黄河水资源情势分析 贺伟程 中国水利水电科学研究院水资源所 1.引言 黄河流域地处我国半干旱、半湿润地区,多年平均降水量在200~600mm之间,水资 源先天不足。随着国民经济和社会迅速发展,人类活动加剧,流域内的水资源情势发生了很 大的变化,水供需矛盾突出,生态环境恶化,下游断流日趋严重。黄河水问题的严重性,已 经引起中央领导、有关政府部门的重视以及社会各界的关注 人类活动对黄河流域水资源的影响表现在两个方面:一是流域内耗水量和流域外引水 量不断增加,直接造成各控制断面实测径流的减少,其减少量可以通过还原计算来处理。二 是因工程措施和生物措施改变了流域内的下垫面条件(或许还有气温升高的影响),导致天 然产水量的衰减,因其定量困难,在以往的水资源评价工作中没有考虑。90年代,我国北 方河流断流现象严重,引起了水文水利工作者对径流衰减的关注。最近,河北省水文水资源 勘测局采用1956~1997年水文系列,并考虑产水量衰减因素对河 参加本项工作的有黄永泽、马滇珍、张象明、卢琼和姚念念 北省水资源量进行了核算,其结果与第一次评价相比,全省降水量只减少2.7%,而 地表水资源量减少25%,水资源总量减少14%。这说明下垫面条件剧变的今天,系列一致 性对成果的影响超过了系列代表性的影响 这次,在以往水资源评价工作的基础上,结合新增的水文数据和水资源公报材料,对 黄河流域的水资源量和可利用量重新进行估价:重点分析了天然径流量衰减和河道损失水量 增加情况,揭示了黄河断流日益严重的根本原因,供有关部门及关心黄河问题的专家参考。 2黄河天然年径流衰减分析 选择黄河干流兰州站和花园口站作为分析对象。兰州站控制全流域水量的59%,花 园口站控制全流域面积的97%,其分析结果基本上能反映黄河径流的衰减情况 2.1分析方法 (1)采用兰州站和花园口站1950~1998年的面降水量和天然径流量数据,分别 点绘其年降水径流关系图(图1、图2)。从图上可以看出,在同量级雨量情况下,80~90 年代的点据大多数位于左边,50~60年代点据大多数位于右边,年径流衰减趋势明显
1 黄河水资源情势分析* 贺伟程 中国水利水电科学研究院水资源所 1. 引言 黄河流域地处我国半干旱、半湿润地区，多年平均降水量在 200～600mm 之间，水资 源先天不足。随着国民经济和社会迅速发展，人类活动加剧，流域内的水资源情势发生了很 大的变化，水供需矛盾突出，生态环境恶化，下游断流日趋严重。黄河水问题的严重性，已 经引起中央领导、有关政府部门的重视以及社会各界的关注。 人类活动对黄河流域水资源的影响表现在两个方面：一是流域内耗水量和流域外引水 量不断增加，直接造成各控制断面实测径流的减少，其减少量可以通过还原计算来处理。二 是因工程措施和生物措施改变了流域内的下垫面条件（或许还有气温升高的影响），导致天 然产水量的衰减，因其定量困难，在以往的水资源评价工作中没有考虑。90 年代，我国北 方河流断流现象严重，引起了水文水利工作者对径流衰减的关注。最近，河北省水文水资源 勘测局采用 1956～1997 年水文系列，并考虑产水量衰减因素对河 ＊参加本项工作的有黄永泽、马滇珍、张象明、卢琼和姚念念。 北省水资源量进行了核算，其结果与第一次评价相比，全省降水量只减少 2.7％，而 地表水资源量减少 25％，水资源总量减少 14％。这说明下垫面条件剧变的今天，系列一致 性对成果的影响超过了系列代表性的影响。 这次，在以往水资源评价工作的基础上，结合新增的水文数据和水资源公报材料，对 黄河流域的水资源量和可利用量重新进行估价；重点分析了天然径流量衰减和河道损失水量 增加情况，揭示了黄河断流日益严重的根本原因，供有关部门及关心黄河问题的专家参考。 2 黄河天然年径流衰减分析 选择黄河干流兰州站和花园口站作为分析对象。兰州站控制全流域水量的 59％，花 园口站控制全流域面积的 97％，其分析结果基本上能反映黄河径流的衰减情况。 2.1 分析方法 (1) 采用兰州站和花园口站 1950～1998 年的面降水量和天然径流量数据，分别 点绘其年降水径流关系图（图 1、图 2）。从图上可以看出，在同量级雨量情况下，80～90 年代的点据大多数位于左边，50～60 年代点据大多数位于右边，年径流衰减趋势明显
