退耕還林政策對河流徑流、泥沙、洪水的影響分析

張 帆

(陜西省延安市防汛辦，陜西 延安 716000)

延安市在1999年啟動退耕還林政策以來，累計退耕還林1077.46萬畝，退耕還林使全市的林草植被明顯恢復，17年的退耕還林使延安市森林覆蓋率達到46.35%。據(jù)陜西省農業(yè)遙感中心提供的數(shù)據(jù)顯示，實施退耕還林以來，全市的植被覆蓋度由2000年的46%提高到2017年的67.7%，提高了21.7%。通過水土流失治理、生態(tài)修復、土地利用結構調整等，全市水土流失狀況和水土保持生態(tài)環(huán)境發(fā)生明顯變化，本文通過分析退耕還林政策實施前后河流徑流、泥沙、洪水變化情況，分析退耕還林政策對泥沙、徑流和洪水的影響。

1 數(shù)據(jù)來源

延河、北洛河、清澗河是延安市主要的三條河流，總流域面積32758.4 km2，占全市總面積88.4%，選取延河甘谷驛水文站、北洛河劉家河水文站、清澗河延川站作為參證站，通過水文站實測數(shù)據(jù)比較退耕還林政策實施前后年均降水量、年均徑流量、年輸沙量、侵蝕模數(shù)和洪水的變化，從而分析退耕還林實施所帶來的影響。

延河甘谷驛站位于寶塔區(qū)甘谷驛鎮(zhèn)區(qū)，屬黃委會延安水文局管理，1952年1月設站，控制流域面積5891km2；北洛河劉家河水文站位于志丹縣永寧鄉(xiāng)劉家河村，屬延安水文水資源局管理，1958年1月設站，控制流域面積7325km2；清澗河延川站位于延川縣縣城，屬黃委會延安水文局管理，1953年7月設站，控制流域面積3468km2。

2 退耕還林對降水、徑流的影響分析

2.1 年均降水量變化趨勢分析

從北洛河、延河、清澗河各站建站以來年降水量系列來看，總體上降水量趨勢變化不大，趨于平穩(wěn)，而個別年份出現(xiàn)較大變化，如各站1964年、2013年出現(xiàn)較大降水，1997年出現(xiàn)系列極小值，總體分析，北洛河劉家河水文站、延河甘谷驛水文站、清澗河延川站退耕后比退耕前降水量均有所增加，其中甘谷驛站和延川站增幅較大，見表1。

表1 年平均降雨量變化情況表

2.2 年均徑流量變化趨勢分析

對退耕還林政策實施以來的17年、2010年以來的7年、2016年的三個時段年均徑流量和建站以來的年均徑流量進行比較，分析年均徑流量的變化。

（1）北洛河劉家河站：建站56年以來年均徑流量為每年2.23億m3，通過對退耕實施以來的17年、2010年以來的7年、2016年的三個時段的數(shù)據(jù)分析來看：年均徑流量分別為1.5億m3/年、1.34億m3/年、1.24億m3/年，與建站以來年均徑流量相比，分別減少 0.72億 m3、0.89億 m3、0.98億 m3，降幅為 32.49%、39.78%、44.13%，年徑流量整體呈下降趨勢。與退耕前47年均徑流量相比，分別減少1.04 億 m3、1.20 億 m3、1.30 億 m3，較退耕還林前降幅分別為40.88%、47.26%、51.08%，降幅更加明顯。見表2。

表2 北洛河劉家河水文站逐年徑流量對比表

（2）延河甘谷驛站：建站64年以來年均徑流量為每年2.02億m3，通過對退耕實施以來的17年、2010年以來的7年、2016年的三個時段的數(shù)據(jù)分析來看：年均徑流量分別為1.51億m3/年、1.57億m3/年、1.35億m3/年，與建站以來年均徑流量相比，分別減少 0.51億 m3、0.45億 m3、0.67億 m3，降幅為 25.25%、22.28%、33.17%，年徑流量整體呈下降趨勢。與退耕前47年均徑流量相比，分別減少 0.69億 m3、0.63億 m3、0.85億 m3，較退耕還林前降幅分別為31.36%、28.64%、38.64%，降幅更加明顯。見表3。

