賈 海

(河北省承德水文勘測研究中心,河北 承德 067400)

在城鎮(zhèn)化構(gòu)建程度逐漸加深的當(dāng)下，部分隸屬于自然的生態(tài)河流域更替為城市河流域，其受工農(nóng)業(yè)等排放污染，流域內(nèi)水資源破壞嚴(yán)重[1-3]。水利資源會影響各領(lǐng)域發(fā)展，為此段茂慶等人提出水環(huán)境背景值表征技術(shù)，但是該技術(shù)僅針對某特殊區(qū)域地表[4]，謝超穎等人研究了對流域水環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的技術(shù)[5]，但未表明數(shù)據(jù)如何勘測得出。本文提出應(yīng)用水文勘測技術(shù)對區(qū)域水環(huán)境的水文特性展開研究。水文勘測技術(shù)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，其從初始的水文測站定點勘探模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑矞y測報模式[6]，通過該技術(shù)的應(yīng)用可有效增強(qiáng)監(jiān)測流域內(nèi)水污染狀態(tài)，從而實現(xiàn)流域內(nèi)污染在根源上的有效抑制，推動保護(hù)流域內(nèi)水環(huán)境。

1 區(qū)域概況

1.1 地理位置與地形地貌

以某地區(qū)A河流域為研究對象，該流域地勢北低南高，東南至西北呈傾斜態(tài)勢，流經(jīng)山地、丘陵、臺塬、平原4種地理種類[7]，河流上游主要分布在山地區(qū)域，海拔高程通常高于1000m，頂點海拔高程超過2000m，河流中游主要分布在丘陵、臺塬區(qū)域，海拔高程范圍約為500～1000m，河流下游主要分布在平原區(qū)域，海拔高程范圍約為300～500m。

1.2 河流水系

A河隸屬黃河流域、渭河水系，沿途有較多支流匯入，羽狀散落在中上游山區(qū)[8]，河流左側(cè)匯入的支流量少但長，右側(cè)匯入的支流量多但短，流域全長約105km，集水面積2500km2，平均比降5%，流域內(nèi)建設(shè)有20個小型水庫、230個塘壩，總庫容4500×104m3，流域內(nèi)設(shè)有多個水文站、雨量站。

1.3 氣候

A河流域?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，具有四季分明的特征，春季溫度上升速度快且存在較大程度波動，常存在春旱、霜凍等災(zāi)害；夏季氣溫高，暴雨集中；秋季氣溫適中，空氣濕潤，常存在秋旱、陰雨；冬季空氣干燥，氣溫低、雨雪偏少[9]。流域內(nèi)年平均氣溫為10℃，地勢越高溫度越低，極端最高、最低氣溫分別為42℃、-30℃，無霜期從北至南遞增，山區(qū)的相對濕度大于丘陵，最大凍土深40cm，年平均日照時數(shù)區(qū)間約為2600～3000h，年平均水面蒸發(fā)量約為780mm，干旱指數(shù)約為1.5。

2 水文勘測技術(shù)

以勘測A河流域水文特性為目標(biāo)，需要應(yīng)用水文勘測技術(shù)。水文勘測技術(shù)在水環(huán)境治理上具有關(guān)鍵作用，通過先進(jìn)的水文雨流量檢測、水文泥沙檢測等相關(guān)水文勘測設(shè)備[10]，分析其應(yīng)用并科學(xué)、合理地充分應(yīng)用在水環(huán)境資源污染治理中。

2.1 水文雨量監(jiān)測

雨水是水資源構(gòu)成的最關(guān)鍵部分，雨流量可有效應(yīng)用在水資源環(huán)境污染的治理中，水文雨量監(jiān)測是水文檢測中重要程度較高的觀測數(shù)據(jù)[11]。通過監(jiān)測水文雨量，可有效記錄、儲存、計算、分析所觀測的降雨流量、日期、地區(qū)分布以及時間規(guī)律等數(shù)據(jù)，可以有效探知降雨的變化規(guī)律，將其充分應(yīng)用在水資源環(huán)境污染的治理中。

