北洛河流域上游地區(qū)水沙變化趨勢分析

◎王高英 趙紅 師奎

北洛河是黃河中游地區(qū)的二級支流，水少沙多，泥顆粗，是陜西省第三大產(chǎn)沙區(qū)域，也是黃河流域龍門～潼關(guān)區(qū)間的主要泥沙來源之一。分析北洛河水沙變化趨勢對本流域的綜合治理和開發(fā)，對下游三門峽庫區(qū)的淤積以及黃河下游的輸沙研究都有著重要作用。

北洛河全長680km，流域面積2.69萬km2，多年平均年徑流量9億m3,多年平均年輸沙量1億t。劉家河水文站以上流域面積7325km2，占全流域面積的27%，來水量占27%，而來沙量則占78%。本次選擇其上游吳旗、志丹和劉家河三個水文站，應(yīng)用其實測水文資料，主要分析北洛河流域上游地區(qū)的水沙變化趨勢。

1 流域概況

北洛河發(fā)源于陜西省定邊縣白于山郝莊梁，流經(jīng)吳旗、志丹、甘泉、富縣、洛川、黃陵等縣，在大荔縣東南匯入渭河。北洛河吳旗以上地區(qū)土壤主要是風(fēng)沙土，植被極差，平均年侵蝕模數(shù)為11450t/km2,屬于劇烈侵蝕區(qū)。劉家河、吳旗、志丹區(qū)間地區(qū)土壤主要是黃綿土，多年平均侵蝕模數(shù)為7000t/km2,屬于強度侵蝕區(qū)。劉家河以上地區(qū)水土流失極為嚴(yán)重，是北洛河流域泥沙的主要來源區(qū)。

2 流域水沙變化分析

2.1 流域水沙基本特征及計算時段劃分

北洛河流域上游地處干旱半干旱地區(qū)，屬暖溫帶氣候，多年平均氣溫7.8℃，降雨量分布不均勻，由北至南略有增加。各站徑流模數(shù)在3m3/km2～4萬m3/km2，各站輸沙模數(shù)在9500 t/km2～12000 t/km2之間，各站年平均含沙量在280kg/m3～380 kg/m3之間。詳見表一。

由表一可以看出，吳旗站控制面積占劉家河站控制面積的46.5%，多年平均徑流量占到劉家河站來水量的62.6%，多年平均輸沙量占到劉家河站來沙量的55.5%；志丹站控制面積占劉家河站控制面積的10.6%，多年平均徑流量占到劉家河站來水量的12.5%，多年平均輸沙量占到劉家河站來沙量的13.0%；吳旗、志丹、劉家河區(qū)間面積占到劉家河站控制面積的42.9%，區(qū)間水量占到劉家河站來水量的24.9%，區(qū)間沙量占到劉家河站來沙量的31.5%。以上數(shù)據(jù)說明北洛河上游地區(qū)水沙都主要來自于吳旗以上地區(qū)。

據(jù)實測資料統(tǒng)計，劉家河站多年平均徑流量為2.4億m3，多年平均輸沙量為 0.7 億 t。

與多年均值比較，徑流量有28年小于均值，有14年大于均值，有6年接近均值。小于均值的28年中有24年處于1970年以后，大于均值的14年中有8年處于1970年以后。

與多年均值比較，輸沙量有29年小于均值，有13年大于均值，有6年接近均值。小于均值的29年中有24年處于1970年以后，大于均值的13年中有7年處于1970年以后。

若將1970年以前（1959年-1969年）稱為前期，1970年以后（1970年-2006年）稱為后期，則前期處于豐水豐沙段，后期呈現(xiàn)出豐枯交替的特點，但總體趨勢向下。由此可見，北洛河流域上游地區(qū)水沙呈減少趨勢，且減少年份主要在1970年以后，見圖一。