表3 延河甘谷驛水文站逐年徑流量對比表

（3）清澗河延川站：建站63年以來年均徑流量為每年1.33億m3，通過對退耕實施以來的17年、2010年以來的7年、2016年的三個時段的數(shù)據(jù)分析來看：年均徑流量分別為0.98億m3/年、0.90億m3/年、0.67億m3/年，與建站以來年均徑流量相比，分別減少 0.35、0.43、0.66 億 m3，降幅為 26.54%、32.66%、49.32%，年徑流量整體呈下降趨勢。與退耕前47年均徑流量相比，分別減少0.49億m3、0.57億m3、0.79億m3，較退耕還林前降幅分別為33.38%、38.94%、54.04%，降幅更加明顯。見表4。

表4 清澗河延川水文站逐年徑流量對比表

2.3 小結

通過對北洛河劉家河站、延河甘谷驛站、清澗河延川站降水量與年徑流量分析比較，退耕還林政策于1999年開始以來，延安市降水量變化趨勢平穩(wěn)，而且1998年以后大氣降水屬于偏豐，降水量較退耕前均增多，但各條河流徑流系列進入枯水年，年徑流量逐年降低，究其原因，主要是因為退耕還林政策的實施，延安市植被逐漸恢復，降水受到葉面滯留逐漸加強，增大了有效蒸發(fā)量，從而降低了流域的產流系數(shù)。加之流域部分地區(qū)實行小流域治理，修建淤地壩、梯田等小型水利建筑物，攔蓄、削弱洪水和減少洪水峰量，因此，退耕還林的實施對河流徑流影響顯著。

3 退耕還林對泥沙的影響分析

延安市水土流失面積28773 km2，占總面積的77%。退耕還林前多年平均土壤侵蝕模數(shù)為9000 t/km2·年，入黃泥沙為2.58億t。1999年起，全市大力實施退耕還林工程，通過水土流失治理、生態(tài)修復、土地利用結構調整等，全市水土流失狀況和水土保持生態(tài)環(huán)境發(fā)生明顯變化，入黃泥沙大幅度減少。

延安北部的延河、清澗河、洛河中上游地區(qū)、無定河是延安入黃泥沙的主要來源，境內流域面積分別7321 km2、3577 km2、14784 km2（已扣除南溝門水庫以上面積3164 km2）、1345 km2。

這四條流域總控制面積27027 km2；剩余的9685 km2的流失面積主要分布在汾川河、仕望河和直入黃河水系等。根據(jù)洛河流域劉家河水文站（控制面積7312 km2）、延河流域甘谷驛水文站（控制面積5891 km2）、清澗河流域延川水文站（控制面積3468 km2）1956年至2016年61年的實測水沙資料分析，三個水文站的降雨量、徑流量變幅不大，而輸沙量明顯減少，1999年實施退耕還林以后，三條河流三個水文站年最大輸沙量逐年減少，見圖1。

圖1 實測年最大輸沙量分析圖

全市輸沙總量采用以下兩種方法分析。

（1）以水文站實測資料推求全市歷年輸沙量變化情況。

按照劉家河、甘谷驛、延川三個水文站1998年～2016年歷年實測資料，分別推算各流域歷年輸沙量，并充分考慮無定河、汾川河、仕望河和直入黃河水系各種因素，綜合推算全市歷年入黃輸沙總量。從推算結果來看，全市入黃泥沙總量呈明顯下降趨勢。

