山东省沂河流域的变迁及其驱动因子的分析.docx
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山东省沂河流域的变迁及其驱动因子的分析
山东师范大学
ShandongNormalUniversity
专业：
[环境科学]
学生姓名：
[环境本1002第一组]
指导教师：
[韩美老师]
完成时间：
[2018年10月14日]
课题：
[山东省沂河流域的变迁及其驱动因子的分析]
目录
摘要与关键字-1-
1引言-2-
1.1研究背景-2-
1.2研究目的及意义-2-
2沂河流域基本概况-3-
2.1沂河流域的自然地理特点-3-
2.1.1流域水文、水系特征-3-
2.1.2气候条件-4-
2.1.2.1年气候特点 -4-
2.1.2.2气候特点 -5-
2.1.3地质地貌基础-5-
2.2沂河流域的社会经济概况-6-
2.2.1名称由来-6-
2.2.2历史渊源-6-
2.2.3对社会、经济的影响-6-
2.2.3.1作为饮用及灌溉水源-6-
2.2.3.2发展周边旅游业，建立水利风景区-6-
3沂河流域的变迁-7-
3.1河道的变迁-7-
3.1.1古代的沂河河道变迁-7-
3.1.2建国后～80年代的沂河河道变迁-7-
3.1.380年代～现在的河道变迁-8-
3.2沂河的水文演变-9-
3.2.1年径流量的变化-9-
3.2.2径流深与径流系数的变化-10-
3.2.3洪峰流量变化-11-
3.2.4径流演变的阶段性-12-
3.3沂河水质的变化-13-
4驱动因子-14-
4.1自然因子及分析-14-
4.1.1气候因子-15-
4.1.1.2温度-17-
4.1.2地质-18-
4.1.3洪水-19-
4.1.4泥沙-21-
4.2人文因子及分析-23-
4.2.1水资源开发利用现状-23-
4.2.2沂河流域洪水资源开发利用情况-24-
4.2.2.1洪水资源开发利用的必要性、可行性、优越性-24-
4.2.2.2沂河流域利用现状-24-
4.2.3土地利用/覆被变化（LUCC）-25-
4.2.4环境污染对沂河流域的影响-28-
4.2.4.1工业点源污染-28-
4.2.4.2农业非点源污染方式-28-
4.2.4.3城镇化带来的集中生活污水-29-
4.3分阶段总结驱动因子-29-
5总结及展望-30-
参考文献-31-
山东省沂河流域的变迁及其驱动因子的分析
环境本1002班第一组
摘要：
沂河是淮河流域的重要河流，其下游为国家一级河流。
本文主要根据沂河流域内近七十年的径流、环境的变化情况，探究其河道、水文、水质等方面的变迁历史，理清自然因子与人文因子对沂河流域变迁的影响。
其中，沂河流域气候条件、地质条件的变化一定程度上控制着径流的演化，但随着人类活动的介入，降水对径流演变的影响控制作用逐渐被削弱。
人类活动不仅包括兴建水利工程以达到保护水土、合理利用水资源等方面，也包括生产生活中产生的三废对该流域的负面影响。
关键字：
沂河流域；沂河流域的变迁；驱动因子
Abstract:
TheYiRiverisanimportantriverinHuaiheRiverbasinandtheriverdownstreamtothenationallevel.Thisarticleisbasedonnearly70yearsofrunoffintheYiRiverbasin,environmentalchanges,exploringitsrivers,hydrology,waterqualityandotheraspectsofthechangehistory,sortoutnaturalfactorsandhumanfactorsontheYiRiverwatershedchangeimpacts.Amongthem,changesintheclimateandgeologicalconditionsintheYiRiverbasincontrolrunoffevolutiontosomeextent,butwiththeinterventionofhumanactivity,influenceofprecipitationonrunoffevolutioncontrolgraduallyeroded.Humanactivitiesincludenotonlytheconstructionofwaterconservancyprojectsinordertoprotectsoilandwater,butotheraspectsofrationaluseofwaterresources,includingwastegeneratedintheproductionlifeofthenegativeeffectsofthebasin.
