寧夏60 年泥沙特性和變化規(guī)律分析

段麗婷，馬永剛

（寧夏水文水資源監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，寧夏銀川 750002）

寧夏是我國土地沙漠化較為嚴(yán)重的地區(qū)之一，研究泥沙變化對(duì)寧夏生態(tài)文明建設(shè)非常有必要。由于泥沙監(jiān)測(cè)資料比較少，相關(guān)研究也比較少，本文通過近年來收集的60 年泥沙系列資料探討寧夏的泥沙變化規(guī)律。

1 區(qū)域概況及影響泥沙來源因素

1.1 區(qū)域概況

寧夏地處我國西北地區(qū)東部，黃河中上游，從西面、北面至東面，由騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙漠包圍，南面與黃土高原相連，按地表特征分為南部暖溫帶平原地帶，中部中溫帶半荒漠地帶和北部中溫帶荒漠地帶。寧夏全區(qū)從南至北表現(xiàn)出流水地貌向風(fēng)蝕地貌過渡的特征，大部分地區(qū)屬半干旱、干旱區(qū)，降雨稀少、風(fēng)大沙多、生態(tài)脆弱，是我國土地沙漠化較為嚴(yán)重的地區(qū)之一。寧夏根據(jù)地形地貌、水熱條件及自然資源差異性，分為南部黃土丘陵區(qū)、中部干旱風(fēng)沙區(qū)、北部引黃灌區(qū)。

1.2 泥沙來源和影響因素

影響河流泥沙的主要因素是氣候因素和下墊面因素。氣候因素主要有流域的氣溫、降水、風(fēng)力等，暴雨和風(fēng)力是產(chǎn)生土壤侵蝕的動(dòng)力。下墊面因素主要有土壤結(jié)構(gòu)、植被、坡度等。寧夏的河流泥沙主要來源于降水產(chǎn)流帶來的地表土壤沖刷，由徑流挾帶泥沙和河床局部沖刷下泄造成。降雨是流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的主要?jiǎng)恿?，其大小直接影響著流域的徑流量和輸沙量[1]。

2 泥沙特性

選取寧夏全區(qū)代表性較好的15 處水文站的懸移質(zhì)泥沙資料進(jìn)行泥沙特性的統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)缺測(cè)和不足的資料進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)，使其同步至1956—2016年。對(duì)選用站以上有蓄水工程的，根據(jù)水庫實(shí)測(cè)和調(diào)查淤積資料對(duì)實(shí)測(cè)泥沙資料進(jìn)行修正。

2.1 含沙量特性分析

2.1.1 區(qū)域分布特性 河流泥沙的多少一般用含沙量表示。含沙量是單位體積渾水內(nèi)所含泥沙的質(zhì)量。含沙量的大小主要受降水量、降水強(qiáng)度和下墊面條件影響。下墊面條件指河流所在流域的地貌、土壤、植被、坡度等[2]。

我區(qū)含沙量的地理分布具有南北兩頭小、中部大的特點(diǎn)，南部黃土丘陵區(qū)的六盤山及北部引黃灌區(qū)的賀蘭山地區(qū)及黃河干流兩岸含沙量??；除六盤山地區(qū)以外的南部黃土丘陵區(qū)和中部干旱風(fēng)沙區(qū)含沙量大。南部黃土丘陵區(qū)的六盤山土石山林區(qū)，雨多量大，降水年內(nèi)分配比較均勻，雖流域坡度較大，但由于降水補(bǔ)給較好，土壤涵養(yǎng)水分充足，森林植被覆蓋率在67%左右，流域調(diào)蓄能力強(qiáng)，洪水漲落平緩，對(duì)土壤的侵蝕能力較弱，多年平均含沙量在50 kg/m3以下。該流域代表站涇河源多年平均含沙量為0.549 kg/m3，最大含沙量為129 kg/m3，出現(xiàn)在1982 年。