（2）分階段分析對比全市輸沙量變化情況。

從退耕前44年、退耕實施以來的17年、2010年以來的7年、2016年的四個時段的數(shù)據(jù)分析來看：劉家河水文站年輸沙量分別為7755萬t/年、1795萬t/年、931萬t/年、575萬t/年，侵蝕模數(shù)分別為 10548 t/km2·年、2442 t/km2·年、1266 t/km2·年、782 t/km2·年，較退耕前降幅分別為77%、88%、92%；甘谷驛水文站年輸沙量分別為4775萬t/年、1225萬t/年、552萬t/年、271 萬 t/年，侵蝕模數(shù)分別為 8105 t/km2·年、2079 t/km2·年、937 t/km2·年、460 t/km2·年，較退耕前降幅分別為 74%、88%、94%；延川水文站年輸沙量分別為3828萬t/年、1311萬t/年、313萬t/年、163萬t/年，侵蝕模數(shù)分別為11038t/km2·年、3781t/km2·年、904 t/km2·年、470 t/km2·年，較退耕前降幅分別為66%、91%、96%。

表5 退耕前與退耕后比較土流失狀況分析表

表6 退耕前與2010年以后比較土流失狀況分析表

表7 退耕前與2016年度數(shù)據(jù)比較土流失狀況分析表

綜合以上分析，經加權平均法推算全市泥沙降幅，退耕前44年與退耕實施以來的17年相比，降幅為69.5%，入黃泥沙由2.58億t降為0.79億t；與2010年以來的7年相比，降幅為88.4%，入黃泥沙由2.58億t降為0.31億t；與2016年相比，降幅為92.2%，入黃泥沙由2.58億t降為0.21億t。

4 退耕還林對洪水的影響分析

根據(jù)三個水文站年最大洪峰實測資料，進行分析對比，發(fā)現(xiàn)2000年以后（退耕還林政策見效）各站每年出現(xiàn)的洪峰逐年減少，洪水量級也逐年降低，特別是2013年全市遭受持續(xù)強降雨也未發(fā)生超1000 m3/s洪水,見圖2。

圖2 實測年最大洪峰流量分析圖

4.1 北洛河劉家河站

根據(jù)北洛河劉家河水文站逐年最大洪峰流量進行分析，北洛河劉家河站出現(xiàn)洪峰流量達1000 m3/s屬于小洪水，從1959年開始到1999年（退耕還林政策實施）的41年中每年最大洪峰流量超過1000 m3/s的洪水共有25個年份，平均每0.61年就有一次超1000 m3/s洪水，而2000年（退耕還林以后）到2017年之間只有2001年和2004年兩個年份發(fā)生了超1000 m3/s以上洪水，發(fā)生頻率只有是0.11年；北洛河劉家河站出現(xiàn)洪峰流量達2000 m3/s屬于中洪水，從1959年開始到1999年每年最大洪峰流量超過2000 m3/s的洪水共有11個年份，平均每0.27年就有一次超2000 m3/s洪水，而2000年到2017年之間沒有發(fā)生了超2000 m3/s以上洪水，這說明退耕還林等水保措施對北洛河中小洪水有一定的控制作用。劉家河站發(fā)生洪峰流量超4000 m3/s就屬于大洪水，分別發(fā)生在1959年，1966年、1977年、1992年和1994年，其中1994年最大洪峰流量達到8030 m3/s，洪水頻率超50年一遇，均發(fā)生在退耕還林以前。見圖3。

圖3 北洛河劉家河站實測年最大洪峰流量圖

4.2 延河甘谷驛水文站

根據(jù)延河甘谷驛水文站逐年最大洪峰流量進行分析。延河甘谷驛水文站發(fā)生洪峰流量達1000 m3/s屬于小洪水，從1955年開始到1999年的45年中每年最大洪峰流量超過1000 m3/s的洪水共有16個年份，平均每0.36年就有一次超1000 m3/s洪水，而2000年～2017年之間只有2001年、2002年和2004年三個年份發(fā)生了超1000 m3/s以上洪水，發(fā)生頻率只有是0.18年，而且均是退耕還林剛實施的五年，林草還未成規(guī)模；延河甘谷驛站發(fā)生洪峰流量達2000 m3/s就屬于中洪水，從1955年開始到1999年每年最大洪峰流量超過2000 m3/s的洪水共有8個年份，平均每0.18年就有一次超2000 m3/s洪水，而2000年（退耕還林以后）到2017年之間沒有發(fā)生了超2000 m3/s以上洪水，這說明退耕還林等水保措施對延河中小洪水有一定的控制作用。甘谷驛站最大洪峰流量超3000 m3/s就屬于大洪水，分別發(fā)生在1977年和1993年，其中1977年最大洪峰流量達到9050 m3/s，洪水頻率超200年一遇，均發(fā)生在退耕還林以前。見圖4。

