青海湖水量平衡分析与水资源优化配置研究.pdf

第 15卷第 1期 湖 泊 科 学 Vol.15, No.1 2003 年 3月 Journal of Lake Sciences Mar., 2003青海湖水量平衡分析与水资源优化配置研究*燕华云1贾绍风21 青海省水文水资源勘测局西宁 8 1 0 0 0 1 2 中国科学院地理科学与资源研究所北京 1 0 0 1 0 1提 要 在充分收集有关资料的基础上研究青海湖 1 9 5 9 - 2 0 0 0 年间降水径流蒸发湖泊水位地下水补给量的动态变化建立水量平衡分析方程. 青海湖水位在波动中持续下降4 2 年来年平均水位累计下降了 3 . 3 2 m 平均每年下降了 0 . 0 7 9 m 近年来下降的幅度减小. 同时青海湖储水量不断减少而湖区降水呈增加的趋势河川径流量地下水的入湖补给量 蒸发量呈现下降的趋势. 根据青海湖水平衡分析计算结果预测 2 0 1 0年青海湖流域耗水量将达 1 . 2 7 1 08m3为维护生态平衡和社会经济持续发展需要跨流域调水量引大济湖4 . 1 1 08m3.关键词 青海湖 水量平衡 水资源 优化配置分类号 P343.3青海湖鸟岛自然保护区列入湿地公约的国际重要湿地名录是我国的 7 块国际湿 地之一具有重要的生态科学研究和经济价值. 在过去的半个世纪里由于自然和人为的影响流域的生态环境恶化湖水位波动下降 引起了人们的广泛关注. 国内外关于 青海湖的研究成果较多在 2 0 世纪 9 0 年代中国科学院兰州分院对青海湖水量平衡水 位变化趋势进行了研究所采用的资料系列为 1 9 5 9 - 1 9 8 8 年[ 1 ]. 为了使青海湖不成为第二 个罗布泊在前人的研究基础上收集整理了大量的资料针对青海湖目前的自然人文 条件下 就减缓湖水位下降 重建生态环境需跨流域调水量进行了重点研究. 应用 K e n d a l l秩次相关法和滑动均值法分析 1 9 5 9 - 2 0 0 0 年青海湖水平衡要素的量和变化趋势预测流域 内社会经济发展和生态环境建设的需水量从水资源持续利用和维护青海湖的生态环境的 角度提出跨流域调水量实施水资源的优化配置. 为协调人与自然的用水矛盾减缓青海湖萎缩的速度提供依据.1 流域概况青海湖流域 位于青藏高原东北隅湖区介于 9 7 5 0 - 1 0 1 2 0 E 3 6 1 5 - 3 8 2 0 N间流域面积 2 9 6 6 1 k m2. 流域地势为西北高东南低形成了四周群山环抱的封闭式的山间内陆盆地湖南为青海南山东为日月山西为阿木尼尼库山北面为大通山 山区 面积约占流域面积的 6 8 . 6 % 河谷与平原面积较小为总面积的 3 1 . 4 % . 山势陡峻沟谷*中国科学院知识创新项目K X C X 1 - 1 0 - 0 3 资助.2 0 0 2 - 0 3 - 0 5 收稿. 2 0 0 2 - 0 7 - 1 6 收修改稿. 燕华云男1 9 6 6 年生工程师e m a i l ; y h y 2 1 @ s o h u . c o m .36 湖 泊 科 学 15 卷密布并多有冰蚀地形[ 1 ].青海湖湖泊水域位于流域的东南部形似梨状长轴走向为北西西向东西长约 1 0 9 k m 南北宽约 6 5 k m 周长约 3 6 0 k m . 湖水呈弱碱性p H值为 9 . 2 3 相对密度为1 . 0 1 1 g / c m3含盐量为 1 4 . 1 3 4 g / l[ 1 ]. 湖中岛屿有两处一为海心山一为三块石蛋岛 鸟岛已与陆地相连不成其为岛. 青海湖东面有四个子湖由北而南分别是尕海新尕海海晏湾和耳海.青海湖流域 2 0 0 0 年底拥有人口 9 . 