原州區(qū)到同心縣的中部地區(qū)，為黃土溝壑泥沙嚴(yán)重流失區(qū)，該區(qū)降水量在300～500 mm，降水主要集中在汛期6—9 月份，占年降水量的70%以上，由于降水集中，土壤常年干燥，植被少，一次暴雨產(chǎn)生的水土流失相當(dāng)嚴(yán)重，多年平均含沙量在100～400 kg/m3，特別是清水河的折死溝、雙井子溝、莧麻河、祖厲河等流域?yàn)閲?yán)重侵蝕區(qū)。折死溝馮川里站實(shí)測(cè)最大含沙量為1 580 kg/m3，出現(xiàn)在1964 年；莧麻河站實(shí)測(cè)最大含沙量為982 kg/m3，出現(xiàn)在1964年。涇河的茹河、蒲河流域也為土壤侵蝕較重地區(qū)。茹河流域彭陽站多年平均含沙量177 kg/m3，最大含沙量972 kg/m3，出現(xiàn)在1982 年；蒲河流域安家川河米家川站多年平均含沙量為198.9 kg/m3，最大含沙量為1 030 kg/m3，出現(xiàn)在1993 年。

同心縣以北的丘陵區(qū)，為風(fēng)沙干旱區(qū)，以風(fēng)蝕為主。該區(qū)年降水量不足300 mm，常年干旱，多年平均含沙量在200～300 kg/m3。清水河下游泉眼山站多年平均含沙量為192.1 kg/m3，最大含沙量為1 160 kg/m3，出現(xiàn)在1982 年；紅柳溝流域鳴沙洲站多年平均含沙量為149.2 kg/m3，最大含沙量為1 180 kg/m3，出現(xiàn)在1960 年。

由于北部引黃灌區(qū)賀蘭山區(qū)大部分地區(qū)為石山林區(qū)，土層較薄，水蝕較小，年平均含沙量在100 kg/m3以下，蘇峪口溝流域多年平均含沙量22.1 kg/m3，最大含沙量為724 kg/m3，出現(xiàn)在1994 年；汝箕溝流域多年平均含沙量為24.2 kg/m3，最大含沙量為563 kg/m3，出現(xiàn)在1997 年；大武口溝代表站1966—2016 年多年平均含沙量為26.5 kg/m3，最大含沙量為474 kg/m3，出現(xiàn)在1991 年。

2.1.2 時(shí)間分布特性 寧夏含沙量年內(nèi)分配極不均勻，主要受降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)影響。雨強(qiáng)越大、歷時(shí)越長(zhǎng)，被濺起的泥沙就越多，被洪水沖走的泥沙也更多。受降雨影響，含沙量年內(nèi)分配主要集中在汛期，最大月含沙量大多出現(xiàn)在6—8 月份[1]。

各河流含沙量年際變化非常大，最大年平均含沙量與最小年平均含沙量的比值在10～10 000 倍區(qū)間內(nèi)。六盤山土石山林區(qū)涇河流域涇河源站最大年平均含沙量為2.52 kg/m3，出現(xiàn)在1990 年；最小年平均含沙量為0.003 kg/m3，出現(xiàn)在2009 年，極值比為840 倍。原州區(qū)到同心縣的中部地區(qū)蒲河流域安家川河米家川站最大年平均含沙量為408 kg/m3，出現(xiàn)在1996 年；最小年平均含沙量為0.625 kg/m3，出現(xiàn)在2014 年，極值比為653 倍。同心縣以北的丘陵區(qū)清水河下游泉眼山站最大年平均含沙量為452 kg/m3，出現(xiàn)在1958 年；最小年平均含沙量為4.870 kg/m3，出現(xiàn)在1960 年，極值比為93 倍。賀蘭山區(qū)蘇峪口溝流域蘇峪口站最大年平均含沙量為101 kg/m3，出現(xiàn)在2016 年；最小年平均含沙量為0.040 kg/m3，出現(xiàn)在1990 年，極值比為2 525 倍，見表1。

選取六盤山土石山林區(qū)涇河流域涇河源站、原州區(qū)到同心縣的中部地區(qū)茹河流域彭陽站、同心縣以北的丘陵區(qū)清水河下游泉眼山站、賀蘭山區(qū)大武口溝流域大武口站為代表站，1956—2016 年各分區(qū)代表站年均含沙量年際變化詳見圖1。南部山區(qū)彭陽站和中部干旱帶泉眼山站含沙量較大。

2.2 輸沙量特性分析

輸沙量是指一定時(shí)段內(nèi)通過河流某一斷面的泥沙質(zhì)量。寧夏各河流輸沙量的時(shí)空分布同含沙量分布基本一致，其大小主要受河流含沙量、徑流量影響。河流如果含沙量高、徑流量大，其輸沙量也大，反之則輸沙量小[3]。

