延河流域1997—2006 年林草植被減洪減沙效應分析

冉大川，姚文藝，吳永紅，李雪梅，呂錫芝

(1.黃河水利委員會黃河水利科學研究院，450003，鄭州;2.黃河水利委員會西峰水土保持科學試驗站，745000，甘肅慶陽;3.黃河水利委員會水文局，450004，鄭州)

黃河中游黃土高原地區(qū)總面積64 萬km2，其中水土流失面積45.4 萬km2，占總面積的70.9%。1997 年以來，黃河中游水土保持綜合治理力度明顯加大，生態(tài)修復、退耕還林(草)、封禁治理、淤地壩“亮點工程”和坡耕地改造等水土保持生態(tài)工程建設(shè)對流域水沙的調(diào)控作用日益明顯，尤其是林草等植被措施的減洪減沙效應在延河流域更為突出。延河是黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間一條較大的入黃一級支流，流域總面積7 725 km2，其中水土流失面積7 127 km2，占流域總面積的92.3%。根據(jù)最新水文資料統(tǒng)計，延河流域多年平均(1952—2010 年)徑流量2.035 億m3，多年平均輸沙量0.415 億t。其中:1952—1996 年多年平均徑流量2.214 億m3，多年平均輸沙量0.536 億t;1997—2010 年多年平均徑流量1.459 億m3，多年平均輸沙量0.025 6 億t。后者與前者相比，徑流量減少34.1%，輸沙量劇減95.2%。延河流域近期水沙變化與下墊面密切相關(guān)，對此已有許多研究，例如:徐學選等［1］對1956—2009 年延河水沙變化特征及其驅(qū)動力進行了研究，認為1994 年以來的治理和退耕還林戰(zhàn)略等極大地減少了流域徑流泥沙;謝紅霞等［2-3］分析了退耕還林(草)和降雨變化對延河流域土壤侵蝕的影響和流域水土保持措施的減蝕效應，并分別模擬了退耕還林(草)和氣候變化對土壤侵蝕的影響，認為退耕還林(草)政策的實施對減少區(qū)域土壤侵蝕的作用比較顯著;邱臨靜等［4］則定量評估了降水變化和人類活動對延河流域1995—2008 年徑流的影響;李傳哲等［5］分析了延河流域1952—2003 年徑流和泥沙演變趨勢及突變點，認為延河流域年徑流量減少的主要驅(qū)動因素是降雨減少和實施的淤地壩建設(shè)、退耕還林(草)、封禁治理、梯田建設(shè)等水土保持生態(tài)工程。這些研究雖然都充分肯定了延河流域退耕還林(草)等下墊面治理措施對流域水沙減少的正效應，但均未給出流域近期林草等植被措施減洪減沙效應的定量計算結(jié)果，而這正是人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點。由于近期大規(guī)模水土保持生態(tài)工程建設(shè)是改變延河流域下墊面的主導因素，林草等植被措施又是其中變化最大和最為關(guān)鍵的因素;因此，開展延河流域近期林草等植被措施的減洪減沙效應分析，既能彌補已有研究的不足，也可以為流域繼續(xù)開展有效治理和水土保持措施優(yōu)化配置提供一定的科學支撐。為此，筆者根據(jù)延河流域最新水文資料，在對1997—2006 年流域水沙變化特點進行分析的基礎(chǔ)上，以延河流域“水土保持法”計算結(jié)果為依據(jù)，對1997—2006 年林草等植被措施的減洪減沙效應進行重點分析和研究。

1 流域概況

延河是黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間右岸一級支流，發(fā)源于陜西省榆林市靖邊縣天賜灣鄉(xiāng)的周山，自西北向東南流經(jīng)陜西省延安市的志丹縣、安塞縣、寶塔區(qū)和延長縣等4 縣(區(qū))，在延長縣南河溝鄉(xiāng)涼水岸附近注入黃河。延河干流全長286.9 km，平均比降為3.3‰，流域總面積7 725 km2。出口站為甘谷驛水文站，控制面積5 891 km2，占流域總面積的76.3%，未控區(qū)面積為1 834 km2。

