基于莊河流域水沙變化特性探析

劉麗君

(遼寧省水文局，沈陽(yáng) 110043)

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基于莊河流域水沙變化特性探析

劉麗君

(遼寧省水文局，沈陽(yáng) 110043)

莊河流域地處E122°29＇-123°48＇，N39°25＇-40°42＇，南臨黃海，東北與英那河相鄰，西北與蛤蜊河毗鄰。該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地貌多樣。由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，即喜馬拉雅山運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)的作用，形成了多種多樣的地貌狀態(tài)。文章根據(jù)莊河流域上的沙里涂水文站觀測(cè)資料，從水土流失、年降雨、年徑流及泥沙等方面，對(duì)莊河流域的水沙變換特性進(jìn)行了詳盡分析，為該流域擬建水利工程提供了科學(xué)依據(jù)。

徑流；水土流失；水土保持；降雨；泥沙特性

1 概 述

莊河流域地處E122°29＇-123°48＇，N39°25＇-40°42＇，南臨黃海，東北與英那河相鄰，西北與蛤蜊河毗鄰。沙里涂水文站是莊河上的控制站。莊河流域的四周有歇馬山、帽盔山、黑石嵐子山、猴石嶺、老平頂山、桂云花山等。其中最高的山峰為海拔751.2m的桂云花山。山地環(huán)繞，構(gòu)成了東北高、西南低、峰巒抵嶂的形似喇叭花地勢(shì)[1]。

莊河在沙里涂水文站以上分東西兩支，以東支為主，東支發(fā)源于蓉花山鄉(xiāng)刁橋村猴石嶺南麓，流經(jīng)蓉花山、太平嶺、沙里涂、莊河縣至龍王廟注入黃海，流域面積762km2，河流長(zhǎng)為55.2km。西支發(fā)源于長(zhǎng)嶺鄉(xiāng)于屯村桂云花山東麓，河流長(zhǎng)為33.3km，1958年建有朱家隈子水庫(kù)一座。該流域地處暖溫帶，大陸季風(fēng)氣候區(qū)，受東南亞季風(fēng)環(huán)流控制和影響。多年平均降水量858.9mm；多年平均徑流量0.261億m3;多年平均輸沙量12.51萬(wàn)t。

年平均氣溫8.9℃，月平均氣溫以八月份最高為27℃，一月份最低為-7.9℃；極端最高氣溫35℃，極端最低氣溫-21℃。日照時(shí)數(shù)多年平均值為2542h。無(wú)霜期較長(zhǎng)，多年平均無(wú)霜期為176d。氣候基本特征是：溫暖濕潤(rùn)、雨熱同季、晝夜溫差小、春旱少雨、光照充足。

該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地貌多樣。由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，即喜馬拉雅山運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)的作用，形成了多種多樣的地貌狀態(tài)。其地質(zhì)構(gòu)造屬中朝準(zhǔn)臺(tái)地的膠遼臺(tái)隆的臺(tái)背斜一部分，現(xiàn)處于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)間歇性緩慢抬升階段。山體走向，由東北向西南延伸，構(gòu)成低山骨干，海拔400m以上，山勢(shì)陡峭，山峰聳立；海拔200-400m是起伏不平的丘陵漫崗地區(qū)，坡度一般在5°-15°之間，易于水土流失[4-6]。

2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況

莊河沙里涂水文站以上有蓉花山、太平嶺、平山、光明山、徐嶺、仙人洞、長(zhǎng)嶺7個(gè)鄉(xiāng)。

依據(jù)1988年調(diào)查資料，區(qū)內(nèi)面積為576km2,其中耕地占29.9%，園地占7.4%，林地占44.4%，牧草地占0.1%，居民及工礦用地占7.3%，交通用地占0.7%，水域占3.9%，未利用面積占6.3%。根據(jù)1988年統(tǒng)計(jì)的資料，該區(qū)人口為11.3萬(wàn)人，其中農(nóng)業(yè)人口為10.5萬(wàn)人。由于各年的人口變化情況未收集到，但從當(dāng)?shù)卣{(diào)查了解，農(nóng)業(yè)人口有逐漸減少的趨勢(shì)。

