從西漢水水沙變化看水土保持綜合治理成效

李忠泰，范 瑋

(隴南水文水資源勘測(cè)局，甘肅成縣742500)

1 流域概況

西漢水發(fā)源于天水市秦州區(qū)的齊壽山，流經(jīng)禮縣、西和縣、成縣、康縣，在陜西省略陽(yáng)縣匯入嘉陵江，干流長(zhǎng)287 km，流域面積10 178.0 km2[1]。西漢水地處北秦嶺南麓，地質(zhì)地貌及氣候條件從北到南變化較大，流域內(nèi)既有黃河流域的地質(zhì)地貌及氣候特征，又有長(zhǎng)江流域的基本水文氣候特征，特殊的地質(zhì)構(gòu)造和地理環(huán)境構(gòu)成了流域內(nèi)復(fù)雜的地形地貌。

西漢水上游地區(qū)的地貌以黃土丘陵溝壑區(qū)為主，兼有土石山區(qū)，大多地表裸露，土壤由黃褐土及風(fēng)化的褐砂石土組成，植被覆蓋率低，水土流失嚴(yán)重;中游地區(qū)由黃土丘陵溝壑區(qū)過(guò)渡到土石山區(qū)，系輕切割黃土梁峁中山區(qū)地貌類型，為泥石流發(fā)育區(qū)，河谷以礫石、砂、黏土為主，水流湍急、含沙量較高;下游地區(qū)屬隴南陰濕山林區(qū)，山高水急，植被覆蓋較好，氣候濕潤(rùn)，降雨充沛。

西漢水的洪水主要由暴雨形成，且經(jīng)常發(fā)生局部暴雨，若遇特殊暴雨則洪水兇猛、含沙量很高，在暴雨集中時(shí)段，往往出現(xiàn)峰高量大的洪水，下游的洪水過(guò)程則相對(duì)和緩，漲落相對(duì)緩慢，水流含沙量相對(duì)于中上游較小。

西漢水的徑流量主要來(lái)自中下游地區(qū)，但河流的泥沙主要來(lái)自于上游地區(qū)。禮縣水文站控制流域面積占鐔家壩水文站控制流域面積的36.1%，但前者的多年平均徑流量和輸沙量卻分別占后者的21.0%和44.7%;大橋水文站控制流域面積占鐔家壩水文站控制流域面積的68.1%，但前者多年平均徑流量和輸沙量卻分別占后者的52.1%和68.2%。禮縣和大橋水文站的徑流量之比均小于相應(yīng)的控制面積之比，而輸沙量之比均大于相應(yīng)的控制面積之比。

2 水文觀測(cè)資料情況

西漢水上游順利峽水文站控制流域面積3 439 km2，于2001年元月上遷15 km成為禮縣水文站后控制流域面積3 184 km2，控制流域面積減少了255 km2。鑒于這種情況，研究中把2001年以后的徑流泥沙資料按水文比擬法均換算成順利峽水文站的資料進(jìn)行分析計(jì)算，本文中的站名均使用禮縣水文站的名稱。

2.1 降水

西漢水流域地形復(fù)雜，氣候變化比較明顯。從多年觀測(cè)的降水資料看，降水量有自下游至上游逐漸減少的特征，下游鐔家壩水文站多年平均降水量為670.7 mm，中游大橋水文站多年平均降水量為511.0 mm，上游禮縣水文站多年平均降水量為491.8 mm，上下游年降水量相差178.9 mm。西漢水的河水補(bǔ)給主要來(lái)源是降水，而降水量的時(shí)空分布不均將直接導(dǎo)致徑流量和泥沙量的變化[1]。

2.2 徑流

西漢水年徑流量在年內(nèi)分配極不均勻，而造成年內(nèi)分配不均勻的主要原因是該流域年徑流量以降水補(bǔ)給為主，非汛期降水量少、水量小，汛期降水量多時(shí)水量則大，其基本特點(diǎn)是:冬、春季水量小，夏、秋季因降水量的增加水量較大。統(tǒng)計(jì)西漢水下游控制站鐔家壩水文站多年徑流觀測(cè)資料可知，汛期5—10月來(lái)水比較集中，占年徑流量的73.8%以上，主汛期7—9月的徑流量占全年徑流量的比重在42.7%以上[1]。

2.3 泥沙

西漢水是嘉陵江支流來(lái)沙量最大的河流，泥沙年內(nèi)分配極不均勻，較水量更為集中，來(lái)沙主要集中在汛期，特別是在主汛期，主要是因降水集中而使泥沙量增大。統(tǒng)計(jì)鐔家壩水文站多年觀測(cè)資料可知，汛期5—10月來(lái)沙量占全年的97%以上，主汛期7—9月來(lái)沙量占全年的74%以上，來(lái)沙量最大的7月份占全年的35%以上，枯水期來(lái)沙量甚少。最大輸沙量之所以出現(xiàn)在7月份，主要是強(qiáng)暴雨及大洪水多出現(xiàn)在7月份所致，流域普降大暴雨時(shí)將大量的松散土壤沖刷后，即被地表徑流攜帶進(jìn)入河流。