延河流域地處黃土高原北部，植被區(qū)劃屬于暖溫帶落葉闊葉林向干旱草原過渡的森林草原區(qū)，土壤主要是抗蝕性較差的黃綿土，在氣候上處于暖溫帶半濕潤向半干旱過渡區(qū)。流域原始植被現(xiàn)已無存，現(xiàn)有的天然次生植被主要是以白羊草(Bothriochloa ischaemum)、長芒草(Stipa bungeana)、鐵桿蒿(Artemisia sacrorum)、茭蒿(Artemisia giraldii)等為主的草本群落和零星分布的雜灌叢;人工林草地主要有刺槐(Robinnia pseudoscacia)、檸條(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、沙打旺(Astragalus adsurgens)、紫花苜蓿(Medicago sativa)、草木樨(Melilotus suaveolens)等。根據(jù)2006 年TM 影像解譯結(jié)果，延河流域耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地分別為2 191、1 789、3 650、34 和20 km2［1］。延河流域地貌類型多樣，黃土丘陵溝壑區(qū)約占全流域面積的90%，大部分地區(qū)坡度在15°以上，其中延長以上為黃土梁峁狀丘陵溝谷區(qū)，安塞—延長之間沿河一帶為河階地，延長以下為黃土寬梁殘塬溝谷區(qū)，流域出口處為黃土覆蓋石質(zhì)丘陵溝谷區(qū)。脆弱的自然條件和長期陡坡耕種的習慣導致延河流域土壤侵蝕強烈，是受人類活動影響的嚴重水土流失典型區(qū)域，為黃土高原水土流失重點治理地區(qū)之一。

延河的主要支流有杏子河、平橋川、西川河、南川河、蟠龍川等，河網(wǎng)密度約為4.7 km/km2。根據(jù)河谷發(fā)育形態(tài)劃分，河源—化子坪為上游段，河谷狹窄多呈Ⅴ形，河道彎曲度較大，平均比降6.7‰;化子坪—甘谷驛為中游段，長114.8 km，集水面積4 490 km2，河谷明顯展寬，平均寬度達到600 m，是延河的主要河段;甘谷驛—河口為下游段。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 水文數(shù)據(jù)來源與處理

采用延河流域1956—2011 年水文資料系列。其中:1956—1990 年和2006—2011 年的水文資料來自黃河水利委員會已經(jīng)正式刊印的《黃河流域水文資料》(紅本);1991—2005 年的水文資料通過其他途徑收集。1996 年及以前統(tǒng)計結(jié)果引自文獻［6］。流域不同時段水沙變化特征值采用算術(shù)平均值，流域近期水沙關(guān)系變化分析采用基于水文統(tǒng)計的線性經(jīng)驗模型。

2.2 林草植被數(shù)據(jù)來源與核查方法

延河流域1997—2006 年水土保持措施(包括梯田、林地、草地、壩地和封禁治理)保存面積數(shù)據(jù)來源于“十一五”國家科技支撐計劃重點項目課題“黃河流域水沙變化情勢評價研究”［7-8］。采用野外典型調(diào)查勘測、年度報表統(tǒng)計、遙感影像解譯、樣區(qū)核查分析、數(shù)理統(tǒng)計和專家咨詢等多種方法與手段進行流域水土保持措施保存面積核查。1996 年及以前數(shù)據(jù)引自文獻［6］。

2.3 林草植被減洪指標體系建立方法

建立延河流域小區(qū)林草措施減洪指標體系采用延安大砭溝小區(qū)資料。首先，對大砭溝小區(qū)資料進行系統(tǒng)整理和分析。在措施區(qū)與對照區(qū)系列的確定上，根據(jù)分析計算要求，結(jié)合大砭溝小區(qū)觀測與延河流域林草植被建設(shè)情況，采用人工林—荒草坡、人工牧草地—宜牧坡耕地(＞20°)對比系列。其次，通過代表小區(qū)林草措施區(qū)與對照區(qū)的對比分析，采用“汛期降雨量同頻率對應法”建立小區(qū)林草措施減洪指標體系。