(2)将49年系列划分为1950~1974年和1975~1998年两个年段,分别通过点群中 间绘制出降水径流关系曲线,右边虚线代表50~60年代的降水径流关系,左边实线代表80~ 90年代的降水径流关系。两根曲线之间的横坐标距离即为径流衰减值 (3)以50~60年代的降水径流关系曲线为基准,查算出不同雨量级的径流衰减率(见表1)。 结果表明,平水、枯水年衰减程度较大,达15%~20%;丰水年衰减程度较小,为3%~6% 表1 不同雨量级的径流衰减率 面雨量分级 ~400 50~600 6 3 径州站 流衰减率 (%) 花 园口站 2.2成果修正 根据兰州站和花园口站历年的面雨量数据,结合表1所列径流衰减率对1950~1979 年的天然年径流系列进行修正,然后计算年径流均值,并与修正前的成果进行比较(表2)。 表2修正后与修正前的年径流计算成果对比 平均 平均天然年径流量(亿m3) 站名 面降水量 年限 修正 刖 值 1956 408.3 295.3 342.7 ~1979 州 1950 420.9 336.7 ~1998 1956 534.4 605.6 花园 1979 1950 446.5 529.3 574.6 45.3 1998
2 (2) 将 49 年系列划分为 1950～1974 年和 1975～1998 年两个年段，分别通过点群中 间绘制出降水径流关系曲线，右边虚线代表 50～60 年代的降水径流关系，左边实线代表 80～ 90 年代的降水径流关系。两根曲线之间的横坐标距离即为径流衰减值。 (3) 以 50～60 年代的降水径流关系曲线为基准，查算出不同雨量级的径流衰减率（见表 1）。 结果表明，平水、枯水年衰减程度较大，达 15％～20％；丰水年衰减程度较小，为 3％～6％。 表 1 不同雨量级的径流衰减率 面 雨 量 分 级 （mm） 300 ～350 350 ～400 400 ～450 450 ～500 500 ～550 5 50～600 径 流衰减率 （％） 兰 州 站 20 17 14 10 6 3 花 园口站 21 18 15 11 6 3 2.2 成果修正 根据兰州站和花园口站历年的面雨量数据，结合表 1 所列径流衰减率对 1950～1979 年的天然年径流系列进行修正，然后计算年径流均值，并与修正前的成果进行比较（表 2）。 表 2 修正后与修正前的年径流计算成果对比 站 名 统 计 年限 平 均 面降水量 （mm） 平均天然年径流量（亿 m 3） 修 正 后 修 正 前 减少 值 兰 州 1956 ～1979 408.3 295.3 342.7 47.4 1950 ～1998 420.9 307.1 336.7 29.6 花 园 口 1956 ～1979 453.9 534.4 605.6 71.2 1950 ～1998 446.5 529.3 574.6 45.3