7 2 万人 其中农村人口 7 . 4 1 万人 占总人口的 7 6 % 人口密度 3 . 3人/ k m2. 各类牲畜共 3 0 2 . 8 6万头( 只) 其中大牲畜 3 4 . 7 8万头猪 3 . 3 3万头小牲畜 2 6 4 . 7 5万只. 年末耕地面积约 2 0 0 0 0 h m2其中灌溉面积 1 1 4 0 0 h m2. 主要的 农作物有小麦 青稞 燕麦 豌豆及青饲料等 以油菜 青稞占主导地位 年产粮食逾 3 6 0 0 t .工业规模不大工业产值仅 1 . 1 9 亿元. 交通医疗卫生文化生活还比较落后.图 1 青海湖水位过程线( 1 9 5 9 - 2 0 0 0年)F i g . 1 W a t e r l e v e l o f Q i n g h a i L a k e , 1 9 5 9 - 2 0 0 02 青海湖水位变化趋势分析据历年青海湖水位观测资料一年之中青海湖水位变化可分为 4 个时段[ 1 ]. 第一时段为 1 - 4 月湖水位相对稳定期此时湖面结冰水温低蒸发量小水量收支基本平衡. 第二时段为 6 - 8 月湖水位上升期降水量河川径流量都比较大补给量大于排泄量. 第 三时段为 1 0 - 1 2月湖水位下降期来水小于湖水面蒸发量. 第四时段为 5 9月份系 湖水位过渡的阶段.湖水位年际变化的主要特点是少数年份水位上升总体上呈下降的趋势. 据观测资 料青海湖 2 0 0 0 年平均水位 3 1 9 3 . 3 0 m 相应湖面面积 4 2 3 6 . 6 k m2. 1 9 5 9 - 2 0 0 0 年湖水位下降 3 . 3 2 m 平均每年下降 0 . 0 7 9 m 点绘器测以来青海湖的水位过程线图图 1 由图 1 可以看出近十年来湖水位的下降幅度有所变缓. 3 青海湖水量平衡要素的动态变化青海湖来水量主要包括湖面降水地表水入湖补给和地下水入湖补给三部分. 耗水量 主要是青海湖水面蒸发损失. 建立水平衡方程1期 燕华云等 青海湖水量平衡分析与水资源优化配置研究 37E 湖 = P + Rs + Rg W式中E湖为湖水面蒸发量P为湖面降水量Rs为地表水入湖补给量Rg为地下水入湖 补给量W为湖水储量变量. 3 . 1 蒸发水面蒸发是青海湖水量平衡方程中的唯一支出项其大小主要取决于气温风速饱和差气压太阳辐射等. 青海湖流域 多 年 平 均 水 面 蒸 发 量 在 1 0 0 0 -2 0 0 0 m m ( 2 0 c m口径蒸发皿) 之间自东向西递增蒸发年内分配不均6 - 9月 份占全年蒸发量的 6 0 % 以上年际变化小年最大与年最小蒸发量的比值为1 . 5 C v 值一般在 0 . 1 0 - 0 . 1 5之间. 选 择代表站下社水位站实测的蒸发资料进行蒸发能力的趋势研究采用进行蒸发能力的趋势研究采用K e n - d a l l 秩次相关法分析有 9 5 % 的保证率 确信下降趋势显著. 从 1 0年滑动均值 等值线图( 图 2 ) 上可以清楚地看到这一点 从上世纪 6 0 年代到 8 0 年代下降的幅度比较大 9 0年代虽略有回升总体下降的趋势比较明显. 将环湖各站的水面蒸发观测值2 0 c m或 E 6 0 1 折算为大水体的水面蒸发量[ 2 ]计算青海湖多年平均水面蒸发量为 4 0 . 5 1 08m3. 3 . 2 降水 青海湖流域降水量较其它内陆地区丰沛多年平均降水量在 3 0 0 - 5 5 0 m m 之间. 地区间分布不均由湖滨向四周山区递增由 湖南向湖北部递增形成北部山区和黑 马河流域两个高值区湖的东南部为低 值区. 降水年内分配不均5 - 9月份降 水量占全年的 8 5 % 以上降水年际变化小降水量变差系数 C v值一般在0 . 