在建立延安大砭溝小區(qū)林草措施減洪指標體系的基礎(chǔ)上，以延河流域1997—2006 年汛期降雨量為紐帶，采用“同雨量對應法”消除大砭溝小區(qū)與延河流域林草措施減洪指標存在的時段差異、點面差異和地區(qū)差異等“三大差異”后，即可轉(zhuǎn)化為延河流域1997—2006 年林草植被減洪指標。同時，采用“模比系數(shù)法”進行校核，進一步完成由小區(qū)向流域林草植被減洪指標的尺度轉(zhuǎn)換［6］。根據(jù)延河流域1997—2006 年林草植被減洪指標與水土保持措施保存面積，二者相乘即可求得流域林草植被減洪量。

2.4 “以洪算沙”模型構(gòu)建途徑

延河流域1997—2006 年林草植被減沙量采用“以洪算沙”模型進行計算。計算過程中近期新增的封禁治理措施按草地對待?！耙院樗闵场蹦Ｐ褪抢醚雍恿饔蚧鶞势?1956—1969 年)洪水和泥沙的良好關(guān)系(一般要求為線性)，根據(jù)減洪量迭代計算減沙量。林草植被等單項措施減沙量依據(jù)水土保持措施總減沙量，按各自減洪所占比例(線性同比)分配確定［6］。

3 結(jié)果與分析

3.1 近期水沙變化特點

3.1.1 不同時段水沙變化 以往研究中，黃河中游地區(qū)公認的水沙系列分界點為1970 年［6］。李傳哲等［5］采用Mann-Kendall 統(tǒng)計檢驗方法和Pettitt 系列顯著性突變點的無參數(shù)識別方法，根據(jù)截至2003 年底的水文資料，確定出延河流域年輸沙量的2 個顯著突變點分別為1971 和1996 年。姚文藝等［7］采用MWP(Mann-Whitney-Pettitt)檢定法，根據(jù)截至2006年底的水文資料，確定出延河流域年徑流量和年輸沙量的突變年份分別為1996 和1971 年，采用獨立同分布檢驗法初步確定出延河流域年徑流量和年輸沙量的分割年份均為1972 年。為了便于和以往研究成果相銜接，筆者采用的延河流域降雨、徑流、泥沙對比分界年份分別為1970 和1996 年，并以1956—1969 年作為基準期，以1970—1996 年和1997—2006 年作為治理期的2 個不同時段，其中近期特指1997—2006 年。

延河流域不同時段降水、徑流、泥沙統(tǒng)計結(jié)果見表1。可知，與基準期1956—1969 年相比，延河流域近期年降水量減少104.0 mm，減少了19.4%，汛期(5—9 月)降雨量減少65.1 mm，減少了15.1%;年徑流量減少9 450 萬m3，減少了37.7%，汛期徑流量減少8 190 萬m3，減少了45.6%;年輸沙量減少4 430 萬t，減少了67.2%，汛期輸沙量減少4 410萬t，也減少了67.2%。流域多年平均汛期降雨量、徑流量、輸沙量占對應年值的比例分別為81.2%、68.6%和99.7%，近期三者占年值的比例分別為84.6%、62.6%和99.5%。說明近期降雨集中程度有增大趨勢，徑流集中程度有所減小，但年輸沙量仍高度集中于汛期。流域多年平均徑流系數(shù)(年徑流深/年降水量)和多年平均侵蝕率(年輸沙模數(shù)/年降水量)分別為0.050 和15.4 t/(km2·mm)，但近期年平均徑流系數(shù)只有0.038，年平均侵蝕率僅為8.5 t/(km2·mm)，說明近期流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力明顯減小。

表1 延河流域不同時段降水、徑流、泥沙統(tǒng)計結(jié)果Tab.1 Statistical results of rainfall，runoff and sediment discharge in different periods in the Yanhe basin

3.1.2 近期水沙關(guān)系變化 水沙關(guān)系是表征流域水沙變化最為重要的關(guān)系，也是流域水土流失數(shù)學模型、降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙經(jīng)驗模型構(gòu)建和水土流失綜合治理措施蓄水減沙效應分析的重要基礎(chǔ)。通過補充最新水文資料并進行回歸分析，得到延河甘谷驛站 不同年代水沙關(guān)系線性方程，見表2。式中:WS為年 輸沙量，億t;W 為年徑流量，億m3。

