河流的水化学性质是河流的重要水文特性之一。矿化度和硬度是评价河流水质的重要标准。
从河流天然水质来看,全国大部分地区的水质是相当好的,河水的矿化度和总硬度都比较低。在主要河流中,河水矿化度和总硬度最大的是黄河,矿化度为300~500mg/L,总硬度一般为85~110mg/L,仍属中等矿化度硬水。矿化度超过1000mg/L的高矿化度河水分布的面积,仅占全国总面积的13%。总硬度超过200mg/L的极硬河水分布面积也仅占全国的12%。高矿化水及极硬水均分布在西北干旱地区及黄土高原西北部的局部地区。
据统计,全国河水属重碳酸盐类的分布面积最广,约占全国面积的78%以上,氯化物和硫酸盐水占全国面积不到22%。大部分地区河水的总硬度不高,适于生活和工农业用水。
二、水资源的时空分布
(一)地区分布
中国水资源的地区分布很不均匀。总趋势和降水基本一致,由东南沿海向西北内陆递减。在同一地区内,山地地区,山地的迎风坡是径流相对高值区,平原、盆地地区,山地背风坡则是径流相对低值区。
根据径流深的大小来衡量河川径流量,可将全国划分为五个不同地带。
(1)丰水带。年降水量大于1600mm,年径流深大于900mm。包括广东、福建、台湾的大部,江西、湖南的山地,云南的西南部和西藏的东南部。大致相当于亚热带常绿阔叶林和热带雨林与季雨林地带。其中台湾的东北和西藏的东南的局部地区,年径流深高达5000mm,是中国水资源最丰富的地区(图2.3.4)。
(2)多水带。年降水量800~1600mm,径流深200~900mm,包括广西、云南、贵州、四川以及秦岭-淮河以南的长江中下游地区。相当于北亚热带落叶阔叶常绿阔叶混交林和中亚热带常绿阔叶林地带。长白山地区亦属此带。
(3)过渡带。年降水量400~800mm,年径流深50~200mm。包括黄淮海平原,山西、陕西的大部,东北大部,四川的西北部和西藏的东部。相当于暖温带、中温带落叶阔叶林和森林草原地带。
(4)少水带。年降水量200~400mm,径流深10~50mm。包括东北的西部,内蒙古、甘肃、宁夏、新疆的西部、北部以及西藏的西部。相当于荒漠草原和干草原地带。是我国主要牧区。
(5)缺水带。年降水量小于200mm,径流深不足10mm,包括内蒙古的西部、准噶尔、塔里木、柴达木三盆地以及藏北地区,相当于荒漠地带。
然而,地下水资源地区分布有它的特殊性。全国总的资源分布虽与降水的分布相似,但由于各地区水文地质条件不同,局部地区差异较大,尤其是平原地区。全国平原区矿化度小于2g/L的地下水资源,年平均模数为9.4×104m3/km2,其中黄淮海平原为17.7×104m3/km2,三江、松嫩平原为7.7×104m3/km2,辽河平原为9.6×104m3/km2,河西走廊为6.0×104m3/km2,河套平原为19.3×104m3/km2,关中平原为19.5×104m3/km2,塔里木盆地为5.4×104m3/km2,准噶尔盆地为6.4×104m3/km2。
(二)径流时程分配
我国河川径流丰富和比较丰富的地区,主要是受夏季风影响的地区。受季风环流影响,我国大气降水和河川径流在时程分配上具有很大的不均衡性和不稳定性,年际和年内季节变化很大。
1.径流的年际变化。径流年际变化可用极值比Km(系列中的最大值与最小值之比)表示。Km值越大径流年际分配越不均匀。统计资料表明,我国Km 值多在2~8之间,并且有由东南向西北增大的趋势,秦岭以南广大地区多为2~4,东北地区为3~5,华北地区为4~6,西北大部分地区达到5~8。在同一地区,河流越小,Km值往往越大。Km值越大,调节径流的难度越大,可利用的资源量就越小。
径流年际变化也可用径流变差系数(Cv)表示。我国径流变差系数最大的地区是华北一带。华北平原的Cv值一般都大于1,最大可超过1.3。次高区为内蒙古中部、阴山北部地区,其Cv值一般也大于1,最大可超过1.2。再次为松辽平原、三江平原和西北的塔里木与准噶尔盆地地区。Cv值最小地区是常年处于西风带控制的新疆伊犁河流域。南方夏季风比较稳定的地区Cv值也较小,四川盆地西部Cv为0.2左右,西南大部分地区为0.3~0.4。而年降水量相对较少的四川盆地、南阳盆地和海南岛西部地区, Cv则比较大,可达0.6。淮河流域大部分地区为0.6~0.8。
年径流最大值与最小值的比值与径流变差系数的变化趋势基本一致。Cv值大的北方诸河Km值也大,Cv值较小的南方诸河,Km值也比较小;集水面积较大的河流,其Km值亦较集水面积较小的河流为小;干流Km值比支流为小。
2.径流的年内变化。径流年内变化与降水季节分配大致相似。我国河川径流季节分配很不均衡,具体表现在汛期出现的季节、延续时间以及汛期径流量集中的程度等方面。这些因素决定着径流可利用的程度和效益,也是进行径流调节的依据。影响径流季节变化的主要因素是补给条件。在我国,大气降水是引起径流季节变化的主要因素,其次是地下水和高山冰雪融水。