3 基本資料

沙里涂水文站地處E122°57＇，N39°46＇，集水面積576km2,河流長(zhǎng)43.2km,河道比降2.27‰。自1957年6月1日建站至1988年以來(lái)計(jì)32a共出現(xiàn)3次1000m3/s以上流量，最大洪峰流量1450m3/s，最大流速為2.99m/s(1958年)均為流速儀實(shí)測(cè)流量，資料全，精度高。泥沙資料自1957年至2014年計(jì)58a資料，用積點(diǎn)法采樣，用單-斷關(guān)系法整編(系數(shù)1.0)，成果精度高。流域內(nèi)自1951年至今，建有沙里涂、朱家隈子、德興、向陽(yáng)等四處雨量站，觀測(cè)資料均為自記，精度高。

4 水土流失及水土保持狀況

4.1 各時(shí)期水土流失面積及侵蝕程度

依據(jù)莊河縣水土保持站2014年統(tǒng)計(jì)的資料，沙里涂站以上水土流失面積的變化是：建國(guó)初期為254.69km2,到1986年為337.38km2,增加了32.5%。占總面積的58.6%，其中極強(qiáng)侵蝕為28.22km2，占總面積的4.9%，強(qiáng)度侵蝕為67.96km2，占總面積的11.8%，中度侵蝕為128.97km2，占總面積的22.4%，輕度侵蝕為63.42km2，占總面積的11%，微度侵蝕為48.81km2，占總面積的8.5%，該區(qū)的水土流失是較嚴(yán)重的，北部山區(qū)水土流失更為突出。

4.2 水土流失成因分析

4.2.1 自然因素

該流域土壤由第四紀(jì)地層中的石英巖、花崗巖和砂巖等風(fēng)化物所形成，棕壤土占80%以上。土層薄，黏著力差，抗風(fēng)化能力很弱，受凍融氧化侵蝕后，不斷解體，形成大量松散物質(zhì)。這樣的土壤，巖層都有利于水土流失。由于地形、地貌和地理位置的影響，本流域常受臺(tái)風(fēng)侵蝕；降雨集中在7、8、9月，經(jīng)常發(fā)生洪水。建國(guó)前平均20a發(fā)生一次大洪水。建國(guó)后至1984年平均2a發(fā)生一次洪水。這也是水土流失的主要因素[7-9]。

4.2.2 人為因素

該區(qū)森林覆蓋率由解放初期的41.6%，降到1986年的33.8%。其原因是：多年來(lái)森林受到亂砍濫伐，人為破壞植被現(xiàn)象較為嚴(yán)重。過(guò)去是“有山皆綠有水皆清”。而如今部分地方荒山裸露；河水污染。由于蠶場(chǎng)過(guò)度放養(yǎng)，不注意保護(hù)柞樹(shù)，使柞樹(shù)根系腐爛、甚至死亡，致使蠶場(chǎng)逐漸沙化。加之人口的不斷增加，人們開(kāi)荒種地、采石、筑路、開(kāi)礦等。由于人們對(duì)水土流失的危害性不重視，水體保持采取了一些措施，也遭到了人為的破壞，破壞水土保持362處，達(dá)0.842km2,使水土流失有所加重。所以人為因素造成的水土流失，應(yīng)引起高度重視。

4.3 水土流失危害

1)林地面積逐漸減少。建國(guó)初期林地面積240km2，1981年調(diào)查林地面積為190.8km2，使得一部分森林變成了荒山。

2)從資料上看，建國(guó)初期至1981年耕地面積有增加的趨勢(shì)，而從1981年至1986年耕地逐漸減少，土壤肥力也在減弱。由于水土大量流失使山地棕壤土變成了沙石地[10]。

3)由于植被覆蓋率的逐年降低，使得水資源減少，出現(xiàn)了一部分河流經(jīng)常干涸或變成了季節(jié)河。

4)由于水土流失泥沙淤積破壞了水利工程、使其報(bào)廢。

4.4 治理水土流失采取的措施

4.4.1 生物措施

自建國(guó)初期1981年，已治理水土流失面積68.23km2，占1981年水土流失面積的20.9%，其中造林12.97km2，種草5.67km2，坡耕地治理29.72km2，其他治理19.87km2。1982年-1986年治理水土流失面積68.85km2，占1986年水土流失面積的20.4%。其中造林27.14km2，種草1.14km2，坡耕地治理9.48km2，其他治理31.08km2。

4.4.2 工程措施

自建國(guó)初期1981年，修石谷坊6座，土石方367.2m3；塘壩2座、土石方1800m3；小河道治理長(zhǎng)10913m、土石方105841m3。1982年-1986年，修石谷坊1528座、土石方16575m3，小河道治理長(zhǎng)49072m，土石方168432m3。

