水資源可利用率為22.0%。莊浪縣河流地表水資源可利用量見表4。

表4 莊浪縣地表水資源可利用量 水量：萬 m3

從分析估算結(jié)果可以看出，莊浪縣地表水資源利用率最高的是莊浪河，達到了55.1%；水洛河利用程度相對較小，開發(fā)利用程度較低；清水河區(qū)間目前還沒有利用地表水的水利工程；全縣地表水資源可利用率僅為22.0%。一方面是由于利用入境水量的北洛河上游紅崖灣水庫是莊浪縣主要水源地，現(xiàn)狀供水能力為660萬 m3，占到全縣現(xiàn)狀供水的27.1%；另一方面由于水洛河中下游以及葫蘆河干流區(qū)間地表徑流大部分由暴雨產(chǎn)生，缺少攔蓄利用暴雨洪水的水利工程，大量的水資源以難以控制的洪水形式流失，使得莊浪縣對當(dāng)?shù)厮Y源的利用程度較低。因此，今后應(yīng)加大水資源的開發(fā)力度，從而使有限的水資源獲得更大的經(jīng)濟效益，促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會的快速發(fā)展。

4.2 地表水資源開發(fā)利用程度

莊浪縣2009年各行業(yè)使用地表水2 645.60萬 m3，地表水資源開發(fā)利用率30.46%；莊浪縣大部為黃土丘陵，溝壑縱橫，降水相對較多，但汛期水量集中，水土流失嚴(yán)重，水資源難以利用，地表水資源開發(fā)利用程度均小于全省黃河流域40.18%和16.63%平均水平[6]。莊浪縣各河流地表水水資源開發(fā)利用程度分析表見表5。

表5 莊浪縣各河流地表水資源開發(fā)利用程度 水量：萬 m3

葫蘆河流域地表水資源開發(fā)利用程度最高，開發(fā)率達72.90%，超過國際公認的40%的合理限度，如果考慮當(dāng)年葫蘆河的過境水量3 554.9萬 m3，則開發(fā)率為21.84%；葫蘆河支流莊浪河地表水資源開發(fā)率為38.01%?？梢钥闯?，葫蘆河流域干流區(qū)間的地表水資源開發(fā)利用程度高于其支流莊浪河。

水洛河流域地表水資源開發(fā)利用率為22.84%；水洛河支流南洛河地表水開發(fā)率為5.21%；水洛河流域地表水資源開發(fā)利用主要集中在北洛河和下洛河，南洛河地表水資源開發(fā)利用程度較低。

清水河流域由于地形限制，地表水資源暫時未開發(fā)利用。

4.3 地表水資源開發(fā)利用存在的主要問題

莊浪縣地表水資源總量為8 684.1萬 m3，人均地表水水資源量196 m3，水資源匱乏，分布不均；河川徑流年內(nèi)分配不均，且與降水分配基本一致。全縣地表水供水能力2 436.06萬 m3，僅占地表水資源量的28.1%，水利工程建設(shè)程度較低；主要河流葫蘆河干流、莊浪河、下洛河缺少控制性蓄水工程，水利工程的調(diào)控能力較低，這加大了地表水資源開發(fā)利用的難度。

全縣水資源供需矛盾突出，特別是葫蘆河流域和水洛河中下游地區(qū)，十年九旱，生活用水也時常不能保障，經(jīng)濟社會發(fā)展受水資源制約嚴(yán)重，地區(qū)生活貧困局面因缺水改善緩慢。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化率的提高，經(jīng)濟社會發(fā)展需水要求越大，水資源供需矛盾將日趨嚴(yán)重。

全縣農(nóng)田節(jié)水灌溉技術(shù)推廣不夠，噴、滴灌等高新節(jié)水面積比重偏小；農(nóng)業(yè)布局和種植結(jié)構(gòu)不合理，用水結(jié)構(gòu)性矛盾突出，水資源率較低；部分農(nóng)田水利工程雖然經(jīng)過渠系續(xù)建配套工程改造，但多數(shù)灌區(qū)配套不全，渠道破損滲漏嚴(yán)重，部分灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)較低，水利設(shè)施正常效益不能發(fā)揮，水資源利用效益不高。

水利基礎(chǔ)設(shè)施不完善，節(jié)水設(shè)施和節(jié)水技術(shù)相對落后，節(jié)約用水的基礎(chǔ)工作相對滯后，群眾的節(jié)水意識不強。另外，城市供水管網(wǎng)漏失率較高，中水回用水平很低，管理措施相對薄弱，降低了水資源利用效率和效益，使得水資源供需矛盾更為突出。

5 結(jié)語

(1)莊浪縣降水量大部分被蒸發(fā)，僅有少部分形成地表徑流。由于降水年內(nèi)分配極不均勻，年際間變化很大，這就決定了莊浪縣地表水資源呈現(xiàn)時空分布不均，區(qū)域差異明顯，水資源匱乏，人均占有量少的特點。

(2)莊浪縣由于受地形、氣候、下墊面條件影響，地表水資源地域分布極不均勻，呈現(xiàn)東多西少，相差懸殊的特點?？傮w趨勢為東部六盤山區(qū)大，西部黃土臺區(qū)小，自東向西遞減。

(3)莊浪縣地表水資源利用率最高的是莊浪河，達到了55.1%；水洛河利用程度相對較小，開發(fā)利用程度較低；清水河區(qū)間目前還沒有利用地表水的水利工程；全縣地表水資源可利用率僅為22.0%。