根据河流降水补给条件,全国河川年径流季节分配可大致分为三种类型:
(1)秦岭以南主要为雨水补给区,河川径流的季节变化主要受降水季节分配的影响,夏汛比较突出。因流域的调节作用,河流多水季节一般比多雨季节滞后一个月左右。
(2)东北地区、华北部分地区、黄河上游和西北一些河流,为雨水和冰雪融水补给区,有春、夏两次汛期,年径流过程呈双峰型。但春汛水量不大,多数河流占年径流量的5%左右,少数超过10%。
(3)西北内陆区的祁连山、天山、阿尔泰山、昆仑山以及青藏高原部分河流,主要由山区降水与高山冰雪融水补给,径流的变化与气温有密切关系,有春汛、夏汛出现。
除了北方少数由暴雨形成的季节性河流外,几乎所有河流都有一定数量的地下水补给。地下水补给比例大的河流,径流的季节分配相对较均匀。但北方平原地区的地下水以潜水蒸发和开采消耗为主,排入河道的水量很少,起不到调节作用,故径流年内分配非常集中,如黄淮海平原和辽河平原最大4个月径流量占全年径流量的80%~90%。大江大河因承受不同地区径流的汇集和大面积地下径流的补给,季节分配比中小河流均匀。
我国径流年内分配差别悬殊。每年6~9月或5~8月为汛期,径流量一般占全年的60%~80%(表2.3.6),特别是7~8月,径流量往往占全年的40%左右。径流在时间上集中的程度反映了水源条件的好坏。
三、水资源的特点及评价
(一)水资源总量较丰富,但人均、地均拥有水量少
世界各国都将河川径流量作为动态水资源,近似地代表水资源量。我国平均年径流总量为27115×108m3,低于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼,居世界第六位。约占全球河川径流量的5.8%。平均径流深为284mm,为世界平均值的90%,低于印尼、日本、巴西、印度、美国和加拿大,居世界第七位。因此,从世
界范围看,我国河川径流总量还是比较丰富的。
但是我国人口众多,耕地总面积较大,按人口和耕地面积分配,水资源数量却极为有限。我国每公顷耕地占有径流量为28320m3,仅为世界平均值的80%。平均每人年占有的径流量仅为2260m3,不到世界平均值的1/4。年径流量仅及我国1/5的日本,人均占有的径流量却是我国的2倍。可见,按人口和耕地平均拥有的水资源量相当紧缺,因此水资源是我国十分珍贵的自然资源。
(二)水资源时空分布极不均匀,旱涝灾害频繁
我国水资源的地区分布很不均匀,南北相差悬殊。我国各省区的水资源量,最多的是西藏、四川、云南、广西等省区,每年拥有的水资源量均在1800×108m3以上,宁夏、天津、上海、北京、山西、河北、甘肃等省市区,每年拥有水资源量均在280×108m3以下,以宁夏最低,年水资源量仅为10×108m3。水资源的分布对国民经济的布局有很大影响。解决缺水地区的水资源问题,同解决工业发达地区的用电问题一样,将是保证我国国民经济长期稳定发展的基本措施。远距离跨流域调水和长距离输电势在必行,调水规模和水能开发规模应随国民经济的发展和科学技术水平的提高而加大。
水资源年际年内变化很大。径流量逐年变化存在明显的丰平枯水年交替出现及连续数年为丰水段或枯水段的现象,径流年际变化大与连续丰枯水段的出现,使我国不断发生旱涝及连旱连涝现象,对生产及人民生活极为不利,加重了水资源调节利用的困难。
径流年内分配不均匀的现象可用集中度和集中期表述,即径流量年内分配集中的程度和最多水出现的时间。我国南方月径流集中度一般为40%~50%北方为60%~70%,最高的地区为山东和辽东半岛、东北内流区和新疆的阿尔泰山、昆仑山区,达70%以上。集中期南方出现在7月中旬至8月初,华北部分河流出现在9月。连续4个月径流量占年径流的比例,江南地区为60%左右,多出现于4~7月;长江以北为80%以上;海河平原高达90%,多出现于6~9月;西南地区为60%~70%,出现于6~9月或7~10月。短期集中的径流往往形成洪水,华南及东北地区的河流春季会出现桃汛或春汛,大多数河流为夏汛或伏汛。东南沿海、海南岛及台湾东部受台风影响会出现秋汛。
我国降水和径流的年际、年内变化大,枯水年和丰水年持续出现,是造成水旱灾害频繁、农业生产不稳的主要原因。据统计,全国平均每年的水旱灾害面积约2670×104hm2。黄河、海河、淮河、长江、珠江、松花江、辽河等七大江河的中下游平原是洪涝灾害的主要发生地区,其中以华北平原和长江中下游平原最为严重,受灾面积占全国受灾面积3/4以上。松辽平原、黄淮海平原、黄土高原、四川盆地东部和北部、云贵高原至湛江一带是全国五个旱害多发区,全国约有70%以上的受旱面积集中在这些地区,其中以黄淮海平原受旱最严重,受旱面积平均占全国受旱面积的1/2以上。