表2 延河甘谷驛站不同年代水沙關(guān)系線性方程Tab.2 Linear equations of relationship between water and sediment in different periods at Ganguyi hydrologic station in the Yanhe basin

由表2 中各線性方程斜率為正及相關(guān)系數(shù)(除1980—1989 年以外)均在0.90 以上可知，延河流域不同年代水沙關(guān)系均為正相關(guān)關(guān)系且水沙關(guān)系都很密切，相關(guān)性很好。由式(1)～(5)斜率可知，延河流域不同年份單位徑流輸沙量分別為0.444 8、0.482 7、0.344 7、0.439 0 和0.418 2 t/m3，由式(6)斜率可知，延河流域全系列多年平均單位徑流輸沙量為0.444 5 t/m3，與基準期1952—1969 年相比，1980—1989 年甘谷驛站單位徑流輸沙量減少了22.5%，減少趨勢最為明顯，1970—1979 年單位徑流輸沙量卻增加了8.5%，顯然與延河流域1977 年大洪水有關(guān)，1990—1999 年和2000—2011 年單位徑流輸沙量分別減少了1.3%和6.0%，變化不大。說明1997 年以來，延河流域大規(guī)模的退耕還林(草)等水土保持生態(tài)工程建設(shè)并沒有明顯改變流域的水沙關(guān)系，但單位徑流輸沙量卻有下降趨勢。對比式(7)和(8)斜率可知，1997—2011 年與1952—1996 年相比，甘谷驛站單位徑流輸沙量減少了10.4%。單位徑流輸沙量(含沙量)減小10%，說明流域退耕還林(草)等水土保持生態(tài)工程建設(shè)的“增枯減洪”作用比較明顯。

表2 中，沖淤平衡徑流量為式(1)～(8)所表示的直線與X 軸交點的數(shù)值，即輸沙量WS為0 時的徑流量，可視為流域達到?jīng)_淤平衡時所需的徑流量。該值大小可以說明水土流失綜合治理對流域水沙變化驅(qū)動力的削弱效應［9］。該值變化越小，水土流失綜合治理對流域水沙變化驅(qū)動力的削弱效應越不明顯。從延河流域不同年代沖淤平衡徑流量變化過程來看，總體呈上升→下降變化趨勢，1980—1989 年為最大值，此后依時序減小。1997—2011 年與1952—1996 年相比，沖淤平衡徑流量減小了5.7%;2000—2011 年與1990—1999 年相比，沖淤平衡徑流量亦減小了2.1%。說明近期實施的生態(tài)修復、退耕還林(草)、封禁治理、淤地壩“亮點工程”和坡耕地改造等水土保持生態(tài)工程建設(shè)對流域水沙驅(qū)動力的削弱效應開始顯現(xiàn)。

延河甘谷驛站水沙關(guān)系見圖1?？梢?，1997 年以來徑流泥沙數(shù)據(jù)后挫，來水來沙減少的趨勢非常明顯，但1997 年以來的數(shù)據(jù)仍分布在1996 年以前的數(shù)據(jù)帶內(nèi)。說明延河流域水沙關(guān)系的函數(shù)形式以及流域產(chǎn)流機制尚未發(fā)生明顯變化。

3.2 林草植被保存面積變化分析

圖1 延河甘谷驛站水沙關(guān)系Fig.1 Relationship between water and sediment at Ganguyi hydrologic station in the Yanhe basin