另外，北洛河上游年含沙量達288kg/m3，年流量僅 7.7m3/s，是典型的多沙河流。北洛河上游地區(qū)的來沙雖然較多，但主要集中在汛期，非汛期的流量較小、含沙量較低。分析劉家河站1959年至2006年的月平均流量、含沙量、輸沙量，結(jié)果表明非汛期各月平均含沙量一般在 0.05kg/m3～93.36kg/m3，平均含沙量為16.1kg/m3，而汛期各月平均含沙量很高，一般在 145.8kg/m3～521.1kg/m3，平均含沙量達444.1kg/m3。非汛期月平均流量一般在1.9m3/s～7.53m3/s，而汛期月平均流量較高，一般在6.79m3/s～23.57 m3/s，平均月流量為14.61 m3/s。非汛期月平均輸沙量一般在0.05t～109萬t，整個非汛期輸沙量占年值的2%，汛期月平均輸沙量非常大，在300t～3200萬t，整個汛期輸沙量能占到年值的98%，其中僅7、8月份沙量就占到年值的85%。根據(jù)劉家河站實測沙量資料統(tǒng)計，1959年至2006年48年間，年最大含沙量有45次出現(xiàn)在汛期，占93.8%，其中34次出現(xiàn)在7、8月份，占75.6%；日最大輸沙率全部出現(xiàn)在汛期，占100%，其中39次出現(xiàn)在7、8月份，占81.2%。由此可見，北洛河上游地區(qū)的泥沙主要由汛期，尤其是7、8月間的高含沙洪水輸送。

表一 北洛河上游地區(qū)多年平均各水文要素統(tǒng)計表

2.2 實測水沙變化分析

2.2.1 時段對比分析

現(xiàn)選定吳旗等水文站自建站至2006年系列實測水文資料，分年代做一統(tǒng)計分析,結(jié)果表明雨、水、沙年內(nèi)分配的特點為：降雨、徑流及泥沙年內(nèi)分配都不均衡，均以汛期為主，主要集中在7月-8月。以劉家河站為例，多年平均汛期雨量占年值的71.2%，7月-8月雨量占年值的44.2%；多年平均汛期水量占年值的63.6%，7月-8月水量占年值的47.8%；多年平均汛期沙量占年值的98.0%，7月-8月沙量占年值的85.0%。

另外，分析表明各個時段雨、水、沙的變化情況為：與前期相比，后幾個時段的雨量、水量、沙量的年值、汛期值、7月-8月值均有減少，而且水量減少幅度比雨量大，沙量減少幅度又比水量大。個別時段水量有所增加，是由于該時段存在大水年份。以劉家河站為例，1970年-1979年時段與前期（1959年-1969年）比較，年降雨量、徑流量、輸沙量、含沙量分別減少了11.0% 、8.7% 、25.6% 、18.7% ；1980 年-1989年時段與前期比較，年降雨量、徑流量、輸沙量、含沙量分別減少了10.6%、18.9%、52.7%、41.7%；1990 年-1999年時段與前期比較，年降雨量、輸沙量、含沙量分別減少了19.4%、14.4%、16.9%，徑流量稍有增加，是因為1994年劉家河發(fā)生了建站以來的最大洪水，洪峰流量達8030m3/s；2000年-2006年時段與前期比較，年降雨量、徑流量、輸沙量、含沙量分別減少了 22.2%、34.8%、70.1%、54.2%；1970年-2006年時段與前期比較，年降雨量、徑流量、輸沙量、含沙量分別減少了15.3%、13.2%、38.3%、28.8%。

2.2.2 累積曲線分析

吳旗地處暴雨多發(fā)區(qū)，吳旗以上水、沙分別占劉家河站來水、來沙的56%、63%，是北洛河上游地區(qū)的主要產(chǎn)水、產(chǎn)沙區(qū)。點繪吳旗站年降雨量、年徑流量和年輸沙量累積曲線，從曲線趨勢反映出，年降雨量累積曲線斜率變化不大，年徑流量累積曲線斜率略有減緩，年輸沙量累積曲線斜率變化較大。年徑流量和年輸沙量累積曲線在1969年以后明顯變緩，說明下墊面對流域水沙有影響。

利用1959年～1969年的累積降雨量與累積徑流量或累積輸沙量，建立雨量與水量或沙量之間的關(guān)系，并以此代入1970年 ～1979年、1980年 ～1989年、1990年～1999年、2000年～2006年各個時段的降雨量，計算出各個時段的水量、沙量，再減去相應(yīng)時段實測的水量、沙量，即為理論上因下墊面因素改變而變化的水量、沙量。結(jié)果顯示各時段水量減少幅度在8～50%，沙量減少幅度在20～80%，減少幅度尤以2000年～2006年時段最大，水量減少49.2%，沙量減少76.7%，說明2000年后下墊面條件改變較大。