1 5 - 0 . 3 0之间年最大与最小降水量 之比为 2 . 5 左右. 对代表站布哈河口水5左右. 对代表站布哈河口水文站的年 降水量进行 K e n d a l l秩次相关检验分 析 有 9 5 % 的保证率确信上升趋势显著. 从点绘的十年滑动均值等值线图上可点绘的十年滑动均值等值线图上可以看出自 5 0年代到 8 0年代呈缓慢上升9 0年代有小幅回落图 3 . 根据环湖水文站雨量站的历年观测资料采用算术平均法和面积加 权法计算青海湖多年平均水面降水量 1 5 . 6 1 1 08m3.3 . 3 地表水入湖补给量 青海湖流域径流深一般在 5 0 - 1 7 5 m m 之间. 径流深区域分布特点由西北向东南递减由山区向湖滨递减北部山区降水量较大相应的径流深也比较大在 1 5 0 - 1 7 5 m m 之间 黑马河地区径流深为 1 0 0 m m 左右湖东地区一般在 5 0 m m 以下其他地区多在 5 0 - 1 0 0 m m .根据流域内各水文站的实测资料分析计算青海湖流域多年平均径流量 1 6 . 0 3 1 08m3.图 2 下社水文站2 0 c m 蒸发量 1 0 年滑动平均F i g . 2 1 0 - y e a r - r u n n i n g - m e a n e v a p o r a t i o n ( 2 0 c m ) , X i a s h a图 3 布哈河口站年降水 1 0 年滑动平均线F i g . 3 1 0 - y e a r - r u n n i n g - m e a n r a i n f a l l o f B u h a h e S t .38 湖 泊 科 学 15 卷布哈河口水文站集水面积占青海湖山丘区面积的 6 2 . 5 % 径流量占青海湖流域的 4 8 . 3 % 因此选布哈河水文站为代表站进行分析研究. 从该站的年径流量十年滑动均值等值线图图 4 上不难看出年径流量呈下降的趋势. 采用 K e n d a l l秩次相关检验有 8 0 % 的保证率确信布哈河年径流下降趋势 显著. 径流呈下降的态势与其总补给源降水的变化趋势相反原 因可能与降水过程发生变化形成径流的有效降水减少有关此 外生态环境恶化水源的涵养 能力下降加之地形平坦陆地蒸发量增大. 需要在今后的工作中进一步论证.地表水资源中一部分水量 因人类活动被消耗掉所以地表水的入湖补给量不包括这部分水量. 根据青海湖历年用水 量和各行业耗水率估算耗水量多年平均耗水 0 . 7 7 3 2 1 08m3扣除耗水量地表水多年 平均入湖补给量 1 5 . 2 6 1 08m3. 3 . 4 青海湖储量的变化 青海湖水储量的变化是湖泊水量平衡的具体反映. 根据青海湖沙陀寺水位站的实测资 料 从青海湖水位- 容积关系图上查出 湖水的储量由1 9 5 9 年初的8 6 5 . 8 1 08m3减少到2 0 0 0年底的 7 1 5 . 9 3 1 08m3累计减少了 1 4 9 . 9 1 08m3平均每年减少 3 . 6 0 1 08m3. 3 . 5 地下水入湖补给量 青海湖入湖的地下径流主要受降水地表水河床潜流山前侧渗等补给及青海湖水位的升降的影响年际变化比较大. 入湖的地下径流量主要包括平原区地下水中的河床潜 流补给量山前侧渗补给量降水入渗补给量三部分之和扣除潜水蒸发地下水开采量 之后的水量. 地下水的入湖补给量难以测量根据水量平衡方程和其它平衡要素进行计算. 虽然降 水蒸发地表水三个水平衡要素的计算结果还存在一定的误差但它们是根据多年实测值计算出来的大体上反映了客观实际情况. 。