大凌河流域水土保持成效與水沙變化研究

馬 原

(朝陽市龍城區(qū)水利工程項(xiàng)目辦公室，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

大凌河流經(jīng)火山巖、碎屑巖和黃土地區(qū)，屬于遼寧省西部的多沙河流，水土流失嚴(yán)重。雖然流域內(nèi)坡面上土壤侵蝕較輕，但坡面農(nóng)田被溝頭前進(jìn)吞蝕，溝壑瀉溜、陷穴、滑塌、崩塌等重力侵蝕問題突出[1-2]。從20世紀(jì)80年代開始，當(dāng)?shù)卣头e極開展水土保持工作，立項(xiàng)實(shí)施了退牧還草、退耕還林、種樹種草、封山育林等一系列工程，尤其是1992年實(shí)施的水土保持項(xiàng)目涉及多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，覆蓋牤牛河、老虎山河、細(xì)河等支流，截至2002年一期項(xiàng)目結(jié)束累計(jì)完成苗圃、淤地壩、梯田、人工種草、造林等工程措施。鑒于此，文章探討了大凌河流域1992年前后各水文站的水沙變化特征以及水土保持成效，旨在研究流域水土保持工作成效及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

1 研究區(qū)概況

大凌河流域呈西東向，地處遼寧西部，上游分南北兩支，兩支于喀左縣匯合后流經(jīng)朝陽、北漂、義縣、凌海等市縣，注入渤海。河流全長453km，流域面積23235km2，其中山地丘陵區(qū)20992km2，占全流域89%；自凌海市石窗子以下進(jìn)入平原區(qū)，平地區(qū)占全流域11%。大凌河在遼寧省境內(nèi)面積19989km2，占全流域的86%，主要有大凌河西支、第二牤牛河、老虎山河、牤牛河及細(xì)河等支流，且大多數(shù)集中于左側(cè)。

大凌河宮山咀水庫以上基本為山區(qū)，地勢陡峭，河道坡度大多超過5‰；白石水庫以下地勢平緩，河道坡度約1‰。干流上共有宮山咀、閻王鼻子和白石三座控制性水庫，依據(jù)不同河段的河流特點(diǎn)，可以把大凌河劃分成河源段、上游段、中游段和下游段，見圖1。①河源段：位于宮山咀水庫以上，地勢較陡，河長45km，平均河寬約400m，流域面積為656km2，主要支流有魏家?guī)X河、新開嶺河、賀杖子河等。該河段社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平較低，受管理滯后、發(fā)展方式粗放等因素限制，河源段植被較差，生態(tài)破壞嚴(yán)重。②上游段：宮山咀至閻王鼻子水庫段，河長156.8km，河道比降平緩且山區(qū)型河流特征顯著，匯入有滲津河、大凌河西支、第二牤牛河、老虎山河等支流。③中游段：閻王鼻子水庫壩下至細(xì)河入?yún)R口段，該段仍為山區(qū)性河流，河長150.8km，河寬500-3200m，匯入有顧洞河、十家子河、牤牛河、涼水河、細(xì)河等支流。④下游段：細(xì)河入?yún)R口以下至河口段，河流逐漸從山區(qū)性轉(zhuǎn)變?yōu)槠皆?，河道比?‰，河長94.3km，平均河寬2-3km，匯入的主要支流有大定河、大業(yè)河等。

圖1 大凌河流域水系圖

大凌河流域?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)氣候，流域內(nèi)年降水量400-600mm，降水量年際變化較大，年內(nèi)分配極不均勻，主要集中在7、8月份，年徑流量為16.33億m3，其中7-9月徑流量占全年的70%。流域內(nèi)多石山及風(fēng)化沙土，植被較差，洪峰漲跌迅速，水土流失嚴(yán)重，主要地點(diǎn)流域特性見表1。

表1 各主要站流域特性表

2 水沙特征分析

2.1 分析時(shí)段

大凌河流域共有18處水文站，其中建凌、上窩堡、朝陽、大凌河(義縣)和凌海等12處的資料觀測年限較長；水位站7處，觀測年限不長；雨量站近100處(包括汛期站)。大凌河水文站在白石水庫壩址下游370m處，白石水庫初設(shè)時(shí)主要采用大凌河水文站、周家屯站、義縣站等測流資料，各主要站資料年限見表2。

表2 各測站泥沙資料系列表

2.2 降水特征

采用各水文站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)分析大凌河流域降水變化趨勢，見圖2。由圖2可知，大凌河流域歷年降水量總體圍繞平均值波動(dòng)，旱澇連續(xù)最長時(shí)間為3年。各水文站設(shè)站-1991年、1992-2020年、設(shè)站-2020年3個(gè)時(shí)段的降水特征值分析，見表3。

從表2可以看出，設(shè)站-1991年、1992-2020年與設(shè)站-2020年歷年降水量平均值之比為0.97、1.01，說明1992年前后大凌河流域年降水量相差不大。

圖2 大凌河流域歷年降水量變化圖

2.3 徑流特征

依據(jù)各水文站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)分析歷年徑流量變化趨勢，以代表大凌河流域徑流特征的把口控制站-朝陽站為例，其歷年徑流量變化見圖2。朝陽站設(shè)站-2020年徑流量平均值為4.320億m3，在1994-1999年、2010-2017年和1958-1961年、1969-1964年連續(xù)出現(xiàn)<或>歷年徑流量平均值的情況，這表明大凌河流域年際徑流量波動(dòng)明顯。