Keywords:
YiRiverbasin;ThechangesofYiRiverbasin;Drivingfactors
1引言
1.1研究背景
沂河流域社会发展历史悠久，文化源远流长。
它的地理位置特殊，自然条件复杂。
上世纪80年达以来，沂河流域社会经济发展对水资源需求的日益增加，气候变化与人类活动的共同影响导致流域内水文情况与水质情况，以及流域的面积、形状等发生巨大的变化。
1.2研究目的及意义
从历史地理学理论及区域历史地理研究而言，沂河流域历史地理具有重要的理论价值和学科建设价值。
传统历史地理学研究中的“区域”一般以政区或以自然地貌单元为对象，这样的区域研究固然有其合理性，也取得了不少研究成果，但却容易人为割裂历史地理要素的起源、空间传播及其连续性，而大量考古学研究成果表明，河流往往是孕育一个国家和民族古代文明的摇篮，而流域自然环境变动过程对人类社会利用和管理流域的响应机制有重要影响，探索历史流域人地关系演变之规律，可以为保证流域社会经济与生态环境协调稳定、可持续发展,提供科学依据和决策指导。
2沂河流域基本概况
2.1沂河流域的自然地理特点
2.1.1流域水文、水系特征
沂河流域（图1）地理坐标东经117°25’至118°42’，北纬34°23’至36°20’，沂源、沂水、沂南、临沂、蒙阴、平邑、费县、郯城等县全部或大部皆属沂河流域，在郯城县吴道口村南出境入江苏省。
图1沂河上游遥感图像
沂河位于淮河流域沂沭泗水系，发源于山东境内的鲁南山麓，主要支流有汶河、蒙河、柳青河、祊河、涑河、白马河等。
在江苏新沂驻入骆马湖，河道总长333km，流域总面积11820km2，下游由于开辟新沂河、“分沂入沭”等河道整治工程，流域界限破坏。
沂河临沂以上河道（图2）长223km，流域集水面积10315km2，占全流域面积的87.3%。
地势西北高、向东南部平原倾斜，山丘占70%，平原占30%，坡降1/2000—1/3000，多年平均径流量36.06亿m3。
图2临沂市沂河流域示意图
沂河流域水系有以下特征：
上游山丘区风化层较薄，植被较差，洪水汇集迅猛，水土流失较严重；中下游多为壤土，植被尚好，流域地下径流所占比重很小，枯季大部分河道干枯，这种峰时漫溢、枯时断流的特性不利于水资源的利用，使当地成为易旱易涝地区。
2.1.2气候条件
沂河所流经大部分地区地处中纬度区，属温带季风区大陆性气候，具有气候适宜、四季分明、雨量充沛、光照充足、无霜期长等特点。
2.1.2.1年气候特点
年平均气温在12.3—13.3度之间，最热日出现在七、八月，平均气温在25.4—26.3度之间；最冷月在一月，平均气温在零下1.1—2.8度之间，冬夏寒暑分明。
降水量丰沛，雨量受季风影响显著，其特点表现为冬夏降水差异悬殊，占降水量的60%集中在夏季。
同时相对变率大，不稳定性强，一般流域内由沿海向内陆，自东南向西北递减。
2.1.2.2气候特点
春季：
回暖迅速，少雨，多大风，气候干燥，盛行东南风和南风，平均风速为全年之冠，同时，春季寒潮侵袭，常引起急剧降温；夏季：
温高、湿重、气压低、雨量充沛和集中，强度大，盛行东南风，风速小，由于各种气象要素变化复杂，往往产生暴雨、山洪、大风、雷击、冰雹、水涝、台风等自然灾害；秋季：
气温急降，雨量骤减。
