海河流域地下水超采对洪水的影响研究（于翚,刘思清）

时间：2022-02-23 16:53:39 浏览量：次

摘要：针对海河流域地下水连年超采的状况，分析了地下水位下降对流域洪水的影响，进而指出了洪水减少在减轻防洪体系负担方面的作用。通过分析研究得出以下结论：①山区地下水超采区主要分布在盆地河谷地带，超采区面积550 km2，仅占山区面积的0.3％，属于局部下垫面变化，不会对洪水产生大的影响。②子牙河系平原地下水超采对洪水有较大影响的区域在京广铁路－艾辛庄与滹滏之间的两个区，现状与当年比较，同等降雨条件下，洪水减少量分别为1.65 亿和5.73 亿m3，前者占艾辛庄以上洪水总量的2％，对降低大陆泽、宁晋泊的设计滞洪水位有些作用，而后者因地处两河大堤之间对减轻防洪体系的负担作用很小。③大清河系地下水超采对洪水有较大影响的区域主要在淀西的两个区，其次是淀东的两个区。现状与当年比较，同等降雨条件下，淀西与淀东洪水减少总量约10.69 亿m3，占河系洪水总量的13.2％。大清河系洪水量的减少对防洪体系的影响主要涉及文安洼与贾口洼两处蓄滞洪区，一是可提高两处蓄滞洪区的启用标准，二是可以降低设计滞洪水位。④在降雨量不大时，地下水超采对径流的影响非常明显，随着降雨量的加大，影响程度越来越小。也就是说，地下水的超采，对于平水年和枯水年的地表水资源影响十分明显，而对于50 年一遇洪水的影响非常有限。⑤海河流域地下水超采，从其对洪水的影响范围和对设计标准洪水影响的量级上看，不会涉及流域防洪体系格局的调整，而仅仅局限在部分蓄滞洪区的调度及运用水位方面。

关键词：地下水超采；洪水；子牙河系；大清河系

中图分类号：TV213.6 文献标识码：A 文章编号：1004－7328（2009）02－0036－04

1 问题的提出

多年来，海河流域持续超采地下水，造成地下水位下降。为此，在流域防洪规划和蓄滞洪区建设与管理规划工作过程中，很多人担心洪水成果偏大。但是，到底偏大多少、特别是地下水超采影响洪水的程度到底有多大、其影响是否达到需要调整流域防洪体系总体格局的程度，至今还没有确切结论。研究回答以上问题，对于落实科学发展观、正常开展流域防洪体系建设工作、抓紧实施蓄滞洪区安全建设任务具有十分重要的意义。

2 研究思路与步骤

以1963 年8 月上旬子牙河系及大清河系暴雨洪水为典型，从两个角度进行分析，一是分析确定有多大比例的洪水将受到地下水超采的影响，二是分析地下水超采区对洪水的影响量占本河系洪水总量的比例有多大。从而，分析洪水量的减少对防洪体系的影响程度。

研究步骤：①研究地下水超采区的分布；②统计分析当年产生洪水总量情况； ③研究地下水超采范围内曾经产生洪水的量级及占河系洪水总量的权重； ④研究不同地下水埋深情况下的降雨－径流关系，估算不同雨量条件下的洪水量减少程度；⑤测算地下水超采区洪水减少量占本河系洪水总量的权重；⑥分析洪水减少量对减轻防洪体系压力的作用。

3 平原浅层地下水超采区分布

海河流域浅层地下水超采区主要分布在海河南系平原。据统计，海河流域平原浅层地下水超采区总面积59 554 km2，其中南系平原超采区面积51 075 km2、占超采区总面积的87%，北系及滦河平原仅8 479 km2、占13%。见表1。

南系平原超采区主要分布在子牙河系平原及大清河系平原，即子牙河系的京广铁路－艾辛庄区、滹滏之间区及黑龙港地区的西部和大清河系淀西平原的全部和淀东平原的上游局部区域。

海河流域著名的四大漏斗都在严重超采区范围，即宁柏隆漏斗面积1 671 km2、石家庄漏斗437km2、高蠡清漏斗807 km2、肃宁漏斗184 km2。

4 1963 年8 月上旬暴雨洪水的区域分布

1963 年8 月上旬的暴雨洪水，主要发生在海河南系的子牙河系、大清河系和漳卫南运河系，其中子牙河系洪量最大。子牙、大清两河系实际共产洪水217.8 亿m3。

4.1 子牙河系洪水分布

子牙河系总面积6.271 万km2，其中滹沱河2.769 万km2、滏阳河2.272 万km2、黑龙港地区1.230 万km2。

（1）滏阳河上游产洪最多。1963 年8 月上旬，子牙河系发生暴雨，实际产洪量137.06 亿m3。其中，滹沱河献县以上38.09 亿m3，滏阳河献县以上91.83亿m3，黑龙港地区7.14 亿m3。滏阳河产洪量最多，占全河系的67.0％。

