退耕还林对志丹水文站水沙量影响浅析

赵弋茹

1 流域概况

志丹县位于陕西省西北部,延安市西北部,北洛河上游。地处黄土高原区,地势西北高,东南低,梁峁起伏,沟壑纵横,河谷纵切,水土流失严重。主要河流有北洛河、周河、杏子河等。

志丹水文站位于陕西省志丹县城关镇,地处东经 108°46′,北纬36°49′,设于1960年8月,系黄河流域北洛河水系周河控制站,属省级重要水文站。集水面积774km2,距河口距离31km。测站断面以上共布设雨量站7处,分别是野鸡岔、八岔台、瓦房庄、顺宁、纸坊、黄草湾、志丹。

周河为北洛河左岸一级支流,流域面积 1336km2,河长81.3km,河流比降平缓为3.60‰,河道宽阔,平均宽度达100 m。发源于靖边县周家嘴的饮马坡。上游地形分布有高山、峡谷及荒滩,坡度变化大,流域植被较差,水土流失严重。河流两岸地表为黄绵土、淤沙土、盐碱土等。

区域气候属于中温带半湿润半干旱区,具有明显的大陆性季风气候特征,冬季寒冷干燥,春季干旱多风,夏季旱涝相间,秋季温凉湿润。

志丹水文站多年平均气温为7.8℃,多年平均降水量为485.6mm,多年平均径流量为0.2958亿m3,多年平均输沙量0.0866亿t,实测最大洪峰流量为2610 m3/s(1977年7月6日),实测最大含沙量1200 kg/m3(1976年7月17日)。洪水由暴雨形成,涨落较快,峰型尖瘦,历时较短,中高水时受涨落影响,水位流量关系一般呈绳套线,低水受断面冲淤变化影响严重,一般较散乱。洪峰过程与沙峰过程基本同步或沙峰稍滞后,峰型相似。

2 水文资料选用情况

志丹水文站设立于1960年,集水面积774km2,志丹水文站洪水过程由暴雨形成,因此洪水来势凶猛、峰高量小、含沙量大、历时短,洪水过程与含沙过程同步或稍滞后,峰型相似。

本次分析计算,采用志丹水文站1965年～2008年共44年实测的年最大洪峰流量、年径流总量、年输沙总量、年输沙模数、年降雨量等。

3 分析方法

3.1 实测水沙均值变化分析

从实施退耕还林草1999年开始向后推2年(2年后林草对水沙才有影响)即2001年～2008年(称退耕还林后)实测水沙均值与历年水沙均值进行对比分析。从分析结果可知,退耕还林后,年降水量均值虽然比历年均值下降5.8%,而年均径流量、年均输沙量、年均输沙模数却比历年均值分别下降40.4%,77.0%,76.6%。从总的趋势来看,2001年,2002年,2003年,2006年,2007年的年降水总量都在增加,而径流总量、年输沙总量、年输沙模数都在下降;2004年,2005年,2008年虽然降水总量略有减少,而径流总量、年输沙总量、年输沙模数下降了很多。

分析历年年最大洪峰流量、年最大含沙量及年最大日均输沙率出现的时间,三者同步的只有8次占18.2%,年最大洪峰流量与年最大含沙量同步的只有10次占22.7%;年最大洪峰流量与年最大日均输沙率同步的有35次占79.5%;年最大含沙量与年最大日均输沙率同步的有10次占22.7%。也就是说,年最大洪峰流量时并非是年最大含沙量,年最大含沙量出现日、其日均输沙率并非是年最大值,二者很难同步。年最大洪峰流量与年最大日均输沙率同步几率可达到79.5%。

表1 退耕还林后各年水、沙量与历年均值比较分析表

3.2 历年均值与退耕还林后各年水、沙量比较分析

将退耕还林后各年的年降水总量、年径流总量、年输沙总量、年输沙模数与历年均值进行比较分析(见表1),可以看出:退耕还林后,年降水总量都在增加,而年径流总量、年输沙总量、年输沙模数都在下降。可以得出同样结论:即从总的趋势来看,退耕还林后降水量增加了,而流域来水来沙量却减少了。2004年和2008年虽降水总量有大幅度减少,但来水来沙量及年输沙模数相应的有较大幅度的减少。

3.3 相似降雨的洪水分析

分析志丹站多年最大洪峰流量系列资料,选择其中流量接近,降雨相似年份统计其次洪水总量与次泥沙总量,分析同等强度降雨引发的同级别洪水在不同下垫面条件下水、沙的变化情况,见表2。

表2 志丹水文站相似降雨引发同等洪水时次洪水总量、沙量变化分析

选择洪峰流量在90 m3/s～200 m3/s和400 m3/s～500 m3/s两组进行对比分析。从表2可以看出:第一组,选择的年份是1997年和2006年,其特点是流量在 90 m3/s～200 m3/s之间,均为短历时,单次洪峰,1997年和2006年比较,次降雨量增加27.0%,次水量减少 63.7%,次沙量减少67.9%,雨量增加幅度大于水、沙量减少幅度,沙量减少幅度又大于水量减少幅度;第二组,1995年与2002年比较,雨量增加 10.1%,次水量减少36.1%,次沙量减少54.4%,雨量增加幅度小于水、沙量减少幅度,沙量减少幅度又大于水量减少幅度,2001年以后洪峰流量在100 m3/s～400 m3/s之间的洪水过程共有三次,均属大范围、长历时、强降雨形成的洪峰,因此得出同样结论:退耕还林后场降水量增加了,而场来水来沙量却减少了,且沙量减少幅度远大于水量减少幅度。

4 志丹水文站径流量、输沙量渐少的主要原因

1)国家实施退耕还林草政策以后,志丹县委、县政府及广大人民群众积极响应党的号召,在流域内大量退耕种草种树,使植被得以恢复。

2)在流域内大量修建高标准水平梯田。

3)多方筹集资金,大规模兴建淤地坝,使大量泥沙被拦截。

4)流域内大量青壮年劳力外出打工,耕地面积减少很多,使其植被得以自然恢复。

[1] 中华人民共和国水利部.水文年鉴(1965～1989年)[Z].1989.

[2] 延安水文局志丹水文站水文观测资料(1990～2008年)[Z].2008.