晚秋开始有寒潮影响这时期冰雹、台风也常侵袭本区；冬季：
寒冷干燥，冷期长；雨雪稀少，多晴天。
一般十二月下旬至翌年二月中旬河流常封冻。
随着四季气候的变换，在本区构成冬季干冷，春旱多风，夏热多雨，晚秋又旱的特点，但个别年份和季节也有反常现象。
2.1.3地质地貌基础
地质方面，该流域岩性比较复杂，出露有新生代第三纪紫红色砂岩，砂砾岩，中生代白垩纪火山岩系和河湖相的砂页岩及侏罗纪砂页岩，古生代石炭，二迭纪煤系地层，奥陶纪、寒武纪之灰岩，太古代杂岩及各时期火成岩，灰岩分布面积最大，富含岩溶水。
地貌方面，流域最上游以鲁山背斜与潍、弥河分水，东以沂山背斜余脉与沭河分水，地形西北高，向东南部倾斜，自河源至东汶河口，大部为山区，山峦迭嶂，海拔高程300～800米，斜午、青驼、茶山西北多为低山丘陵及高地，地面高程在200～400米之间，蒙山前半程以南地势变缓向平原过渡，在临沂城北与其支流祊河汇流后进入中游临郯苍平原，平原坡缓为1/3000—1/2000。
图3沂沭断裂带地理位置示意图
沂河流域在地貌上属构造剥蚀堆积平原区。
大地构造属鲁西断块隆起的一部分。
以沂沭断裂带之间地叠为分界线（包括沂水至汤头断裂、鄌郚至葛沟断裂）（图3），界线以西，包括沂源、沂水西部，沂南大部，蒙阴、平邑、费县、临沂西部，苍山东部及郯城西部，为沂河流域。
2.2沂河流域的社会经济概况
2.2.1名称由来
沂河之名，由来已久。
《尚书·禹贡》就有“淮沂其义，蒙羽其艺”的记载，说明早在4000年前就称其为“沂”了。
此外，《水经》、《说文》、《郡国志》、《水经注》等史料也有记载。
沂河的发源地是沂源，沂河流经沂水、临沂、郯城境入江苏东南流汇海。
主流全长约1900里。
沂河在古代是淮河的主支流。
沂河，远古至今有无数东方美丽的神话传说。
她的景观，博大精深，壮丽神奇。
沂河像母亲哺育着沂河连岸的儿女。
2.2.2历史渊源
沂河又名沂水，沂河之源素有三源、四源、五源之说。
沂河属山洪河道，源短流激，洪水集中，含沙量大。
解放前，水灾频发。
解放后，建起了田庄、跋山、岸堤、许家崖等大、中、小型水库100多座，塘坝200余处。
1998年在中游建起了世界最长的橡胶水坝，基本消除了水患，收到了养鱼、发电、灌溉之利。
沂河沿岸有鲁山溶洞群、阳都古城、金雀山、银雀山汉墓群、郯国古城等名胜古迹。
1988年10月，国家水利部治淮委员会、水利部沂沭泗局沂沭河管理处、山东省临沂地区水利局会同沂源县水利局等有关部门进行了实地勘察，结论是：
沂河有四源，主源是徐家庄河（流域面积和水量最大）。
四源相汇于田庄水库，即《清史稿》载“经龙洞山而合”，水库以下称沂河。
2.2.3对社会、经济的影响
2.2.3.1作为饮用及灌溉水源
1949年起，山东、江苏两省先后修建导沭整沂和导沂整沭工程，在上游开展水土保持，陆续建设了田庄、跋山、岸堤、唐村、许家崖和昌里等大、中、小型水库数百座,拦洪蓄水，发展灌溉及水产养殖。
分沂入沭水道从临沂县南沂河东岸彭道口起，往东至沭河西岸临沭县大官庄，经新沭河于江苏省临洪口入黄海；邳苍分道洪则自沂河西岸江风口至中运河东岸江苏省邳县的滩上村，最后经中运河、骆马湖入新沂河下泄。
通过初步治理，使两岸66万多公顷农田消减了水旱灾害，部分地区建成商品粮基地[1]。