延河流域不同年份末水土保持措施累計保存面積(含未控區(qū))見表3，其中括弧內(nèi)為流域控制區(qū)水土保持措施累計保存面積?？梢?，截至2006 年底，延河流域(含未控區(qū))水土保持措施保存面積合計達到37 萬1 751 hm2，其中:林草措施保存面積合計30 萬7 412 hm2，占82.7%;梯田、壩地保存面積合計4 萬2 434 hm2，占11.4%;封禁治理保存面積2萬1 905 hm2，占5.9%。流域治理度達到52.2%。淤地壩建設(shè)成效顯著，骨干壩、中型壩、小型壩總計達到3 515 座，坡耕地大大減少，尤其是2000 年后，大于25°的坡耕地基本被退耕還林(草)。2006 年底與1996 年底相比，延河流域林地保存面積增長趨勢尤為明顯和突出，草地保存面積也有一定的增長，但梯田和壩地保存面積卻有下降。其中林地、草地保存面積分別增長了68.7%和18.8%，但梯田、壩地保存面積卻分別下降了3.7%和23.8%。根據(jù)調(diào)查，梯田、壩地保存面積下降的原因是部分梯田因年久失修退耕后變?yōu)榱值睾筒莸?，部分壩地或在退耕后列入封禁治理范圍，或在小流域治理中轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸?，導致其保存面積下降。延河流域不同年份末水土保持措施累積保存面積變化過程見圖2?？梢悦黠@看出，1996 年以后林地面積增長最為迅速。

表3 延河流域不同年份末水土保持措施累計保存面積Tab.3 Accumulative total area of soil and water conservation measures at the end of different years in the Yanhe basin hm2

3.3 林草植被減洪指標

根據(jù)以往研究成果，延安大砭溝小區(qū)林草措施減洪指標體系見表4［6］。可見，林草措施的減洪指標隨著汛期降雨頻率的減小和量級的增大而減小，因此，林草措施的減洪作用在發(fā)生特大暴雨時是有限的。通過尺度轉(zhuǎn)換，得到修正后的延河流域1997—2006 年林草植被減洪指標，見表5。

圖2 延河流域水土保持措施累積保存面積變化過程Fig.2 Changing process of accumulative total save the area of soil and water conservation measures of Yanhe basin

3.4 “以洪算沙”模型

根據(jù)表1 統(tǒng)計結(jié)果，延河流域洪水泥沙均集中于汛期且變輻較大，其洪沙關(guān)系在散點圖上多呈冪函數(shù)分布。通過回歸分析，延河流域基準期洪沙關(guān)系為

式中:WJH為流域基準期實測年洪水量，萬m3;WJS為流域基準期實測年洪水輸沙量，萬t。相關(guān)系數(shù)為0.93。

對公式(9)進行相關(guān)系數(shù)r 檢驗。在顯著性水平α=0.01 下查1 個自變量的相關(guān)系數(shù)檢驗表(n=14)可知，相關(guān)系數(shù)R0.01(n－2=12)=0.661 ＜0.93，說明二者具有很好的相關(guān)性，置信度達到99%。同時進行F 檢驗，求得F 值為75.4，在顯著性水平α=0.01 下查F 分布表可知，F(xiàn)0.01(1，12)=9.33，由于75.4 ＞9.33，說明所建方程在顯著性水平α=0.01 下是非常顯著的。

表4 延安大砭溝小區(qū)林草措施減洪指標體系Tab.4 Reducing flood by forest-grass vegetation measures index system in Dabiangou plot of Yan’an

表5 延河流域1997—2006 年林草植被減洪指標Tab.5 Reducing flood by forest-grass vegetation index from 1997 to 2006 of Yanhe basin

延河流域基準期洪沙線性關(guān)系為

相關(guān)系數(shù)為0.92。

延河流域“以洪算沙”模型為:

式中:WH為流域治理期實測年洪水量，萬m3;∑ΔW為治理期各種水土保持措施減洪量之和，萬m3;n為試算次數(shù)，n=4;WSn為第n 次計算的減沙量(中間變量)，萬t;ΔWS為水土保持措施總減沙量，萬t。