寧夏輸沙量年內(nèi)分配汛期大、非汛期小，輸沙量主要集中在6—8 月份。因?yàn)閷幭暮恿髦饕芙涤暧绊?，汛期降雨?qiáng)度大，河水流量大，流速快，含沙量大，輸沙量隨之增大；非汛期降雨少，流量小，流速慢，含沙量小，輸沙量也相應(yīng)減小。

表1 寧夏主要河流泥沙代表站年平均含沙量最大年最小年倍比

圖1 寧夏不同分區(qū)各代表站年均含沙量年際變化

由于同時(shí)受河流含沙量、徑流量影響，輸沙量年際變化幅度更大，輸沙量最大年最小年比值在100～40 000 倍，遠(yuǎn)大于含沙量和徑流量年際變化（表2）。六盤山土石山林區(qū)涇河流域涇河源站最大年輸沙量12 萬t，出現(xiàn)在1980 年；最小年輸沙量0.01 萬t，出現(xiàn)在2009 年，極值比為1 935 倍。原州區(qū)到同心縣的中部地區(qū)蒲河流域安家川河米家川站最大年輸沙量1 839 萬t，出現(xiàn)在1996 年；最小年輸沙量0.38萬t，出現(xiàn)在2014 年，極值比為4 858 倍。同心縣以北的丘陵區(qū)清水河下游泉眼山站最大年輸沙量12 204 萬t，出現(xiàn)在1958 年；最小年輸沙量8.45 萬t，出現(xiàn)在1960 年，極值比為1 444 倍。賀蘭山區(qū)蘇峪口溝流域蘇峪口站最大年輸沙量65 萬t，出現(xiàn)在2016年；最小年輸沙量0.01 萬t，出現(xiàn)在1999 年，極值比為10 300 倍。

1956—2016 年各分區(qū)代表站年輸沙量年際變化詳見圖2。中部干旱帶泉眼山站輸沙量較大。

我區(qū)1956—2016 年系列多年平均實(shí)測(cè)輸沙量7 151 萬t，比2000 年之前系列多年平均實(shí)測(cè)輸沙量減少11%。其中，清水河最大為2 549 萬t（其中區(qū)內(nèi)2 379 萬t），涇河流域次之為2 256 萬t，葫蘆河流域?yàn)?22 萬t。將寧夏主要河流泥沙代表站長(zhǎng)系列多年平均輸沙量與2000 年之前系列進(jìn)行對(duì)比，大部分代表站多年平均輸沙量呈減少趨勢(shì)，只有賀蘭山區(qū)代表站減少趨勢(shì)不明顯（表3）。其中，清水河泉眼山站減少10%，苦水河郭家橋站減少11%，頡河三關(guān)口站減少31%。輸沙量的年際變化真實(shí)反映了寧夏全區(qū)的水土流失狀況。輸沙量減少，水土流失較少，反之水土流失加劇。20 世紀(jì)80 年代，寧夏水土流失治理改變過去的單一措施和分散治理思路，以小流域?yàn)閱卧?，將山、水、田、林、草、路統(tǒng)一規(guī)劃和綜合治理，形成“南部治理、中部修復(fù)、北部預(yù)防”的水土流失綜合治理新格局。在南部黃土丘陵區(qū)，按照以大支流為骨干，以縣域?yàn)閱挝?，以小流域?yàn)閱卧脑瓌t，將山、水、田、林、草、路進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和綜合治理；在中部干旱帶，進(jìn)行封山禁牧，主要以生態(tài)修復(fù)、改善脆弱的生態(tài)環(huán)境為主，以局部的開發(fā)性治理保障大面積的生態(tài)自然恢復(fù)。因?yàn)楸辈恳S灌區(qū)水土流失不嚴(yán)重，所以主要以預(yù)防為主[4]。因此，全區(qū)除北部引黃灌區(qū)外，水土侵蝕明顯好轉(zhuǎn)。

表2 寧夏主要河流泥沙代表站年輸沙量最大年最小年倍比表

圖2 寧夏不同分區(qū)各代表站年輸沙量年際變化

表3 寧夏主要河流泥沙代表站不同統(tǒng)計(jì)時(shí)段輸沙量對(duì)比

2.3 輸沙模數(shù)