2.2.3.2发展周边旅游业，建立水利风景区
1997年，临沂市政府在沂河城区段小埠东兴建了橡胶拦河坝，该坝全长1247.4米，是世界第一橡胶坝，被列为吉尼斯记录，是集供水、发电、灌溉、旅游为一体的水利枢纽工程。
坝上蓄水面积1.6万亩，蓄水量可达2830万立方米。
湖心建有2个湖心岛，两岸修建了宽80米的绿化带，形成了一湖、两岛、两线、四桥的水上游乐区，堪称临沂市的“外滩”和中国北方的“威尼斯”。
在创建“文化大省”的时代背景下，按照大思路、大规划、大基地的战略方针建设，建有“南国古城”、民国街、文革村等影视拍摄基地。
3沂河流域的变迁
3.1河道的变迁
3.1.1古代的沂河河道变迁
沂河与淮河、黄河和现在的泗河有很深的渊源关系。
历史上，沂河是古泗水的主要支流，而泗水又是淮河的一大支流。
在黄河夺泗和元、明、清三代开挖南北大运河之前，沂、沭、汴、濉等河流均以泗河为干流而注入淮河。
1128年开始，黄河频频南决，并改道南流，夺泗水，至淮阴西夺淮河故道入海。
淮河被迫南寻出路，在低洼地带潴留，形成现在的洪泽湖。
明、清之间（1368～1911）曾于临沂县南沂河两岸设江风口和芦口坝两引水口引水，以接济中运河航运。
1949年前，因山丘区洪水无控制，下游地区因入泗入淮尾闾遭黄河侵泗夺淮淤废，便成为泗、沂、沭河下游洪水走廊，沂河水旱灾害严重。
图4沂河示意图
由此可见，1128年的黄河决口，导致泗水中下游河道废弃和淮河改道，并使洪泽湖、南四湖和骆马湖三个湖泊得以形成。
废黄河的存在使淮河与沂、泗河以往的干支流关系被彻底割断，使它们成为不同的水系。
1855年,黄河在河南铜瓦厢决口，改道北徙，夺大清河，形成现代黄河河道，结束了黄河夺淮的历史[2]。
3.1.2建国后～80年代的沂河河道变迁
1949年起，山东、江苏两省先后修建导沭整沂和导沂整沭工程，开辟新沭河、新沂河、分沂入沭水道和邳苍分洪道，解决中下游排洪出路；对老沂河下段及有关排涝河道进行了初步整治；上游开展水土保持，陆续建设了田庄、跋山、岸堤、唐村、许家崖和昌里等大、中、小型水库数百座，拦洪蓄水，发展灌溉及水产养殖。
分沂入沭水道从临沂县南沂河东岸彭道口起，往东至沭河西岸临沭县大官庄，长20.2公里，底宽200—210米，设计与校核泄洪流量各为4000与5000m³/s，经新沭河于江苏省临洪口入黄海；邳苍分道洪则自沂河西岸江风口至中运河东岸江苏省邳县的滩上村，设计泄洪流量3000m³/s，经中运河、骆马湖入新沂河下泄。
建国后，国家采取一系列工程措施对沂河入湖及入海量作出调整。
1953年，为加大湖水入海量，江苏省在骆马湖以东拓宽旧水道，这条水道就是现在宽1.5km、长186km的新沂河。
黄河夺泗后，由于黄河泥沙长期淤积，泗水中下游河床抬高，上游排水受阻，在鲁中山区西南侧与黄河冲积平原的接合部之低洼地带，形成南四湖。
古泗水只剩下南四湖东北之古泗水上游部分，即现在的泗河。
古泗水的中下游河道因黄河夺泗而废弃，南四湖的湖水依靠1593年开挖的韩庄运河，进入骆马湖。
为了减轻来自鲁中山区两股洪水对骆马湖的压力，在沂河中游左岸开挖了分沂入沭水道，腾出骆马湖接纳更多的南四湖洪水[1]。
3.1.380年代～现在的河道变迁
1981年后下游河道纵向河床变形计算成果（表1）。
