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水坝对流域内水系循环的结扎理论(2)

已有 4053 次阅读 2011-6-8 08:52 |系统分类:观点评述|关键词:学者| 水资源, 水库, 水坝, 结扎

    水坝建设的初衷一般都是削峰平谷,防洪抗旱,水利发电。但建坝后,随着水资源的日益匮乏,水坝所扮演的角色也在不断转变。拿太行山区的岗南水库大坝与黄壁庄水库大坝为例看,其水坝功能转变基本分三个阶段:第一阶段,六、七十年代建成初期为滹沱河水起到削峰平谷的作用;第二阶段,八十年代季节性间断放水;第三阶段,进入九十年代后,水坝完全变为保水的功能,除每年汛期前腾库外,几乎从不再开闸放水。
      太行山山中,其他大大小小的几百座水坝,也基本上经理了同样的三步曲,即:削峰平谷;间断性放水;围库保水。我们下面就水坝在这三个阶段中,对流域内的水循环结扎作用分别进行论述。
  

   首先,我们先来看一下华北平原作为冲积平原的地质地貌特点。华北平原属典型的冲积平原,分别由黄河,海河,淮河冲积而成。土层很厚,分别由表土层,黏土淤泥层、沙土层等构成,这一结构决定了地表径流是地下水有效补给的主要来源。历史上这一地区地下水蕴藏丰富且水位很浅;河漫滩、洼地、沼泽湖泊众多,如白洋淀、衡水湖、宁晋泊等,大小河流逞网壮分布,如滹沱河,子牙河,滏阳河等等数不胜数,这些组成了这些流域内的丰富的地表径流。流域面貌特征与下图所示相仿:

这些丰富的淡水资源在水坝群建成后,经过短短三四十年的时间就变得如此捉襟见肘,大致经过了如下三个阶段。
    水坝削峰平谷期,在削峰时导致水坝以下流域内海拔较高的洼地与河流沟渠缺少水量补给。地貌特征变为如下图所示:

结果是不仅地表径流总量缺少了一块,而且这些区域土壤湿度也相对降低。两者都会造成水汽蒸发总量减少,大气水汽补充量降低。我们知道,在雨季气温变化与冷暖空气对流这些条件具备的季节,大气中的水汽充足程度便成为有效降水量的唯一决定因素,因此河流削峰可能造成降水临界大气湿度不够,而且降低降水次数与降水总量。尽管大陆降水主要水汽来源是海洋蒸发,但内陆水汽供应量在降水临界湿度上却起着举足轻重的作用,关键时刻可能会造成有云无雨。而在平谷期,也称为补枯期,这时虽然增加了大气水汽,但这时往往雨季已过,冷暖对流等气候条件已不具备,降水难以形成。这时流域内的气候特征是雨季降水减少,甚至偶尔还会出现干旱,全年总降水量持续逐年降低。黄、淮、海流域在上世纪七、八十年代就处于这一阶段,长江中下游流域今后几年也会呈现这种气候与降水特征。这一阶段长期下来造成的结果就是,河流可能会因为降水不足而频繁出现断流局面,这时,水坝就进入了间断性放水期。
     水坝间断性放水期,流域内的主河道会出现断流,支流与湿地补水明显不足,甚至湿地与沼泽逐渐消失。:地貌特征变成如下图所示:

象1998的白洋淀干涸一样,这时大气中的水汽补充与上一阶段相比明显减少,降水量持续逐年大幅降低,而且地下水开始下潜,抽水井需几年加深一次,用了几百年的老井从此废掉。在京津冀豫鲁,这已是不争的事实。白洋淀,衡水湖,包括趵突泉这些名胜水资源都是靠人工输血维持生命,其自然水纹特征早已面目全非。与上一阶段同样的道理,这一时期水汽短缺,对流域内的降水破坏极大,故不需很长时间,水坝便会进入围库保水期。
     水坝的围库保水期,华北平原太行山以及京北的燕山中的所有大小水坝,目前全都处于这种状态。水利工程学中对水坝作用的定义在这些水坝上均已名不符实了,蓄洪、滞洪、抗旱、发电、灌溉、平流漕运、渔业都已统统见鬼。保证饮水资源,已经是社会各界对这些大坝的共同解读。地貌特征变为下图所示:

在流域内,大小河流一年四季干涸,土壤湿度极地,一些传统野生植被难以存活,地下水普遍深达几十上百米,而且还以每年几米的速度递增,对工业农业生产带来极大用水困扰,甚至到威胁国家安全的程度。在这一阶段,海面来的水汽虽然不会减少,但由于内陆水汽的严重不足,使得雨季气候条件下云层不足,空气干燥,相对湿度偏低,超饱和机会降低,从而因降水临界湿度达不到而错过雨季降水大好时机。在山中虽然库区周围水汽充足,也能小范围的形成一些地势雨,甚至都有小江南的错觉,但是因为海洋水汽难以到达这里,所以在这一地区只能封闭式的实现水资源小循环,对整个流域内的大循环没有任何帮助。
水坝对流域内的水系循环结扎作用,就是通过这三步曲来完成的


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