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环境条件对水利的影响

发布时间:2021-12-03 浏览量:10959次

自然界中诸多环境要素都是相互影响和依存制约的,影响水利环境的要素主要是水循环过程中的诸要素,针对河南的地域、空间而言,环境对水利影响主要有以下几个方面。

一、气候环境的影响

在水循环过程中,海洋上空的大量水汽受大气纬向环流和季风的作用被带到陆地上空,有的又从陆地上空带到海洋。水汽的这种运动针对某陆地区域来说,就是对该地区的水汽输送。水汽输送的时空分布,决定了我省降水量级大小和时空分布,是形成我省旱涝灾害发生的重要因素之一。河南地处北亚热带与暖温带的过渡地带,冬夏海陆温差显著,风向随季节的变化明显,常为西风带系统与副热带系统交绥之处,每当夏季盛行偏南风,这种夏季风,来自温高湿重的热带海洋地区,带来了大量暖湿空气,当与北方南下的冷空气相遇时,往往产生降雨而且雨量较大,所以夏季风是影响河南雨量显著增加的主要原因。

台风是一个热带天气系统,生成在太平洋赤道附近,是一个直径为100~200km的暖性旋涡,带有充沛的水汽和巨大的不稳定能量,所经之地都会造成大暴雨。台风每年生成大约为30个左右,其中在我国登陆的约为6~7个,进入或影响我省的约有2~4个。一般情况,台风在30°N~35°N转向,移动的速度减慢,强度减弱逐渐变成低气压。但有时候台风进入内陆并不消失,且趋于停滞。进入河南省的台风,一般从闽北、浙南之间登陆,发生时间在7、8月份,降雨强度大,历时短,笼罩范围不大,易造成局部性的突发水灾。如1975年8月的暴雨。又如1958年7月,10号台风在福建沿海登陆,进入湖南北部,致使在上海至郑州一线有一支强劲的东南风,起着向雨区输送水汽和不稳定能量作用,致使形成黄河三门峡至花园口区间的特大暴雨洪水。

形成本省干旱的主要天气系统有两种,一是高压衰退型,即冬季西太平洋副热带高压向南、向东衰退,远离大陆,受西伯利亚干冷气流控制,形成河南省冬季干旱少雨雪天气;二是高压突进型,即夏季西太平洋副热带高压相当发达,不断向北、向西推进。当其与北方的冷气团交绥的界面达不到本省或者超越河南省时,河南省亦为干旱少雨天气。当两者在河南省上空交绥时,则形成以上所述的降雨天气系统。

二、地形环境的影响

河南地势处于全国第二级和第三级阶梯的过渡地带,西部、南部为连绵起伏的山地,东部为广阔坦荡的平原,山丘与平原分界明显,但丘陵过渡地带很短。这就使迎风坡山区极易形成多发性的暴雨中心,还成为全国洪水模数的高值区。丘陵过渡带短,洪水缺乏缓冲,直泻平原,且垄岗、塬地、往往切割很深,地高水低,干旱严重。河南省西部山脉多为南北向走向,太行山、嵩山、伏牛山等,是水汽自东向西距离海洋最近的第一道屏障。进入河南省的水汽入流主要来自东南方向,西部山脉与水汽入流呈迎风坡势态,空中水汽受到地形的影响急剧上升,特别是在地形起伏缺口地带或喇叭口地形的上前方,气流运动更加剧烈,极易产生强烈暴雨。如“75·8”暴雨中心(林庄)就是发生在半坡喇叭地形的附近。南部山脉为东西走向,在河南省境内呈背风坡势态,一般对暴雨影响不大,但有时北方冷空气势力较强时,也会起到迎风坡的作用。因之,在伏牛山东麓、太行山东麓和大别山的北侧经常出现暴雨中心。山丘区坡度陡,一般为1/50~1/500,当遇到大暴雨时,汇流速度快,洪峰流量大。从中国东部地区最大洪水流量分布图上,可以看到河南省太行山、伏牛山、桐柏山、大别山的东南迎风面,每1000km2的最大流量值高达6000m3/s以上,局部地区可达9000m3/s,伏牛山区可达到15000m3/s,是我国大陆上最大洪水流量的高值区。山丘区特大洪水是造成河南省洪水灾害的根源,而河南省的广大平原都在山区洪水的威胁之下,由山区到平原区的过渡地带又很短,一旦山洪暴发,就直泻平原,往往给下游广大平原带来严重的洪水灾害。洪水过后,雨水稀少,又往往呈现出大面积干旱。在河南省多种复杂的地形中,有两种地形的干旱问题尤为突出,即丘陵垄岗区和黄土台地丘陵区。前者分布较广,其范围包括太行山的东麓、嵩山的四周、伏牛山东南麓、南部桐柏山、大别山的北麓以及南阳盆地的周围等,海拔高在500~100m之间,面积约3万km2。这些丘陵岗地大部分为荒山秃岭,植被很差,水土流失严重,地势高亢,缺少蓄水保水条件,除少部分已有灌溉条件外,大部分是“靠天收”,干旱现象严重,农业生产低而不稳。后者分布在洛河与黄河之间广大地区,济源以西的太行山南麓,以及郑州以西、嵩山以北、黄河以南的地区,主要由黄土塬、黄土阶地、黄土梁、黄土丘陵等黄土地貌类型组成,水源缺乏,地高水低,引水困难,干旱严重,是人畜饮水困难地区。