从表1可以看出沂河下游主河槽自1981～2001年河床逐年下切骆马湖口段逐年淤积，河床变形较大（图5）。
目前沂河下游河道平面形态整体比较平稳局部河段在河岸冲刷、河道下切、河床质、河岸质及上游来水来沙等综合因素作用下造成河道平面形态变化较大，现有塌岸险工36处，长度18687m。
图5沂河上游地势分布遥感影像
表11981年后下游河道纵向河床变形计算成果表
断面区间1981～1993年1993～2001年
河口-小埠东西朱旺道口0.77m0.58m0.73m
桥李庄坝0.37m0.90m0.73m
李庄坝土山坝0.32m0.30m
土山坝洪佛寺码头桥0.35m0.5m0.86m
码头桥重坊桥省界0.51m0.54m1.31m
河口省界平均0.46m0.78m
省界白马河口0.3m
白马河口骆马湖口-0.07m（淤积）
3.2沂河的水文演变
3.2.1年径流量的变化
降水是径流的源泉，径流过程通常是由流域上降水过程转换来的。
流域年降雨次数为n次，且每次降雨所产生的径流量均有实测数据资料，则流域的年径流量可按下式计算：
Q=
式中：
Q——流域年径流总量（mm）；
Qi——第i次降雨产生的径流量（mm）.
计算径流量的多年平均值，以此值代表多年平均径流量，即：
Q平均=
式中：
Q平均——流域多年平均径流量（mm）；
Qi——序列号为i的年份流域径流径流量（mm）.
图6沂河上游重点地区沂源县多年降水量分布图
根据沂河临沂站1951～2002年降水和径流资料统计（图7），流域多年平均降水量为854.0mm，最枯年份1981年为523.8mm，最丰年份1960年为1449.0mm，是最枯年份的2.8倍。
同时间段内，临沂站以上流域多年平均流量为64.89m³／s，最大年1963年为197．00m³／s，最小年1992年为4.61m³／s，最大年与最小年极值比为42.7，相差巨大[3]。
因此，径流量的年际变化特征是：
变化幅度大，丰枯水年交替出现，并且往往发生连续丰水或连续枯水的情况。
图71951～2002年沂河流域临沂站年降水量和年均径流量变化曲线
由图8可知，年径流在年代间的变化幅度大于年降雨量的年代变化幅度；在年径流时间序列中，后阶段的年径流量逐渐减小，小于多年平均径流量。
图81951～2OO2年沂河流域临沂站年降水与年径流的距平百分率变化
3.2.2径流深与径流系数的变化
径流深是指将径流总量平铺在整个流域面积上所求得的水层深度，能进一步揭示径流的变化特点。
径流系数是某一时间段内径流深度与相应降水深度的比值，能综合反映流域内下垫面因素对降水径流关系的影响。
计算公式如下：
α＝R/P
式中：
α—为径流系数；
R—为径流深度；
P—为降水深度.
对流域年径流深和径流系数（图9）的分析表明，50年来临沂站的径流深和径流系数均表现为明显下降趋势。
1951～1959年的平均径流系数为0.36，1960～1975年平均年径流系数减小为0.26，1976～2002年减小为0.14。
图9沂河流域年径流深和径流系数
3.2.3洪峰流量变化
推理公式法洪峰流量计算公式：
Q=0.278ψ（s/τn）F
式中：
Q——最大流量，m3/s；
ψ——洪峰径流系数；
s——暴雨雨力，mm/h；
τ——流域汇流时间，h；
n——暴雨公式指数；
F——流域面积，km2.