兰州站:1956~1979年(全国第一次水资源评价采用系列)平均面降水量为408.3m, 修正后的平均天然年径流量为295.3亿m,比修正前减少13.8%。1950~1998年平均面降 水量为420.9m,修正后的平均天然年径流量为307.1亿m,比修正前减少8.8% 花园口站:1956~1979年平均面降水量为453.9m,修正后的平均天然年径流量为 534.4亿m,比修正前减少11.8%。1950~1998年平均面降水量为446.5亿m,修正后的 平均天然年径流量为529.3亿m,比修正前减少7.9% 3黄河河道损失水量分析 河道损失水量包括汇流过程中的蒸发渗漏损失及地下水开采对河水的夺取量,采用地 表水量平衡法进行估算。这次选择流域平均降水量相近的两个年段棗1970~1974年和 1994~1998年,对兰州~河口镇、河口镇~花园口、花园口~利津等三个区间的河道损失 水量进行了分析 水量平衡方程式如下 Q=Q上+Q区-Q耗-Q明-Q下 式中Q棗河道年损失水量 Q上棗上游站实测年径流量: Q区棗区间天然年径流量 Qε棗区间地表水利用的年消耗量 Q棗外流域年引黄水量: 棗下游站实测年径流量。 计算结果(表3)表明,90年代的河道年损失水量与70年代相比较,兰州~河口镇 变化不大,河口镇~花园口增加了约21亿m3,花园口~利津增加了约34亿m。 初步分析,河口镇~花园口区间河道损失量增加的主要原因是:80年代以来渭河 汾河流域大量开采地下水,目前年开采量达到75~80亿m,其中山丘区开采量约20亿m, 夺取的主要是河川基流量,在河川径流还原量中没有计入。花园口~利津区间河道损失量増 加的主要原因有:一是80年代中期以来黄河主槽淤积严重,汛期水位抬高,使得金堤河 天然文岩渠和大汶河的产流量难以排入干流,在当地利用、消耗掉;二是近10年来花园口 断面实际来水大量减少,下游断流严重,河床时干时湿,填洼、浸润蒸发损失増加 表3 河道损失量分析计算结果
3 兰州站：1956～1979 年（全国第一次水资源评价采用系列）平均面降水量为 408.3mm， 修正后的平均天然年径流量为 295.3 亿 m 3，比修正前减少 13.8％。1950～1998 年平均面降 水量为 420.9mm，修正后的平均天然年径流量为 307.1 亿 m 3，比修正前减少 8.8％。 花园口站：1956～1979 年平均面降水量为 453.9mm，修正后的平均天然年径流量为 534.4 亿 m 3，比修正前减少 11.8％。1950～1998 年平均面降水量为 446.5 亿 m 3，修正后的 平均天然年径流量为 529.3 亿 m 3，比修正前减少 7.9％。 3 黄河河道损失水量分析 河道损失水量包括汇流过程中的蒸发渗漏损失及地下水开采对河水的夺取量，采用地 表水量平衡法进行估算。这次选择流域平均降水量相近的两个年段棗 1970～1974 年和 1994～1998 年，对兰州～河口镇、河口镇～花园口、花园口～利津等三个区间的河道损失 水量进行了分析。 水量平衡方程式如下： Q 损=Q 上＋Q 区－Q 耗－Q 引－Q 下 式中 Q 损棗河道年损失水量； Q 上棗上游站实测年径流量； Q 区棗区间天然年径流量； Q 耗棗区间地表水利用的年消耗量； Q 引棗外流域年引黄水量； Q 下棗下游站实测年径流量。 计算结果（表 3）表明，90 年代的河道年损失水量与 70 年代相比较，兰州～河口镇 变化不大，河口镇～花园口增加了约 21 亿 m 3，花园口～利津增加了约 34 亿 m 3。 初步分析，河口镇～花园口区间河道损失量增加的主要原因是：80 年代以来渭河、 汾河流域大量开采地下水，目前年开采量达到 75～80 亿 m 3，其中山丘区开采量约 20 亿 m 3， 夺取的主要是河川基流量，在河川径流还原量中没有计入。花园口～利津区间河道损失量增 加的主要原因有：一是 80 年代中期以来黄河主槽淤积严重，汛期水位抬高，使得金堤河、 天然文岩渠和大汶河的产流量难以排入干流，在当地利用、消耗掉；二是近 10 年来花园口 断面实际来水大量减少，下游断流严重，河床时干时湿，填洼、浸润蒸发损失增加。 表 3 河道损失量分析计算结果