2.2 水文泥沙儀器設(shè)備

通過水文泥沙儀器設(shè)備可以快而準(zhǔn)地處理水文泥沙的數(shù)據(jù)，深度了解泥沙信息，是水文勘測技術(shù)的關(guān)鍵工作，具有極大的環(huán)境污染治理輔助作用，其獲取的高精準(zhǔn)度水文泥沙數(shù)據(jù)簡化了環(huán)境污染的治理工作[12-13]。環(huán)境地質(zhì)受泥沙干擾較大，在地表水的運輸過程中，若其泥沙含量較高，則其沿線平坦地質(zhì)段會有泥沙沉積，造成地面升高，所以水文泥沙監(jiān)測對環(huán)境地質(zhì)的意義重大。

2.3 水文站網(wǎng)的分析功能

當(dāng)前社會信息化發(fā)展速度較快，在水文勘測技術(shù)中結(jié)合信息化技術(shù)具有積極的作用。結(jié)合信息化技術(shù)對水文站網(wǎng)進(jìn)行全面優(yōu)化，令其可以充分調(diào)用全部數(shù)據(jù)展開計算分析，令水文工作科學(xué)、準(zhǔn)確[14]。同時創(chuàng)新了水文勘測技術(shù)，通過信息化技術(shù)令所構(gòu)建水文網(wǎng)絡(luò)檢測體系更全面、科學(xué)[15]。

3 流域水文特征

分別在A河不同區(qū)域內(nèi)設(shè)置A、B、C、D、E五個監(jiān)測點，運用水文勘測技術(shù)勘測A河不同區(qū)域段的水文特性。

3.1 降水

A河流域受濕潤的西方與西北方路徑氣流影響，降水較豐富。其在水汽、地理因素的影響下，降水全年分配不均，全年降水量最大主要集中在5—8月，為連續(xù)降雨，A河流域A、B、C、D、E監(jiān)測點的四季實測年降水分配情況見表1。

通過表1可以看出，C點全年的降水量均為最高，但其水量分配較為均勻，連續(xù)降水以及最大、最小月降水居中，A點在5—8月的連續(xù)降水過程中降水量為最高占全年78.3%，最大、最小月降水也為最高，分別出現(xiàn)在7月與1月，C點與D點的降水情況較為相似，全年降水量分配情況相差不大，出現(xiàn)上述情況的主要是受地理因素的影響。

表1 A河流域五大監(jiān)測點四季實測年降水分配情況

3.2 蒸發(fā)

A河流域不同監(jiān)測點蒸發(fā)量的年際變化見表2。

表2 A河流域五大監(jiān)測點蒸發(fā)量年際變化情況

通過表2可以看出，五大監(jiān)測點的水面蒸發(fā)量年際變化幅度較小，穩(wěn)定程度較高。年水面蒸發(fā)量的最大與最小極值比范圍為1.33～2.21，離勢系數(shù)的取值范圍為0.076～0.194。C點的水面蒸發(fā)量年際變化程度最大，水面蒸發(fā)的最大與最小極值比為2.21，離勢系數(shù)值為0.194，E點的水面蒸發(fā)量年際變化程度最小，水面蒸發(fā)的最大與最小極值比為1.33，離勢系數(shù)值為0.076。A、B、C、D、E監(jiān)測點之間的最大、最小水面蒸發(fā)量所出現(xiàn)的時間一致性較低，說明區(qū)域內(nèi)具有較大差異，A河流域的各項氣象因素與地理因素的綜合影響不同。