（2）京广铁路以西产洪量最大。以京广铁路为界，京广铁路以西产洪量97.44 亿m3，占全河系的71％；而铁路以东实际产洪量仅39.62 亿m3，约占全河系的29％。铁路以东的部分区域属于地下水超采区。

（3）超采区产洪量不大。京广铁路以东共分4 个区。一是滏阳河的京广铁路－艾辛庄区，属于主要超采区，实际产洪量11.01 亿m3，占全河系洪量的8％；二是滹滏之间区，也是主要超采区，实际产洪量12.74 亿m3，占全河系洪量的9.3％；三是黄壁庄－献县区，面积很小，并包括北中山以上小支流山区部分面积，实际产洪量8.73 亿m3，仅占全河系的6.4％；四是黑龙港地区，属于局部超采区，实际产洪量7.14亿m3，占全河系的5.2％。见表2。

超采区产洪量仅占河系洪水总量的20％左右。

4.2 大清河系洪水分布

大清河系（进洪闸以上）总面积4.010 万km2。其中，南支十方院以上2.094 万km2，北支白沟镇以上1.000万km2，淀东清南、清北平原面积共计0.916 万km2。

（1）山区是主要产洪区，平原产洪量占四成。1963 年8 月上旬，大清河系暴雨实际产洪量80.74亿m3。其中，山区产洪48.97 亿m3，占60.7％；平原产洪31.77 亿m3，占39.3％。

（2）淀西清南区既是地下水超采区，也是平原洪水的主要产区。此研究将大清河系平原划分为4 个分区，即淀西清南区、淀西清北区、淀东清南区、淀东清北区。1963 年8 月上旬的暴雨在以上4 个分区上的实际产洪量为：淀西清南区20.26 亿m3，占全河系的25.1％；淀西清北区6.11 亿m3，占全河系的7.6％；淀东清南区和淀东清北区分别产洪4.11 亿和1.29亿m3，分别占全河系的5.1％和1.6％。见表3。

对以上4 个平原分区进行比较，淀西的2 个区全部处于超采区，产洪量相对也大；淀东的2 个分区不仅产洪量相对较小，浅层地下水超采现象也仅出现在局部区域，淀东清北区有大约1/2 的面积处于超采区，淀东清南区只有1/4 的面积处于超采区。超采区洪水量占全河系洪水总量的34.7％。

5 平原区地下水超采对河系洪水影响程度分析

影响平原产流的两个主要因素，一是地下水埋深的大小，二是次降雨量的多少。不同情况下，两个因素的主次地位也发生实质性变化。当降雨量相对较小时，地下水埋深起决定性作用，埋深大则产流小。当降雨量足够大时，地下水埋深的变化对产流的影响就不十分明显，此时降雨量成了影响产流的主要因素。

通过对河北省平原区次降雨径流关系的分析，以地下水埋深为参数绘制降雨－径流关系曲线，该曲线的首段（即降雨量相对较小的段落）曲率很大，随着降雨量的增大，关系线的曲率愈来愈小，最后接近于直线，但斜率仍然大于450。

经对典型区分析，流域平原地下水超采区，目前的地下水位与当年地下水位两种状况比较，不同的降雨条件下，对径流的影响程度存在很大差别。次降雨（加前期降雨）为200 mm左右时，产流量将减少75％左右；500 mm时，产流减少33％左右；700mm时，仅减少15％～20％左右。由此可以看出，地下水超采对于降雨量不大情况下的地表水资源的影响特别明显，而对于暴雨情况下产洪量的影响相对要小的多。

5.1 子牙河系地下水超采对洪水的影响

如前所述，子牙河系浅层地下水超采区主要分布在京广铁路－艾辛庄区和滹滏之间区，2 个区当年实际面雨量（7 d）分别为700 和400 mm，实际总产洪量23.75 亿m3。由于地下水多年超采、水位下降，使降雨－径流关系发生变化，同等暴雨条件下，产洪量将有所减少。就目前情况看，若再遇1963 年8 月上旬一样的暴雨，两区产洪量将由当年的23.75 亿m3 减少为16.37 亿m3，减少量约为7.38 亿m3，占子牙河系洪水总量137.06 亿m3 的5.4％，占滏阳河洪水量91.83 亿m3 的8.0％。

5.2 大清河系地下水超采对洪水的影响

大清河系平原浅层地下水超采区主要分布在白洋淀以西2 个平原区，淀东2 个区只是局部区域超采。淀西2 个区的实际面雨量（7 d）为500 和400mm，淀东2 个区的面雨量为200 mm。由于地下水超采，下垫面变化，若再遇1963 年8 月上旬一样的暴雨，浅层地下水超采区产洪量将由当年的28.04 亿m3 减少为17.35 亿m3，总减少量约为10.69 亿m3，减少量约占大清河系洪水总量80.74 亿m3 的13.2％。各区产洪量及减少量见表4。