河道年均损失量(亿m3) 区间 70年代 90年代 90年代增加 值 兰州~河口镇 10.6 11.3 0.7 河口镇~花园 11.6 20.5 花园口~利津 11.5 45.1 4黄河流域产水条件变化后的水资源量 4.1地表水资源量 地表水资源指河流、湖泊、冰川等水体的动态水量,其数量为用水还原后的天然河川 径流量。这次以实测水文资料为基础,综合考虑系列的代表性和一致性,采用修正后的49 年(1950~1998)天然径流系列作为计算多年平均地表水资源量的依据。理由如下: (1)新中国成立以来,已经有近50年的实测水文资料可以作为分析计算的基础,没 有必要再沿用以前的插补延长资料。 (2)将49年径流系列与78年(1919~1997,水文年)径流系列相比(均未作径流衰 减修正),多年平均天然年径流量仅偏大2%(12.7亿m),说明49年系列有很好的系列 代表性 (3)采用“向后还原”的思路,考虑80年代以来流域下垫面条件变化对产流的影响, 将1950~1979年径流系列进行了修正,改善了系列一致性,使计算成果更为符合当前流域 实际情况。 计算结果,黄河流域(不含鄂尔多斯内流区,下同)地表水资源量为558亿m,其中 花园口以上流域为529亿m3。分区成果见表4。 表4 黄河流域分区多年平均降水量和地表水资源量 地表水资源 面积 年降水量 流域分区 (k 全流域%|亿m)|m) 亿m2)
4 区 间 河道年均损失量（亿 m 3） 70 年代 90 年代 90 年代增加 值 兰州～河口镇 10.6 11.3 0.7 河口镇～花园 口 11.6 32.1 20.5 花园口～利津 11.5 45.1 33.6 4 黄河流域产水条件变化后的水资源量 4.1 地表水资源量 地表水资源指河流、湖泊、冰川等水体的动态水量，其数量为用水还原后的天然河川 径流量。这次以实测水文资料为基础，综合考虑系列的代表性和一致性，采用修正后的 49 年（1950～1998）天然径流系列作为计算多年平均地表水资源量的依据。理由如下： (1) 新中国成立以来，已经有近 50 年的实测水文资料可以作为分析计算的基础，没 有必要再沿用以前的插补延长资料。 (2) 将 49 年径流系列与 78 年（1919～1997，水文年）径流系列相比（均未作径流衰 减修正），多年平均天然年径流量仅偏大 2％（12.7 亿 m 3），说明 49 年系列有很好的系列 代表性。 (3) 采用“向后还原”的思路，考虑 80 年代以来流域下垫面条件变化对产流的影响， 将 1950～1979 年径流系列进行了修正，改善了系列一致性，使计算成果更为符合当前流域 实际情况。 计算结果，黄河流域（不含鄂尔多斯内流区，下同）地表水资源量为 558 亿 m 3，其中 花园口以上流域为 529 亿 m 3。分区成果见表 4。 表 4 黄河流域分区多年平均降水量和地表水资源量 流域分区 面积 年降水量 地表水资源 量 (k m 2 ) 占 全流域％ ( 亿 m 3 ) (m m) ( 亿 m 3 ) ( mm)
兰州以上 2551 6.7 0.9 兰州~河 16 21 口镇 3415 0.0 河口镇~ 18 花园口 4070 62.8 1.4 2.2 3.8 花园口以 上 0036 0 59.5 6.5 9.3 2.5 花园口以 3.0 6.9 75 全流域 2443 7.8 注:花园口以下流域采用1994~1998年水资源公报成果,这5年平均年降水量比 49年均值偏小3%。 4.2地下水资源量 地下水资源是降水和地表水入渗对地下含水层的补给量。在自然状态下,平原区地下 水的主要补给源为大气降水和地表水体,主要排泄方式为潜水蒸发和河道排泄:山丘区地下 水的主要补给源为大气降水,通过河川基流、山前侧向潜流和泉水出露等形式排泄。