3 實(shí)測(cè)水沙變化情況

西漢水的禮縣水文站、大橋水文站和鐔家壩水文站基本分布在河道干流的上、中、下游，3站均有降水量觀測(cè)和流量、泥沙測(cè)驗(yàn)資料:禮縣站降水量觀測(cè)和流量測(cè)驗(yàn)自1960年開(kāi)始至2010年共有51年的實(shí)測(cè)資料，泥沙測(cè)驗(yàn)自1963年開(kāi)始至2010年共有48年的實(shí)測(cè)資料;大橋站降水量觀測(cè)和流量測(cè)驗(yàn)自1976年開(kāi)始至2010年共有35年的實(shí)測(cè)資料，泥沙測(cè)驗(yàn)自1978年開(kāi)始至2010年共有33年的實(shí)測(cè)資料;鐔家壩站降水量觀測(cè)自1959年開(kāi)始至2010年共有52年的實(shí)測(cè)資料，流量測(cè)驗(yàn)自1960年開(kāi)始至2010年共有51年的實(shí)測(cè)資料，泥沙測(cè)驗(yàn)自1965年開(kāi)始至2010年共有46年的實(shí)測(cè)資料。西漢水干流3個(gè)水文站的年降水量、年徑流量和年輸沙量多年平均值與實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1。

表1 西漢水3個(gè)水文站年降水量、年徑流量和年輸沙量多年平均值與實(shí)測(cè)值比較

4 減水減沙效益分析

西漢水流域是“長(zhǎng)治”工程的首批重點(diǎn)治理流域之一[2]，自1989年開(kāi)展水土保持重點(diǎn)治理工程以來(lái)，通過(guò)實(shí)施封山育林、植樹(shù)種草、退耕還林、治理坡耕地等措施，有效地控制了水土流失，整個(gè)流域生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。

由于順利峽水文站在2001年元月上遷15 km改為現(xiàn)在的禮縣水文站，控制流域面積減小，區(qū)間支流加入較少，因此上、下游觀測(cè)資料按水文比擬法換算后進(jìn)行一致性處理，1960—1989年30年的資料中年降水量為513.6 mm、年徑流量為3.51億m3、年輸沙量為1 070萬(wàn)t，1990—2010年21年實(shí)測(cè)資料中年降水量為460.6 mm、年徑流量為1.53億m3、年輸沙量為217萬(wàn)t，在年降水量?jī)H減少10.3%的情況下，經(jīng)過(guò)水土保持綜合治理年徑流量減少了56.4%，泥沙減少了79.7%。西漢水下游鐔家壩水文站，1959—1989年的31年資料中，年降水量為688.3 mm、年徑流量為15.39億 m3、年輸沙量為2 310萬(wàn) t，1990—2010年21年的實(shí)測(cè)資料中，年降水量為644.7 mm、年徑流量為9.18億m3、年輸沙量為720萬(wàn)t，在年降水量?jī)H減少6.3%的情況下，經(jīng)過(guò)水土保持綜合治理年徑流量減少了40.4%、年輸沙量減少了68.8%(表2)。

表2 西漢水流域水土保持減水減沙效益

由表2可知，在年降水量減少比例較小的情況下，年徑流量和年輸沙量減少的幅度很大。20世紀(jì)80年代全流域水土流失都很嚴(yán)重，進(jìn)入90年代后，在年降水量減少比例不太大的情況下，年徑流量和年輸沙量卻大幅度地減少，這充分說(shuō)明了“長(zhǎng)治”工程的重要作用。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)流域產(chǎn)流產(chǎn)沙是一個(gè)很復(fù)雜的自然現(xiàn)象，其影響因素很多[2]。我們認(rèn)為，影響西漢水流域水土流失的主要因素是分布不均的暴雨量和暴雨強(qiáng)度、復(fù)雜的地質(zhì)地貌條件和氣候因素。從全流域多年實(shí)測(cè)水文資料看，流域內(nèi)人為活動(dòng)影響的下墊面也是主要的影響因素。該流域的人類活動(dòng)主要表現(xiàn)為“長(zhǎng)治”水土保持工程的實(shí)施，在全面進(jìn)行預(yù)防為主、綜合治理的過(guò)程中，“長(zhǎng)治”水土保持工程產(chǎn)生了顯著的生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

(2)西漢水是嘉陵江的主要產(chǎn)沙河流，鐔家壩水文站50多年的水文資料觀測(cè)表明:流域年均降水量670.7 mm、年均徑流量12.84億m3、年均輸沙量1 580萬(wàn)t，20世紀(jì)60年代降水量較多、水量也較大，整個(gè)流域的產(chǎn)沙量也相對(duì)較大，而最大的是80年代，年均降水量687.3 mm、年均徑流量16.2億m3、年均輸沙量2 610萬(wàn)t，在降水量和徑流量比例增加不太大的情況下輸沙量增加很大，說(shuō)明“長(zhǎng)治”水土保持工程實(shí)施前流域水土流失很嚴(yán)重。自1989年開(kāi)始全面實(shí)施“長(zhǎng)治”水土保持工程以來(lái)，水土保持措施的蓄水保土效益非常明顯。實(shí)施水土保持綜合治理后，原來(lái)的坡耕地變成了平整的梯田，種草植樹(shù)大大改善了下墊面條件，植被攔截降雨的能力大大增加，起到了顯著的蓄水保土作用，必然使進(jìn)入河道的徑流量和輸沙量大大減少。

(3)西漢水上游禮縣水文站的減水減沙效益明顯高于下游鐔家壩水文站，這主要是禮縣水文站所控制的流域分布有大面積的黃土區(qū)，該黃土區(qū)是西漢水主要的泥沙來(lái)源區(qū)，“長(zhǎng)治”等水土保持工程的實(shí)施，改變了流域的產(chǎn)匯流條件，增加了土壤攔蓄能力，因此減水減沙效益明顯。

[1]李忠泰.西漢水流域泥沙特性[J].甘肅水利水電技術(shù)，2006，42(4):369-371.

[2]馬煉，張明波，郭海晉，等.嘉陵江流域水保治理前后沿程水沙變化研究[J].水文，2002，22(1):27-31.