6 山区地下水超采对河系洪水影响甚微

前面分析了平原地区地下水超采对河系洪水的影响，大清河相对稍大、影响程度约为13.2％，子牙河系影响程度很小、约为5.4％，总的看来都不大。那么，山区的地下水超采会不会对河系洪水造成大的影响呢？

根据山区地下水开采情况分析，海河流域山区范围内的地下水超采区全部集中于山间盆地与河谷地区。海河流域山区面积18.94 万km2，山间盆地与河谷地貌类型区的面积仅1.78 万km2，而地下水超采区面积更小仅550 km2。地下水超采区面积占盆地河谷面积的3％，占山区总面积不足0.3％。这样小范围的局部下垫面变化，基本不会对河系洪水造成明显影响。

7 洪水减小对防洪体系的影响分析

海河流域防洪工程体系由水库、河道堤防和蓄滞洪区3 类设施组成，3 类设施各具功能，各自发挥防洪作用。如果将海河流域的河流按发源地类型划分为迎风坡河流和背风坡河流，那么背风坡河流的防洪工程体系以水库与河道堤防为主、蓄滞洪区为辅，如永定河、滹沱河、漳河等；而迎风坡河流则以蓄滞洪区与河道堤防为主、水库为辅，如卫河、滏阳河以及大清河等。

前面分析过，以大清河与子牙河为典型的2 个河系，由于地下水超采，洪水量都存在减小的可能。相比之下，山区减少量很小，平原相对稍大；子牙河系稍小，大清河系稍大。既然洪水量有所减小，那么是否会对流域防洪体系调度方式产生重大影响以至影响防洪体系格局呢？经过分析得出以下结论：山区洪水量的减少不会对背风坡河流防洪体系产生影响，而平原洪水量的减少将影响部分蓄滞洪区的调度运用水位。

7.1 山区洪水减小对防洪体系基本没有影响

山区的地下水超采区全部在背风坡河流的上游，包括永定河、滹沱河与漳河。

背风坡河流在防洪方面有以下几乎完全相同的四大特点：①主要防洪设施是水库，并且是防洪能力极强的大(Ⅰ)型水库。永定河下游出山口处建有官厅水库，滹沱河下口建有岗南、黄壁庄2 座串连水库，漳河下游建有岳城水库。②设置的蓄滞洪区数量少，并在防洪体系中占次要地位。每条河上只有1 个泛区被设置为蓄滞洪区，分别为永定河泛区、献县泛区和大名泛区。③进入平原后的尾闾河道都是人工河道，包括永定新河、子牙新河和漳卫新河。④出山口水库防洪作用大，适应上游洪水变化的能力很强。官厅水库遇100 年一遇及以下洪水，控制下泄流量不超过600 m3/s；黄壁庄水库遇50 年一遇洪水限泄3 300 m3/s；岳城水库遇漳河30 年一遇以下洪水控泄1 500 m3/s，遇30～50 年一遇洪水时控泄流量为3 000m3/s，超过50 年一遇洪水不限泄。

由此可见，上游山区局部下垫面变化即便对洪水有微小影响，到入库时也不会有明显的反应，更不会影响到水库的调度运行方式，至于其对下游泛区的影响就更微乎其微了。

7.2 平原洪水减小对部分蓄滞洪区的运用水位有影响

恰好与山区地下水超采发生在背风坡河流相对应，平原地下水超采区则主要分布在迎风坡河流的中游平原区，包括大清河平原、滏阳河平原，还有卫河平原，并以前两处平原为甚。迎风坡河流的防洪设施以蓄滞洪区为主。经分析，有些区域由于洪水量较小，确实能够减轻蓄滞洪区的防洪负担，而有的区域则没有这样的作用。

滏阳河的2 个区域就完全不同，京广铁路－艾辛庄区再遇“63·8”型暴雨洪水减少1.65 亿m3，届时大陆泽、宁晋泊2 处蓄滞洪区的滞洪水位将比当年有所降低；而滹滏之间区因其处于滹沱河南大堤与滏阳新河左堤之间，在河系洪水高峰期，这里的水基本不能进入河道，更不能进入蓄滞洪区，所以尽管洪量将减少5.73 亿m3，在减轻防洪体系负担方面作用很小。

大清河平原4 个区的地下水超采所减少的洪水量，对于减轻蓄滞洪区的防洪负担来讲，主要是淀西的2 个区域。淀西平原2 个区产洪量的减少（减少9.44 亿m3，占十方院以上总洪量的15.7％），将使进入白洋淀的洪量减少，最终反映在文安洼与贾口洼2座蓄滞洪区的启用标准方面和运用水位方面：启用标准由原来的20 年一遇启用提高到25 年一遇启用、设计滞蓄水位从6.44 m降低到5.94 m是很有可能的。而淀东的2 个区域，洪水高峰期，两区的洪水本来进入东淀和文安洼的水量就不多，其洪水量的减少在减轻蓄滞洪区防洪负担方面作用微乎其微。

作者简介：于翚（1973－），女，工程师，主要从事水利规划设计工作。

来源：《海河水利》2009.4

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