在不同氣象因素影響下，水面蒸發(fā)量全年分配不均勻，A河流域五大監(jiān)測點年蒸發(fā)量四季分配見表3。

表3 A河流域五大監(jiān)測點年蒸發(fā)量四季分配表

通過表3可以看出，持續(xù)最長四個月的水面蒸發(fā)量約占全年的57.6%～64.3%，且由于各監(jiān)測點的水面蒸發(fā)量相似，因此持續(xù)最長四個月的水面蒸發(fā)量基本一致。出現(xiàn)最大水面蒸發(fā)量的月份為6、7月，占全年的15%～17%；最小的月份為12、1月，占全年的0.6%～1.5%，全年變化過程相似率較高，B點的持續(xù)最長四個月水面蒸發(fā)量略低于C點。整體來看，夏季的水面蒸發(fā)量變化較大，冬季較小，丘陵與平原四季的水面蒸發(fā)量分配大致基本相同。

3.3 徑流

A河流域不同監(jiān)測點徑流的年際變化如圖1所示。

圖1 A河流域五大監(jiān)測點年徑流量年際變化過程

通過圖1可以看出，不同監(jiān)測點的年徑流量年際變化較大，年徑流量的最大值高于最小值7倍左右，A點的年徑流量最高出現(xiàn)在1985年約為13.6億m3，最低出現(xiàn)在2010年約為1.82億m3，比值約達(dá)7.5，B點的年徑流量最高約為10.6億m3，最低出現(xiàn)在2005年約為1.51億m3，比值約達(dá)7，C點的年徑流量最高約為7.1億m3，最低出現(xiàn)在2000年約為0.98億m3，比值約達(dá)7.1倍，D點的年徑流量最高出現(xiàn)在1995年約為5.96億m3，最低出現(xiàn)在2010年約為0.84億m3，比值約達(dá)7.1，E點的年徑流量最高出現(xiàn)在2015年約為2.76億m3，最低出現(xiàn)在1995年約為0.41億m3，比值約達(dá)6.7。

3.4 洪水

A河流域受暴雨影響導(dǎo)致洪水出現(xiàn)，二者變化過程大致相同，年洪水多發(fā)期主要集中在5—8月，大型洪水常發(fā)生在7、8月。由于A河發(fā)源于較為高聳的山區(qū)，陡峭的山坡導(dǎo)致水流速度較大，是顯著的暴漲、落型河流，十分容易誘發(fā)山洪，導(dǎo)致出現(xiàn)山體滑坡、泥石流等災(zāi)害，破壞嚴(yán)重。A河流域不同監(jiān)測點的洪峰流量見表4。

表4 A河流域五大監(jiān)測點洪峰流量統(tǒng)計情況

通過表4可以看出，A河流域五大監(jiān)測點的洪峰流量均值從A點至E點跟隨水流方向沿程遞增，洪峰模數(shù)從A點至E點跟隨水流方向沿程遞減，洪峰離勢系數(shù)值也從A點至E點跟隨水流方向沿程遞減。

3.5 泥沙

A河流域不同監(jiān)測點的含沙量和輸沙量多年特征值變化情況見表5。

通過表5可以看出，D點的含沙量、輸沙量為最高，多年平均含沙量為26.4kg/m3，發(fā)生時間為1988年，冰期含沙量較小，歷年最大、最小年平均含沙量分別為72、1.945kg/m3，分別出現(xiàn)在1991年和2006年，C點略低于D點，多年平均含沙量為21.3kg/m3，發(fā)生時間為1987年，歷年最大、最小年平均含沙量分別為67、1.235kg/m3，分別出現(xiàn)在1935年和2010年，B點的含沙量、輸沙量為最低，多年平均含沙量為9.5kg/m3，發(fā)生時間為1989年，歷年最大、最小年平均含沙量分別為38、0.645kg/m3，分別出現(xiàn)在2005年和2012年。