4.4.3 小流域綜合治理情況

該流域內(nèi)共有湯家、歇馬等8條小流域，流域面積為121.53km2。規(guī)劃應(yīng)治理面積為6942hm2，占小流域總面積的57.2%。從1982年至1988年末，已經(jīng)治理湯家等5條小流域，完成治理面積344.5hm2(除白華、歇馬、大頂山三條正在治理面積209.7hm2)，占規(guī)劃治理面積49.6%。已完成土石方33.12萬(wàn)m3，占規(guī)劃總土石方37.75萬(wàn)m3的87.7%。總投資71.66萬(wàn)元，(其中國(guó)家補(bǔ)助36.76萬(wàn)元；自籌34.90萬(wàn)元)，目前正在治理的有歇馬等3條小流域，預(yù)計(jì)在1991年末完成。通過(guò)對(duì)小流域的治理，對(duì)該流域的水土保持有一定作用。

5 水文泥沙特性變化分

5.1 降水量年際變化分析

降水量資料的各特征值是流域內(nèi)各雨量站的平均值。根據(jù)1957年至2014年的58a資料統(tǒng)計(jì)，沙里涂站以上流域多年平均降水量為858.9mm。在32a降水資料統(tǒng)計(jì)中，年雨量出現(xiàn)1000mm以上3次，900mm以上11次，800mm以上7次。即800以上雨量共21次，占總年數(shù)的65.6‰。最大年降雨1355.4mm(1964年)，最小年降水量532.0mm(1965年)，變差系數(shù)CV值為0.193，說(shuō)明降水量年際變化不大。

降水量年內(nèi)分配極不均勻，從中可以看出，在所統(tǒng)計(jì)的年份中，6-9月雨量約占全年雨量的70%以上，降水量多集中在7、8兩月。由于東南亞季風(fēng)環(huán)流影響和地形的臺(tái)升作用，降水量在沙里涂站中上游的蓉花山(德興)-長(zhǎng)嶺子一帶較大，雨量比較充沛。

5.2 年徑流變化分析

該流域多年平均流量為2.61億m3，變差系數(shù)CV值0.396，徑流年際變化是比較大的。如1964年年徑流量5.633億m3；1965年為0.743億m3，其倍比為7.58。說(shuō)明徑流量比年降水量年際變化大。

徑流量年內(nèi)分配也極不均勻，從分析可知6-9月徑流量一般占年徑流量的60%以上，7、8兩月占全年徑流量的46.3%以上，尤其偏豐水年均在70%以上。從資料中可以看出，大約10a左右出現(xiàn)較大洪水。

5.3 年輸沙量變化分析

根據(jù)歷年泥沙資料統(tǒng)計(jì)分析，多年平均輸沙量為12.41萬(wàn)t，年最大輸沙量29.1萬(wàn)t(1962年)，年最小輸沙量1.64萬(wàn)t(1972年)，極值比為1.76，變差系數(shù)為0.615,說(shuō)明年際變化較大。

從典型年年內(nèi)分配百分?jǐn)?shù)中可以看出，7、8兩月輸沙量占全年輸沙量63.3%-98.3%；6-9月輸沙量占全年輸沙量的86.3%-99.5%。上述情況說(shuō)明，輸沙量年際變化大，年內(nèi)分配不均。一般說(shuō)來(lái)6-9月泥沙所占的比重較大,基本上控制全年輸沙量。從資料中可以看出20世紀(jì)60年代降水量稍大，70—80年代降水較小，而輸沙量70年代明顯偏小，80年代又稍有增大。該站輸沙率變化規(guī)律也是符合大雨、大水、大沙的一般河川動(dòng)力學(xué)規(guī)律的。

選擇了沙里涂水文站1965年-1988年中的8a年資料編制表18并點(diǎn)繪了歷年平均河底高程和歷年最大30d降水量過(guò)程線(圖略)。從中可以看出，70年代是逐漸淤積的，并且與降水量呈反向?qū)?yīng)關(guān)系，即雨大沖刷，雨小淤積。另外，該河道比降為2.27‰，在山區(qū)河流比降是偏緩的，這也決定莊河沙里涂段基本屬于淤積性河段。自1965年—1980年計(jì)16間淤積0.44m，屬于正常的逐漸淤積。1980年-1985年在斷面下樓(即橋下)大量取沙。使平均河底高程下降。1985年以后平均河底高程下降更快，是由于在斷面上下游大面積取沙所造成的，并非自然沖刷[11-12]。

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1007-7596(2017)04-0036-03

2017-03-12

劉麗君(1965-)，女，河南鄧州人，工程師，從事水利工程預(yù)算等相關(guān)工作。

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