2.2.3 相似降雨的洪水分析

吳旗以上是北洛河上游地區(qū)的主要產(chǎn)水、產(chǎn)沙區(qū)，分析吳旗站多年年最大洪峰流量系列資料，選擇其中流量接近、降雨相似年份統(tǒng)計其次洪水量、沙量，分析同等強度降雨引發(fā)的同級別洪水在不同下墊面情況下水、沙的變化情況，見表二。

由表二可知：1983年與1976年比較，雨量增加15.7%，次洪水量減小6.1%，次洪沙量減小8.4%，水、沙變化幅度接近；2000年與1996年比較，雨量增加14.8%，次洪水量減小21.0%，次洪沙量減小34.0%，沙量變化幅度大于水量變化幅度；2005年與1989年比較，雨量增加10.5%，次洪水量增加4.4%，次洪沙量減小34.5%，沙量變化幅度遠(yuǎn)大于水量變化幅度。說明1970年代以后，尤其是2000年以后，下墊面條件改變引起的水、沙減少非常明顯。

2.3 流域水沙變化的降雨因素分析

一般降雨量越大，匯流的水、沙也越多，但對于以超滲產(chǎn)流為主的黃土丘陵溝壑區(qū)，降雨越集中，雨強越大，形成的地表徑流就越多，對地表的侵蝕作用也越強烈。

以劉家河水文站為例，1959年～1969年（前期）年降雨量為595.8mm，以后各年代年平均降雨量分別 為 530.2mm、532.9mm、480.3mm、463.5mm，呈現(xiàn)下降趨勢。從時段內(nèi)的年際雨量變化分析，前期變化范圍較大，最大年雨量與最小年雨量相差408mm，1970 年代相差 303mm，1980年代相差 254mm，1990年代相差286mm，21世紀(jì)初期相差 204mm，說明年際間的雨量變化越來越小。從降雨的年內(nèi)分配分析，后期對比前期，也有了不同的調(diào)整，汛期各月雨量有增有減，6月雨量則增加為多，7月、8月、9月雨量減少為多，其中又以7月、9月減少為主。1970年代較前期變化不大，1980年代7月減少18mm（14%）,8月增加12mm（9.7%）,9月減少42mm（36%），6月增加 18mm（33%）；1990年代降低則比較明顯，7月減少30mm（23%）,8月減少10mm（8.1%）,9月減少71mm（61%），6月也減少了2mm（3.7%）；21世紀(jì)初期雨量月分配變化最為明顯，7月減少34mm（26%）,8月減少30mm（7.7%）,9月減少 35mm（30%），6月增加了11mm（20%）。平均6月增加16%，7月減少21%,8月減少2%,9月減少42%。由于泥沙主要來自于暴雨期，所以7～9月雨量的減少是有利于減水減沙的。6月降雨雖然有了增加，但由于6月雨量本來就較小，雨量增加后也不算大，所以不會構(gòu)成更大的威脅。

2.4 流域水沙變化的水保因素分析

據(jù)《陜西日報》報道：截止目前，吳旗縣退耕還林面積237.19萬畝，林草覆蓋率由19.2%提高到了62.9%，土地的黃色基調(diào)已變?yōu)榫G色，土壤侵蝕模數(shù)由1997年的1.53萬t/km2下降到0.54萬t/km2。

吳旗縣境內(nèi)孫臺水庫總庫容1550萬m3，1975年建成投入運行，截至1985年已淤積390萬m3，平均年淤積35.5萬m3；志丹縣境內(nèi)石溝水庫總庫容493萬m3，1976年建成投入運行，截至2006年已淤積345萬m3，平均年淤積8.4萬m3。因人類活動改變了下墊面，也是1970年以來水、沙減少的主要原因之一。但另一方面，開荒、修路、開礦建窯以及工程設(shè)施的失事等，也形成了局部地區(qū)的增水增沙。

3 流域水沙變化綜合分析及結(jié)論

北洛河上游地區(qū)水、沙多年來呈減少趨勢，其主要原因有：一是降雨徑流減少，二是采取水土保持措施，改變下墊面條件。泥沙流失的主要原因是降雨徑流侵蝕作用，降雨和泥沙流失主要集中在6月～9月份，北洛河上游地區(qū)6月～9月降雨量占年值的71%，輸沙量占年值的98%，泥沙流失往往集中在幾場大洪水中。1970年以來，北洛河上游地區(qū)徑流、泥沙明顯變小的原因可能是多種多樣的，但都離不開降雨及其下墊面變化的因素。陜西水利