輸沙模數(shù)即單位集水面積上的年輸沙量，是反映流域土壤侵蝕程度的主要指標(biāo)。寧夏輸沙模數(shù)區(qū)域差異性較大，與含沙量分布大體一致，反映出寧夏不同地區(qū)的土壤侵蝕程度差異較大。1956—2016 年各分區(qū)代表站年輸沙模數(shù)年際變化見圖3。南部山區(qū)彭陽站輸沙模數(shù)較大。

南部六盤山土石山林區(qū)，年平均輸沙模數(shù)在200～500 t/km2。原州區(qū)到同心縣的黃土丘陵區(qū)，年平均輸沙模數(shù)在2 000～5 000 t/km2。同心縣以北的風(fēng)沙干旱區(qū)，含沙量雖然較大，但由于降水少，暴雨次數(shù)也少，水量小，輸沙量小，故年輸沙模數(shù)相應(yīng)減少，在500～2 000 t/km2。北部賀蘭山區(qū)石山林區(qū)，年均輸沙模數(shù)在500～1 000 t/km2。汝箕溝及以北地區(qū)，植被較差，水土流失有所增加，輸沙模數(shù)在1000～1500t/km2。

3 結(jié)論

通過分析，寧夏的河流泥沙主要來源于降水產(chǎn)流帶來的地表土壤沖刷，由徑流挾帶泥沙和河床局部沖刷下泄造成。泥沙特性呈現(xiàn)出：

（1）含沙量和輸沙量的地區(qū)分布基本一致，南北兩頭小，中部大。南部黃土丘陵區(qū)的六盤山及北部引黃灌區(qū)的賀蘭山地區(qū)及黃河干流兩岸含沙量小。除六盤山以外的南部黃土丘陵區(qū)和中部干旱風(fēng)沙區(qū)含沙量大。含沙量、輸沙量年內(nèi)分配不均勻，主要集中在汛期，大多數(shù)河流最大月含沙量、輸沙量都出現(xiàn)在6—8月份。含沙量、輸沙量年際變化較大，由于輸沙量同時(shí)受河流含沙量、徑流量影響，年際變化幅度更大。

圖3 寧夏不同分區(qū)各代表站年輸沙模數(shù)年際變化

（2）我區(qū)1956—2016 年系列多年平均實(shí)測(cè)輸沙量為7 151 萬t，比2000 年之前系列多年平均實(shí)測(cè)輸沙量減少11%。其中，清水河最大為2 549 萬t（其中寧夏區(qū)內(nèi)2 379 萬t）；涇河流域次之，為2 256 萬t；葫蘆河流域?yàn)?22 萬t。將寧夏主要河流泥沙代表站長(zhǎng)系列多年平均輸沙量與2000 年之前系列進(jìn)行對(duì)比，大部分代表站多年平均輸沙量呈減少趨勢(shì)，只有賀蘭山區(qū)代表站減少趨勢(shì)不明顯。這與寧夏多年來遵循“南部治理、中部修復(fù)、北部預(yù)防”的水土流失綜合治理新格局是一致的，除北部引黃灌區(qū)外，全區(qū)水土侵蝕明顯減輕。

（3）寧夏泥沙特性的區(qū)域差異性反映出寧夏不同分區(qū)土壤侵蝕和水土流失程度的差異較大。寧夏的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不僅明顯受到水土資源貧乏、水土資源時(shí)空分布不均、水土流失嚴(yán)重和生態(tài)脆弱的制約，還面臨中部干旱帶和南部山區(qū)發(fā)展差的困擾，中部干旱帶和南部山區(qū)仍是我區(qū)水土保持的重點(diǎn)，動(dòng)態(tài)掌握寧夏泥沙變化情況對(duì)指導(dǎo)水土保持工作和寧夏生態(tài)文明建設(shè)非常有必要。通過分析總結(jié)寧夏全區(qū)60 年泥沙變化規(guī)律，希望能為解決河流泥沙問題、防洪規(guī)劃、水資源管理、水利水電工程建設(shè)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為促進(jìn)水資源合理開發(fā)利用、水土保持、寧夏生態(tài)文明建設(shè)提供參考。