三、河道形态的影响

河南省河道形态多存在着不利于排泄洪涝灾害的特性。黄河、淮河、洪汝河、沙颍河、卫河、伊洛河、唐白河等进入平原后,基本上都是地上河或半地上河,主要靠堤防宣泄洪水和保障安全。洪水位一般高出两岸地面高程2~3m,其中黄河干流河床郑州花园口以下全部在地面以上,河床与两岸地面高差一般为6~7m,最小为2~3m,最大达20m,洪水全部行于地面以上,成为世界上著名的地上“悬河”;其他河道的洪水,一小部分行于地下,平槽泄量约占总泄量的40%左右,大部在地面以上两堤之间行洪。

河南省河道比降上陡下缓,行洪能力往往上大下小。山区河道比降,一般为几十分之一到几百分之一,进入平原后河道比降骤然变缓,只有几千分之一到几万分之一。山区河流进入平原后,主要靠堤防挡水,由于受堤防的限制,河道集水面积增加,河道的行洪能力不一定增加,河道的来水与行洪能力极不适应。

建国以来,河道虽经多次不同程度的治理,但实测最大洪水大都大于河道的现有保证流量,一般是河道保证流量的2~4倍,大的可达6~7倍。如淮河淮滨站,现有河道保证流量为7000m3/s,而1968年7月曾发生流量16600m3/s;淇河新村站现有河道保证流量为800m3/s,而1963年8月曾发生流量5590m3/s。平原河流,流域形态多呈狭长形,流程长,河床浅小,不利排涝。山区河道支流众多,流域形态多呈扇形,集流快,洪峰流量大。

四、土壤条件的影响

不同类型的土壤,其透水性能各不相同,对降雨入渗和土壤水分都有很大影响。砂礓黑土是北亚热带加暖温带潜育土上发育的早耕熟化土,该土母质多为黄土性浅湖沼沉积物,富含碳酸钙。土层下部常有钙质结核与黏土胶结形成的砂礓隔水层。由于该土质地黏重,结构不良,透水性差,遇水膨胀,干时收缩,遇到长期连阴雨,土壤水分滞留,便易形成渍灾。如排水条件不良,则涝、渍并发。砂礓黑土主要分布在南阳盆地、驻马店地区东部、周口地区南部、信阳地区北部的低洼地区,总计面积约有120万hm2。淤土是潮土中三个土属之一,质地黏重,通气性、透水性均较差。降雨稍大,容易形成涝渍。主要分布在距离河道较远的地方,即河道泛滥时水流所及边缘的低洼地带,总计面积约有近67万hm2。在上述两类土壤中,凡在土壤下层有不透水层造成滞水的地带,俗称“上浸地”,降雨后土壤包气带迅速饱和,都易引起渍灾。

除上述影响水利条件的自然环境以外,还有社会经济环境中不适当的人类活动,例如破坏植被,加剧水土流失;与河争地,阻碍行洪;工业废水,污染水源;1958年平原治水,以蓄为主,只蓄不排,有灌无排,导致地下水位升高,加剧涝碱灾害等。但归根到底,还是人们对自然环境条件的认识和治水实践不足。

河南自然环境系统的最基本特征就是它的过渡性。由秦岭至淮河的这一线带,是众多环境因素过渡带特征的分界线,是气候、地势地貌、土壤、植被、河道水文特性以及耕作种植的习俗等都具有明显的过渡特征。由此而衍生的环境要素,如表示热能的气温,元月份日均温度0°C分界线,小于0°C的北部为暖温带,面积约占全省面积的70%,大于0°C的南部为亚热带,面积约占全省面积的30%;表示干湿的湿润度分界线(多年平均年蒸发能力与多年平均年降水深比值的倒数称为湿润度),淮河南北各为1.3~1.0和1.0~0.5,以区分为湿润地区和半湿润地区。土壤、植被仍大体以秦岭、淮河为界,在线南的山地上部土壤,分布着地带性的黄棕壤;而在线北的广大地区、伏牛山和太行山的上部,则分布着棕壤。植被在分界线以北,为暖温带落叶阔叶林地带;在分界线以南,则为北亚热带常绿落叶阔叶林地带。年降水量800~900mm等值线和近200mm径流深等值线,都是通过秦岭、淮河一线为分界的,线南的年降水量可增加到1200mm;线北则可递减到600mm。在分界线以南的径流深可增加到300~700mm,而线北则可递减到150~50mm。由于环境因素是相互动态平衡的关系,过渡地带本身就孕育着不稳定性、相互渗透性和复杂多变的特性,就为河南治水带来很大的复杂性、艰巨性和区域的特殊性。水利工程是为了改造水环境,又成为新生的环境组成,如果对自然环境认识不足,有时还会作出错误的决策,不仅使水利工程的整体效益不能发挥,而且还会导致环境产生负面影响,形成后患。特别是河南平原地区,旱、涝、渍、碱等致灾因素既相互依存联系,又相互制约,十分敏感,如治理不当,就会顾此失彼,矛盾转化,产生新的问题。回顾河南治水,既有很大的成就和成功的经验,但也有探索中的失误。加强自然环境对水利环境的影响研究,是弄清治水的基本省情和缘由,符合环境实际,是治水中的最大实际,需要不断积累资料,总结实践经验,深化认识,更好地去认识自然、适应自然和改造自然,将是科学治水成功的必由之道。

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