表5 A河流域五大監(jiān)測點含沙量、輸沙量統(tǒng)計情況

以A點為例，統(tǒng)計其全年分配含沙量與輸沙量，結(jié)果見表6。

表6 A點多年平均含沙量全年分配

通過表6可以看出，A點的多年平均含沙量全年分配在6—8月的比重最大，約占年含沙量的22%～29%，3、4、5、9月約占全年的1.8%～9.89%；1、2、10、11、12月約占全年的0.05%～1.6%；而多年平均輸沙量全年分配在8月最大，約占年輸沙量的41%；6、7、9月的約占全年的10.4%～31%；4、5月的分別約占全年的1.5%、2.4%；12～2連續(xù)4個月的約共占全年的2.2%。

3.6 水質(zhì)

受自然環(huán)境因素影響，A河的水質(zhì)在不同區(qū)域存在差異，整體流域的水質(zhì)類別為重碳酸鹽類別，由山區(qū)至平原地區(qū)逐漸從鈣組轉(zhuǎn)變?yōu)殁c組，重碳酸鹽鈣組的礦化度一般為200～300mg/L，總硬度低于150mg/L，重碳酸鹽鈉組的礦化度常為400～600mg/L，總硬度高于250mg/L，整體的多年pH值區(qū)間為7～8.5，多為弱堿性，從南至北遞增。A河水質(zhì)在不同區(qū)域受污染程度不同，污染程度跟隨水流方向逐漸加重，以河流交匯位置最為顯著，氨氮、化學(xué)需氧量超標(biāo)，以E點為例，采用氨氮、化學(xué)需氧量以及溶解氧為指標(biāo)，對E點的指標(biāo)多年平均變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 E點指標(biāo)多年平均變化趨勢

通過圖2可以看出，1985—2020年A河E點的水質(zhì)污染程度總體上是有所降低的，化學(xué)需氧量在1990年增長了約3.9ng/L-1，但在1990年之后不斷下降，溶解氧與氨氮變化幅度較小，但是也呈下降趨勢，說明對A河流域展開的一系列綜合治理措施獲得了一定成果。

3.7 區(qū)間耗水量

區(qū)間耗水強(qiáng)度表示單位河長耗水量，公式如下：

(1)

式中，W—河段區(qū)間耗水強(qiáng)度，m3/(d·hm2)；Q入、Q出—河段進(jìn)水、出水量，m3；L—河流流域面積，hm2。通過W對河流各區(qū)域的河道特征進(jìn)行了描述，可獲取區(qū)域內(nèi)的耗水情況以及輸水能力。A河五大監(jiān)測點各年代的耗水強(qiáng)度變化如圖3所示。

通過圖3可以看出，E點的耗水量在小幅度波動后呈總體下降趨勢，A點與B點的耗水量總體呈上升態(tài)勢，C點與D點的耗水量分別以2010年、2005年為時間點呈先下降后上升趨勢，原因是A、B、C、D點位于河流的上中游區(qū)域，E點位于河流的下游，河流上中段區(qū)間耗水量增大，則進(jìn)入河流下段的水量快速減少。

圖3 A河五大監(jiān)測點各年代耗水強(qiáng)度變化

4 結(jié)論

文中以A河流域為研究對象，應(yīng)用水文勘測技術(shù)勘測出其水文特性并展開分析。由于我國地貌廣闊，不同水域的水文環(huán)境不同，勘測時會受到氣候與地形等因素影響，所以為實現(xiàn)水文水資源的監(jiān)測管理，國內(nèi)的環(huán)境保護(hù)組織還需進(jìn)一步提升水文勘測技術(shù)。水文勘測技術(shù)具有明顯的水資源環(huán)境污染預(yù)防、治理功能，通過加強(qiáng)水文勘測技術(shù)，可以在應(yīng)用過程中有效改善惡化的水資源環(huán)境，推動其和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。通過不斷優(yōu)化水文勘測技術(shù)，能夠完善水資源環(huán)境的污染監(jiān)測，提高區(qū)域內(nèi)水資源環(huán)境污染的監(jiān)測效率，為勘測人員提供安全保障，推動地區(qū)發(fā)展。