3.5 林草植被減洪減沙計算結(jié)果分析

3.5.1 減洪減沙效應 根據(jù)“以洪算沙”模型計算結(jié)果，延河流域1997—2006 年控制區(qū)水土保持措施年均減洪9 500 萬m3，年均減沙5 680 萬t，分別是同期“水文法”減水減沙量計算結(jié)果的1.9 和2.6 倍，相差很大［10］。經(jīng)過分析，差異原因主要包括降雨資料收集不全及代表性不夠、流域基準期洪水泥沙關(guān)系非線性影響和人為新增水土流失量估算偏小等3個方面。通過補充收集降水資料和重新計算流域汛期降雨量，對延河流域林草植被減洪指標體系再次進行了修正;采用“以洪算沙”模型，按照流域基準期洪沙線性關(guān)系式(10)進行平行計算;依據(jù)傳統(tǒng)的“指標法”計算結(jié)果對再次修正后的“以洪算沙”模型計算結(jié)果進行了校核，二者基本接近。最終修正計算結(jié)果見表6。

表6 延河流域控制區(qū)1997—2006 年林草植被減洪減沙量修正計算結(jié)果Tab.6 Correction calculation results of annual average flood and sediment reduction of forest-grass vegetation in 1997 to 2006 in the control area of Yanhe basin

由表6 可知:延河流域1997—2006 年林草植被年均減少洪水量2 885 萬m3，占水土保持措施年均減少洪水總量4 537 萬m3的63.6%，其中林地、草地和封禁治理措施年均分別減少洪水量2 398 萬、358 萬和129 萬m3，分別占水土保持措施年均減少洪水總量的52.9%、7.9%和2.8%;林草植被年均減沙量1 695 萬t，占水土保持措施年均減沙總量2 912萬t 的58.2%，其中林地、草地和封禁治理措施年均分別減沙1 400 萬、257 萬和38 萬t，分別占水土保持措施年均減沙總量的48.1%、8.8%和1.3%。林地減洪減沙效應最為明顯，其減洪減沙量分別是草地和封禁治理措施減洪減沙量之和的4.9和4.7 倍。于國強等［11］的研究表明，林草地的穩(wěn)定入滲率為草地的3 倍、坡耕地的2 倍、荒地的4 倍。林草地具有蓄水減沙的水土保持措施功效，草地具有直接攔沙的水土保持措施功效，林草地的蓄水減沙功效通過地表植被對水沙的調(diào)控作用來實現(xiàn);因此，林地的減洪減沙效應明顯高于草地和封禁治理。

從延河流域1997—2006 年水土保持措施減洪減沙總量構(gòu)成比例看，林草植被與梯田、壩地等工程措施減洪量之比約為64%∶36%，減沙量之比約為58%∶42%，林草植被明顯高于工程措施。根據(jù)以往研究結(jié)果［6］，延河流域1970—1996 年林草植被與梯田、壩地等工程措施減洪量之比約為44%∶56%，減沙量之比約為22%∶78%，工程措施明顯高于林草植被;因此，近期延河流域林草植被減洪減沙效應與1970—1996 年相比已經(jīng)發(fā)生根本性變化，林草植被已成為流域水土保持措施減洪減沙的主體，其減洪減沙效應十分明顯。由延河流域不同年代林草植被減洪減沙量變化過程線(圖3)也可以看出，與以往時段相比，1997—2006 年林草植被減洪減沙量上升趨勢明顯。

根據(jù)本次研究“水文法”計算結(jié)果［10］，延河流域(控制區(qū))1997—2006 年水利水土保持綜合治理等人類活動年均減水量4 935 萬m3，年均減沙量2 150萬t，人類活動和降水變化對徑流減少的貢獻率分別為57.3%和42.7%，對泥沙減少的貢獻率分別為53.4%和46.6%。人類活動對流域近期減水減沙的貢獻率相對更為明顯。

圖3 延河流域林草植被減洪減沙量變化過程線Fig.3 Change of the amount of reduced flood and sediment by forest-grass vegetation of Yanhe basin