采用临沂站1960～1997年45次暴雨的雨量和洪峰流量分析沂河流域暴雨径流的变化特征，结果显示（图10）：
临沂站年最大洪峰流量的变化特征与同期的雨量特征基本一致。
这说明，对单次暴雨而言，径流过程主要受降水影响，雨洪对降水波动的反应敏感，而下垫面和人类活动的影响较弱。
同时也表明流域诸多水库对于暴雨的蓄洪、滞洪能力较弱，即单一工程性措施对洪水管理作用是有限的[4]。
图10a历次暴雨的降雨量
图10b历次暴雨的洪峰流量和径流深
图101960～1997年临沂站历次暴雨—径流变化趋势
3.2.4径流演变的阶段性
受自然因素和人类因素的耦合作用，特别是人类活动最为频繁的淮河流域，水文情势在时间和空间上往往发生变异，破坏了水文序列样本的一致性，这就需要了解和诊断水文序列在何处发生明显变异[1]。
根据临沂站以上流域开始人类活动不同时期进行划分阶段，可简单地分为3个阶段，分别是1951～1959、1960～1975、1976～2002年。
其中，1951～1959年为工程未建成时期，代表天然情况下的径流演变关系；1960～1975年为过渡期；1976～2002年为工程建设完成期，代表人类活动显著影响下的径流演变时期。
2不同时间段沂河流域临沂站以上流域水文特征值变化比较
阶段stages
降水量//㎜
Rainfall
径流量//
m³/s
Flow
径流系数（α）
Runoffcoefficient
径流均方差（σ）
Meansquaredeviationofflow
流量变差系数C
Variationcoefficientofflow
降雨径流相关系数
Correlationcoefficientofrainfallrunoff
1951～1959年
857.88
102.69
0.36
41.93
0.50
0.75
1960～1975年
973.39
95.06
0.26
58.03
0.63
0.44
1976～2002年
783.43
37.20
0.14
28.16
0.77
0.39
1951～2002年
854.07
64.89
0.21
42.11
0.82
比较不同时间段沂河流域临沂站以上流域水文特征值变化（表2）可知：
3个时期平均降雨量未出现较大幅度的变动，均处于沂河流域的正常范同之内，但流量变化在3个阶段变化很明显，特别是1975年之后出现大幅度减小的情况。
1960～1975年与1951～1959年相比，降水量的平均值增加了115.0mm，但径流量的平均值却减少了8％，但平均流量减少了64％，为平均降雨量减少幅度的8倍。
从均方差来分析，流量年际变化幅度最大的也是1960～1975年，1951～1959年略小，1975～2002年最小，与前2个时期的变化幅度差异较大。
从径流系数和降雨径流相关关系分析可知，3个阶段的平均径流系数出现明显的下降趋势，与径流演变趋势基本吻合。
而且相同降水量的情况下，径流量随年代延续，出现跳跃性减少的趋势明显。
目前，临沂站在多年平均降水量850mm时的年径流量大约只有天然情况下的50％。
年径流量的Cv值可以反映年径流量总体系列离散程度。
Cv值大，表示年径流的年际变化剧烈，径流稳定程度低；Cr值小，表示年径流的年际变化小，径流稳定程度高。
1951～2002年，流域径流变差系数高达0.82，表明50多年间的径流极不稳定。
各时段内，1951～1959年的年径流变差系数最小，后2个时段的变差系数值增大，表明在流域自然状态下的，降水-径流关系比较稳定，而人类活动影响下的降水-径流关系稳定程度降低[3]。
3.3沂河水质的变化
90年代以来，沂河的主要污染原因为有机污染，以地表水三类环境质量标准评价：
化学耗氧量32.5毫克/升，超标1.2倍；酚砷、高锰酸盐指数、六价铬均有检出。
沭河化学耗氧量128.2毫克/升，超7.5倍，生化需氧量26毫克/升，超标5.5倍。
17条内河也不同程度地遭受污染，南涑河日排污量达0.6万吨，陷泥河则达3万吨，其中工业废水占20％，生活污水占30％，水质变差（表3）[5]。
表3李庄沂河流域部分调查样点的理化性质
沂河流域水质特征主要有：
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