應(yīng)用水文法分析海城河流域水土保持狀況

劉文軍，崔 巍

（遼寧省鞍山水文局，遼寧 鞍山 114002）

1 自然概況

海城河系太子河支流，發(fā)源于海城市孤山鎮(zhèn)瓦子溝響水溝，河道全長(zhǎng)90.8 km，流域面積1310 km2，河道比降2.01‰，多年平均地表水資源量2.21億m3。海城河流域?yàn)檫|東山地和平原的過渡地帶，流域內(nèi)山區(qū)占總流域面積的80%。海城水文站以上流域面積為1000 km2，地勢(shì)東南高西北低，高程一般在50～600 m之間，為山地丘陵區(qū)，遍布坡殘積裙和沖洪積扇。流域內(nèi)中等以上山地面積為46.42 km2；低山面積為369.29 km2；丘陵面積為540.44 km2；高程在20—50 m之間分布的沖洪積扇面積為43.85 km2。各類面積占總面積比例分別為：4.64%，36.93%，54.04%，4.39%。植物屬華北區(qū)系，但也夾雜著長(zhǎng)白山區(qū)系。山區(qū)原始林木早已被人為破壞，現(xiàn)有多屬稀疏半人工的次生林；大部分山地多為灌木層或草本層所覆蓋。沖洪積扇區(qū)大部分為旱田。歷史上，該地區(qū)水旱災(zāi)害頻繁。建國(guó)后，特別是20世紀(jì)70年代以來大興水利建設(shè)，使災(zāi)害明顯減少。海城水文站以上有?、裥退畮?kù)3座，?、蛐退畮?kù)4座。最大水庫(kù)的集水面積38 km2，庫(kù)容為1134萬m3；最小水庫(kù)集水面積0.4 km2，庫(kù)容僅為12萬m3。這些水庫(kù)多建在低山上緣，采取秋蓄春放汛期調(diào)節(jié)洪水等運(yùn)用方式。同時(shí)在山間溝谷上修筑了多處谷坊、塘壩。

2 水文要素特性

2.1 暴雨洪水特性

海城河屬太子河流域下游區(qū)，季風(fēng)氣候顯著，每年7—8月份，受西太平洋副熱帶高壓、華北氣旋、臺(tái)風(fēng)及高空槽等天氣過程的影響，常常出現(xiàn)暴雨和大暴雨天氣，如海城站1964年降水量1082 mm，7、8月份降水 647.9 mm，占全年降水的59.9%；降水強(qiáng)度大，降水量集中在幾小時(shí)或2～3 d，有時(shí)連續(xù)發(fā)生多日降水。

受暴雨影響，海城河經(jīng)常發(fā)生洪水或大洪水?？偟暮恿魈匦裕３呛訛樯较院恿鳎拥榔陆刀?、河槽調(diào)蓄作用小，暴漲暴落，水流湍急。海城河上游河道曲折，河谷狹窄，比降大，流速快；中游析木至海城市內(nèi)，流速逐漸減緩，穿越城區(qū)之后，流速緩慢，比降較小。一般一次天氣過程造成的暴雨歷時(shí)較短且主要集中于1 d時(shí)間內(nèi)，致使較大洪水過程多呈單峰形，一次洪水歷時(shí)3 d左右，洪峰受暴雨雨型控制。

2.2 降水量年際變化及年內(nèi)分配

海城河流域由于氣候因子多變，致使降水量年際變化及年內(nèi)分配各異。年降水量最大值發(fā)生在1994年為1075.7 mm；年降水量最小值發(fā)生在2000年為455.8 mm。6—9月累計(jì)最大降水量為1994年907 mm，6—9月累計(jì)最小降水量為2000年僅229.8 mm；多年平均6—9月的降水量約占全年降水量的70%～80%。

2.3 徑流量的年際變化及年內(nèi)分配

徑流量的年際變化主要受降水支配。降雨量大產(chǎn)生的徑流量就大。歷年最大徑流量為1985年5.426億m3，歷年最小徑流量為1993年0.133億m3。大水年份時(shí)，6—9月徑流量占全年的90%，小水年份時(shí)，6—9月徑流量占全年徑流量的65%。