3.5.2 減洪減沙量對汛期降雨量的響應 從延河流域1997—2006 年林草植被逐年減洪減沙量變化過程來看，林地減洪減沙量最大且呈波動上升趨勢，草地和封禁治理措施減洪減沙量較小，雖然也呈上升趨勢但變化平穩(wěn)。1999 和2004 年，林地減洪減沙量下降與流域當年汛期降雨量減少密切相關(guān)。由延河流域1997—2006 年汛期降雨量與林草植被減洪減沙量對比圖(圖4、圖5)可以看出，汛期降雨量與林草植被減洪減沙量呈正比變化關(guān)系。1999 和2004 年汛期降雨量減少，則坡面產(chǎn)洪產(chǎn)沙量也減少，由此導致林地減洪減沙量下降;2003 年汛期降雨量最大，則坡面產(chǎn)洪產(chǎn)沙量也最大，因而林地減洪減沙量也最大;因此，在延河流域林草植被最大減洪減沙能力范圍內(nèi)，1997—2006 年減洪減沙量具有“多來多減”的顯著特點。

圖4 延河流域1997—2006 年林草植被減洪量與汛期降雨量關(guān)系Fig.4 Relationship between the amount of reduced flood by forest-grass vegetation and the flood season rainfall from 1997 to 2006 of Yanhe basin

3.5.3 減沙量與壩地減沙量關(guān)系 延河流域1956—2006 年林草植被與溝道壩地減沙量變化過程對比結(jié)果見圖6。可以看出，隨著林草植被減沙量的增大，溝道壩地減沙量呈減少趨勢，因此，延河流域林草植被減沙量與溝道壩地減沙量具有自調(diào)控關(guān)系，但近期卻同步增大。結(jié)果表明，近期流域林草植被減沙量比1970—1996 年林草植被減沙量增大5.6 倍，呈迅速增大趨勢，反映了近期林草植被保存面積增長迅速、配置比接近90%的客觀實際。同時，溝道壩地減沙量也出現(xiàn)增大趨勢，但與1990—1996 年相比增幅只有16.8%，其原因是近期流域來沙銳減、壩地淤積速度減緩，導致壩地保存面積增長緩慢，因此，溝道壩地減沙量增幅不大。

圖5 延河流域1997—2006 年林草植被減沙量與汛期降雨量關(guān)系Fig.5 Relationship between the amount of reduced sediment by forest-grass vegetation and the flood season rainfall from 1997 to 2006 of Yanhe basin

圖6 延河流域水土保持措施減沙量變化過程對比Fig.6 Comparison of the changing process of sediment reduction of soil and water conservation measures in the Yanhe basin

4 結(jié)論

1)1997—2006 年與基準期的1956—1969 年相比，延河流域汛期降水、徑流、輸沙量分別減少了15.1%、45.6%和67.2%，降雨集中程度有增大趨勢，徑流集中程度有所減小，但年輸沙量仍高度集中于汛期，流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力明顯減小，延河甘谷驛站2000—2011 年單位徑流輸沙量減少6.0%。1997年以來流域單位徑流輸沙量有下降趨勢，流域退耕還林(草)等水土保持生態(tài)工程建設(shè)的“增枯減洪”作用比較明顯。

2)延河流域不同年代沖淤平衡徑流量變化總體呈上升→下降變化趨勢。1997—2011 年與1952—1996 年相比，沖淤平衡徑流量減小了5.7%。近期實施的水土保持生態(tài)工程建設(shè)對流域水沙驅(qū)動力的削弱效應開始顯現(xiàn)，但流域水沙關(guān)系的函數(shù)形式以及流域產(chǎn)流機制尚未發(fā)生明顯變化。

3)延河流域1997—2006 年林草植被年均減少洪水量2 885 萬m3，年均減沙量1 695 萬t，分別占水土保持措施年均減洪減沙總量的63.6%和58.2%，其中林地減洪減沙效應最為明顯，其減洪減沙量分別是草地和封禁治理措施減洪減沙量之和的4.9 和4.7 倍。

4)與以往時段相比，1997—2006 年延河流域林草植被減洪減沙上升趨勢明顯，已成為流域水土保持措施減洪減沙的主體。林草植被與工程措施減洪量之比約為64%∶36%，減沙量之比約為58%∶42%。在流域林草植被最大減洪減沙能力范圍內(nèi)，其減洪減沙具有“多來多減”的顯著特點，林草植被減沙量與溝道壩地減沙量具有自調(diào)控關(guān)系，但近期同步增大。