表3 不同時(shí)間段的降水特征值 mm

圖3 朝陽站歷年降水量變化圖

大凌河流域各水文站設(shè)站-1991年、1992-2020年、設(shè)站-2020年3個(gè)時(shí)段的徑流特征值分析，見表4。從表4可以看出，朝陽站設(shè)站-1991年、1992-2020年與設(shè)站-2020年歷年徑流量平均值之比為1.074、0.728，說明1992年后大凌河流域徑流量在降雨量變化不大的情況下明顯減少。

2.4 輸沙特征

1)最大含沙量：依據(jù)各水文站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)，大凌河多年平均含沙量為14.17kg/m3，從上至下干流上窩堡站、朝陽站、義縣站的最大含沙量依次為8.14kg/m3、12.07kg/m3、9.80kg/m3，支流葉柏壽、德力吉、涼水河子、六合子、迷力營子、復(fù)興堡站最大含沙量為46.04kg/m3、29.99kg/m3、15.31kg/m3、37.32kg/m3、35.08kg/m3、8.52kg/m3，大凌河含沙量較高屬于典型的多沙河流。

2)輸沙量：采用各水文站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)分析歷年輸沙量變化趨勢，以代表大凌河流域輸沙量特征的把口控制站-朝陽站為例，其歷年輸沙量量變化如圖2。朝陽站年際輸沙量變化較大，歷年輸沙量平均值為856.09萬t，出現(xiàn)連續(xù)多個(gè)>或<歷年輸沙量平均值的時(shí)段，說明大凌河流域輸沙量受人為活動(dòng)影響顯著，不同時(shí)段的輸沙量存在明顯差異。

表4 不同時(shí)間段的徑流量特征值 億m3

圖3 朝陽站歷年輸沙量變化圖

大凌河流域各水文站設(shè)站-1991年、1992-2020年、設(shè)站-2020年3個(gè)時(shí)段的輸沙特征值分析，見表5。從表5可以看出，朝陽站設(shè)站-1991年、1992-2020年與設(shè)站-2020年歷年輸沙量平均值之比為1.100、0.742，說明大凌河流域年際年輸沙量變化明顯，尤其是1992年以后在降水量變化不大的情況下輸沙量明顯減少。3)輸沙模數(shù)。采用各水文站點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)分析設(shè)站-1991年、1992-2020年和設(shè)站-2020年的輸沙模數(shù)，見表6。從表6可以看出，大凌河干流及其支流的水土流失程度存在明顯差異，其中義縣站輸沙模數(shù)最大，該站以上存在嚴(yán)重土壤侵蝕；復(fù)興堡站輸沙模數(shù)最小，該支流土壤侵蝕較輕；此外，大凌河站、朝陽站、建凌站區(qū)間或以上的土壤也較嚴(yán)重。

表5 不同時(shí)間段的輸沙量特征值 萬m3

表5 不同時(shí)間段的輸沙量特征值 萬m3

表6 不同時(shí)間段的輸沙模數(shù) t/(km2·a)

3 水土保持成效

通過分析水沙特征變化趨勢可知，在1992年一系列水土保持項(xiàng)目實(shí)施后，大凌河流域輸沙量和徑流量，在降雨量變化不大的情況下明顯減少，并且徑流量減少幅度低于輸沙量，表明大凌河流域水土保持項(xiàng)目的減水減沙效益顯著。

近年來，大凌河流域水土流失治理逐漸得到當(dāng)?shù)卣土饔驒C(jī)構(gòu)的高度重視，相繼立項(xiàng)實(shí)施了一大批水土保持工程，逐漸實(shí)現(xiàn)從分散型單項(xiàng)措施治理到以小流域?yàn)閱卧姆诸愋鸵?guī)?；C合整治，從單純的人工治理到與自然修復(fù)有機(jī)結(jié)合的生態(tài)治理，從單一行政手段到法律、行政并重的有效防治，從防護(hù)性到開發(fā)治理性的結(jié)合[3]。遵循強(qiáng)化治理、保護(hù)優(yōu)先、防治結(jié)合的原則，先后實(shí)施了大凌河流域農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)水土保持項(xiàng)目、遼西低山丘陵區(qū)淤地壩試點(diǎn)工程和水土保持重點(diǎn)防護(hù)工程等，有效遏制了人為引起的局部范圍水土流失發(fā)展[4-5]。經(jīng)過長期實(shí)踐，大凌河流域取得了顯著的水土保持成效，入海泥沙量明顯減少，有效改善了流域內(nèi)群眾生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境，為推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水生態(tài)文明建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

盡管大凌河流域取得了顯著的治理成效，但仍未從根本上解決土壤侵蝕問題，主要體現(xiàn)在以下方面：水土保持措施不配套，資金投入不足；水資源保護(hù)與開發(fā)矛盾突出，流域監(jiān)督工作之后；水土保持監(jiān)測不足以支撐水土流失防治工作，監(jiān)測能力較低。根據(jù)流域?qū)嶋H情況和以上研究成果，提出大凌河流域水土保持工作重點(diǎn)：突出以溝養(yǎng)塬、保塬固溝的原則合理配置水保措施，在溝底、溝坡、溝頭、坡面科學(xué)布設(shè)谷坊與溝道淤地壩、溝坡林草、溝頭防護(hù)、水土保持農(nóng)田等措施，加快構(gòu)筑“四道”防線；針對(duì)大凌河干流及其支流不同水土流失程度的實(shí)際情況，除復(fù)興堡、哈巴氣站土壤侵蝕較輕外，其他均應(yīng)作為優(yōu)先治理區(qū)；考慮到當(dāng)前水土流失監(jiān)測投入不足，監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)水土流失預(yù)測、防治、公告的利用率較低，有效實(shí)施監(jiān)測難度大，尚未形成覆蓋全流域的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系等問題，應(yīng)充分利用現(xiàn)有技術(shù)手段加快建立系統(tǒng)完善的監(jiān)測體系，為流域水土保持和環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。