圖4 延河甘谷驛站實測年最大洪峰流量圖

4.3 清澗河延川水文站

根據(jù)清澗河延川水文站逐年最大洪峰流量進行分析。清澗河延川水文站發(fā)生洪峰流量達1000 m3/s就屬小洪水，從1954年～1999年的46年中每年最大洪峰流量超過1000 m3/s的洪水共有16個年份，平均每0.52年就有一次超1000 m3/s洪水，而2000年～2017年只有2002年和2004年兩個年份發(fā)生了超1000 m3/s以上洪水，發(fā)生頻率只有是0.12年，而且均是退耕還林剛實施的五年，林草還未成規(guī)模；延河甘谷驛站發(fā)生洪峰流量達2000 m3/s屬于中洪水，從1955年～1999年每年最大洪峰流量超過2000 m3/s的洪水共有11個年份，平均每0.24年就有一次超2000 m3/s洪水，而2000年～2017年只發(fā)生了2002年一場洪峰流量超2000 m3/s以上洪水，這說明退耕還林等水保措施對清澗河中小洪水有一定的控制。延川站最大洪峰流量超3000 m3/s就屬于大洪水，退耕還林前就發(fā)生了6場，分別發(fā)生在1959年、1964年、1966年、1969年、1977年和1978年，其中1959年最大洪峰流量達到6090 m3/s，洪水頻率超100年一遇，均發(fā)生在退耕還林以前。見圖5。

圖5 清澗河延川站實測年最大洪峰流量圖

5 結論

通過對實測資料的分析，可以得出以下結論：

（1）自1999年開始在全市范圍內實行退耕還林，植樹造林，山地綠化、水土保持等，植被覆蓋率大幅度提高，植物截流，匯流產流明顯減少，使得小雨幾乎不能形成洪水，大雨形成的洪水也不大。加之部分流域實施小流域治理，修建淤地壩、治溝造地、梯田等小型水保工程，這些小型工程就像小型水庫一樣攔蓄、削弱洪水和減少洪水峰量。北洛河劉家河站、延河甘谷驛站、清澗河延川站退耕后比退耕前降水量均有所增加，年徑流量退耕后反而比退耕前分別減少40.88%、31.36%、33.38%。

（2）由于退耕還林、植被率高、水土流失減少，使得雨水對土壤的侵蝕沖刷力減少，再加上小型水利工程在攔蓄洪水的同時也攔蓄了大量的泥沙，使得洪水的含沙量減小。使得洪水漲落過程歷時長，峰量小，含沙量小，年輸沙量逐年降低，侵蝕模數(shù)分別降低77%、74%、66%，水土流失大大降低。

（3）水保生態(tài)措施對洪水的影響，與流域自然環(huán)境和治理狀況密切相關。治理措施控制洪水的能力同治理措施的配置有關，配置體系越完善，消減洪峰的能力越強，控制暴雨洪水的能力越高，尤其是退耕后對持續(xù)強降水有著顯著的滯洪作用，退耕還林等水保措施實施后，使得洪水漲落過程歷時長，峰量小，含沙量小，對于一般中小量級洪水，水保生態(tài)措施有一定的削峰減沙作用，但是對于超標準洪水來說，水保措施蓄水攔沙作用隨時間推移的衰減等因素的影響，對較大暴雨洪水的控制作用較低。