平原浅 层地下水开采主要是夺取潜水蒸发量,对河川径流的影响不大;山丘区地下水开采多为傍河 取水或岩溶水,实际上是夺取了河川基流量和河床潜流量,对地表水资源量影响很大。深层 承压水的补给量很小,大量开采会造成地下水位迅速下降,发生环境地质问题 随着人类活动的加剧及水资源的大量开发利用,改变了地下水的补给、径流、排泄条 件,使地下水补给量相应发生变化。因此每隔一个时期,应对地下水资源重新进行评价。为 了使地下水资源量计算结果符合当前流域实际情况,这次采用最近5年(1994~1998)水资 源公报中的成果。这5年花园口以上流域平均年降水量423m,比49年均值只偏小5%,有 较好的代表性 黄河流域地下水资源量为363亿ⅲ,其中平原区为181亿吖。平原区地下水资源量的 组成为:降水入渗补给量67.5亿m,占37.3%;山前侧渗补给量19.5亿m,占10.8% 地表水入渗补给量93.8亿m,占51.9%。各分区的地下水资源量见表5。 4.3水资源总量 水资源总量是指评价区内降水所形成的地表、地下产水总量,不包括区外来水。其数 量为地表水资源量与地下水资源量之和,扣除两者之间的重复计算水量。计算结果,黄河流 域水资源总量为660亿m,其中花园口以上为619亿m,详见表5
5 兰州以上 22 2551 29. 6 93 6.7 42 0.9 30 7.1 1 38.0 兰州～河 口镇 16 3415 21. 7 46 0.0 28 1.5 0 0 河口镇～ 花园口 34 4070 45. 7 18 62.8 54 1.4 22 2.2 4 3.8 花园口以 上 73 0036 97. 0 32 59.5 44 6.5 52 9.3 7 2.5 花园口以 下 22 407 3.0 14 6.9 65 5.6 28 .5 1 27.2 全 流 域 75 2443 100 .0 34 06.4 45 2.7 55 7.8 7 4.1 注：花园口以下流域采用 1994～1998 年水资源公报成果，这 5 年平均年降水量比 49 年均值偏小 3％。 4.2 地下水资源量 地下水资源是降水和地表水入渗对地下含水层的补给量。在自然状态下，平原区地下 水的主要补给源为大气降水和地表水体，主要排泄方式为潜水蒸发和河道排泄；山丘区地下 水的主要补给源为大气降水，通过河川基流、山前侧向潜流和泉水出露等形式排泄。平原浅 层地下水开采主要是夺取潜水蒸发量，对河川径流的影响不大；山丘区地下水开采多为傍河 取水或岩溶水，实际上是夺取了河川基流量和河床潜流量，对地表水资源量影响很大。深层 承压水的补给量很小，大量开采会造成地下水位迅速下降，发生环境地质问题。 随着人类活动的加剧及水资源的大量开发利用，改变了地下水的补给、径流、排泄条 件，使地下水补给量相应发生变化。因此每隔一个时期，应对地下水资源重新进行评价。为 了使地下水资源量计算结果符合当前流域实际情况，这次采用最近 5 年（1994～1998）水资 源公报中的成果。这 5 年花园口以上流域平均年降水量 423mm，比 49 年均值只偏小 5％，有 较好的代表性。 黄河流域地下水资源量为 363 亿 m 3，其中平原区为 181 亿 m 3。平原区地下水资源量的 组成为：降水入渗补给量 67.5 亿 m 3，占 37.3％；山前侧渗补给量 19.5 亿 m 3，占 10.8％； 地表水入渗补给量 93.8 亿 m 3，占 51.9％。各分区的地下水资源量见表 5。 4.3 水资源总量 水资源总量是指评价区内降水所形成的地表、地下产水总量，不包括区外来水。其数 量为地表水资源量与地下水资源量之和，扣除两者之间的重复计算水量。计算结果，黄河流 域水资源总量为 660 亿 m 3，其中花园口以上为 619 亿 m 3，详见表 5