2.4 輸沙量的年際變化及年內(nèi)分配

輸沙量的年際變化在自然條件下符合大雨、大水—就大沙的一般河川動(dòng)力學(xué)規(guī)律。輸沙量的年內(nèi)分配，主要受產(chǎn)沙源、降雨等因素的影響。海城河流域，因雨量多且集中在汛期，所以輸沙量7—8兩個(gè)月占全年的67%～98%；6—9四個(gè)月占全年的90%～100%。

3 水文法表達(dá)方式

3.1 圖表方式

應(yīng)用長(zhǎng)系列水文資料，計(jì)算不同時(shí)段輸沙量平均值，點(diǎn)繪輸沙量隨時(shí)間變化過程水文要素柱狀圖。表1為海城水文站不同歷史階段水文要素特征值表，圖1為海城站歷年輸沙量柱狀圖。對(duì)表1和圖1綜合進(jìn)行比較，可以直觀的表達(dá)各個(gè)階段水土流失變化狀況。海城河上游，由于人類的活動(dòng)，改變了輸沙的原始狀態(tài)。20世紀(jì)50—60年代，由于對(duì)水土保持重視不夠，亂砍亂伐現(xiàn)象嚴(yán)重，使泥沙大量下泄；到了70年代，治山治水頗見成效，泥沙的下泄量大減；而進(jìn)入80年代以后，山、水、田、林、路綜合治理效果顯著，泥沙的下泄量又進(jìn)一步縮減。

表1 海城水文站不同歷史階段水文要素特征值表

3.2 相關(guān)方式

圖1 海城站歷年輸沙量柱狀圖

應(yīng)用長(zhǎng)系列水文資料，建立歷年的年降水量—年輸沙量、歷年的7—8月降水量—年輸沙量、歷年的15 mm以上降雨量—年輸沙量等相關(guān)關(guān)系，其直線和曲線相關(guān)系數(shù)（A）值都比較接近，均在0.70以上。且曲線關(guān)系好于直線關(guān)系。圖2為將15 mm以上年降雨量與年輸沙量點(diǎn)繪在雙對(duì)數(shù)格紙上建立的海城流域降水—產(chǎn)沙模型圖。

根據(jù)分析，不同階段的降雨量與年輸沙量相關(guān)關(guān)系顯示，多年的15 mm以上的降雨量—年輸沙量相關(guān)關(guān)系最好，是一非線性的曲線，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中呈一直線。若以15 mm以上的降雨作為產(chǎn)沙基量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（剔出不產(chǎn)流或產(chǎn)流小不產(chǎn)沙的小雨），可分出明顯的3個(gè)不同時(shí)期的水土流失狀況，見圖2。

圖2 海城流域降水—產(chǎn)沙模型圖

圖2中下面一條相關(guān)線反映1954—1971年之間未治理或邊治理邊破壞時(shí)期；中間一條反映1972—1980年之間初期治理時(shí)期；上面一條反映1981—2010年之間綜合治理成效顯著時(shí)期。查曲線的相應(yīng)數(shù)值，1972—1980年是1955—1971年的50%，是1981—2000年的1倍。如果把1954—1971年的相關(guān)線定為未治理標(biāo)準(zhǔn)線，按降雨—產(chǎn)沙模型表達(dá)式：

QS年=（ APi）x

可得治理前與治理后的曲線適線方程式：

式中：QS年——治理前、治理后年輸沙量，104t；Pi——代表15 mm以上產(chǎn)沙降雨量，mm；A——相關(guān)系數(shù)；X——相關(guān)冪指數(shù)。

依 式（1），（2）可計(jì)算出治理前、后的年輸沙量，見表2，根據(jù)分析計(jì)算可對(duì)流域治理方案進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié) 論

水土流失狀況與流域的降雨、徑流密切相關(guān)，水文分析法無論從宏觀或微觀角度，都比較客觀、準(zhǔn)確的反映了水土流失狀況，而且具有規(guī)律可循，便于指導(dǎo)水土保持工作。文中的表達(dá)方法是否適用于其它流域，有待于進(jìn)一步探討。

表2 治理前后輸沙量對(duì)照表