北洛河流域上游地区水沙变化趋势分析

◎王高英 赵红 师奎

北洛河是黄河中游地区的二级支流，水少沙多，泥颗粗，是陕西省第三大产沙区域，也是黄河流域龙门～潼关区间的主要泥沙来源之一。分析北洛河水沙变化趋势对本流域的综合治理和开发，对下游三门峡库区的淤积以及黄河下游的输沙研究都有着重要作用。

北洛河全长680km，流域面积2.69万km2，多年平均年径流量9亿m3,多年平均年输沙量1亿t。刘家河水文站以上流域面积7325km2，占全流域面积的27%，来水量占27%，而来沙量则占78%。本次选择其上游吴旗、志丹和刘家河三个水文站，应用其实测水文资料，主要分析北洛河流域上游地区的水沙变化趋势。

1 流域概况

北洛河发源于陕西省定边县白于山郝庄梁，流经吴旗、志丹、甘泉、富县、洛川、黄陵等县，在大荔县东南汇入渭河。北洛河吴旗以上地区土壤主要是风沙土，植被极差，平均年侵蚀模数为11450t/km2,属于剧烈侵蚀区。刘家河、吴旗、志丹区间地区土壤主要是黄绵土，多年平均侵蚀模数为7000t/km2,属于强度侵蚀区。刘家河以上地区水土流失极为严重，是北洛河流域泥沙的主要来源区。

2 流域水沙变化分析

2.1 流域水沙基本特征及计算时段划分

北洛河流域上游地处干旱半干旱地区，属暖温带气候，多年平均气温7.8℃，降雨量分布不均匀，由北至南略有增加。各站径流模数在3m3/km2～4万m3/km2，各站输沙模数在9500 t/km2～12000 t/km2之间，各站年平均含沙量在280kg/m3～380 kg/m3之间。详见表一。

由表一可以看出，吴旗站控制面积占刘家河站控制面积的46.5%，多年平均径流量占到刘家河站来水量的62.6%，多年平均输沙量占到刘家河站来沙量的55.5%；志丹站控制面积占刘家河站控制面积的10.6%，多年平均径流量占到刘家河站来水量的12.5%，多年平均输沙量占到刘家河站来沙量的13.0%；吴旗、志丹、刘家河区间面积占到刘家河站控制面积的42.9%，区间水量占到刘家河站来水量的24.9%，区间沙量占到刘家河站来沙量的31.5%。以上数据说明北洛河上游地区水沙都主要来自于吴旗以上地区。

据实测资料统计，刘家河站多年平均径流量为2.4亿m3，多年平均输沙量为 0.7 亿 t。

与多年均值比较，径流量有28年小于均值，有14年大于均值，有6年接近均值。小于均值的28年中有24年处于1970年以后，大于均值的14年中有8年处于1970年以后。

与多年均值比较，输沙量有29年小于均值，有13年大于均值，有6年接近均值。小于均值的29年中有24年处于1970年以后，大于均值的13年中有7年处于1970年以后。

若将1970年以前（1959年-1969年）称为前期，1970年以后（1970年-2006年）称为后期，则前期处于丰水丰沙段，后期呈现出丰枯交替的特点，但总体趋势向下。由此可见，北洛河流域上游地区水沙呈减少趋势，且减少年份主要在1970年以后，见图一。

另外，北洛河上游年含沙量达288kg/m3，年流量仅 7.7m3/s，是典型的多沙河流。北洛河上游地区的来沙虽然较多，但主要集中在汛期，非汛期的流量较小、含沙量较低。分析刘家河站1959年至2006年的月平均流量、含沙量、输沙量，结果表明非汛期各月平均含沙量一般在 0.05kg/m3～93.36kg/m3，平均含沙量为16.1kg/m3，而汛期各月平均含沙量很高，一般在 145.8kg/m3～521.1kg/m3，平均含沙量达444.1kg/m3。非汛期月平均流量一般在1.9m3/s～7.53m3/s，而汛期月平均流量较高，一般在6.79m3/s～23.57 m3/s，平均月流量为14.61 m3/s。非汛期月平均输沙量一般在0.05t～109万t，整个非汛期输沙量占年值的2%，汛期月平均输沙量非常大，在300t～3200万t，整个汛期输沙量能占到年值的98%，其中仅7、8月份沙量就占到年值的85%。根据刘家河站实测沙量资料统计，1959年至2006年48年间，年最大含沙量有45次出现在汛期，占93.8%，其中34次出现在7、8月份，占75.6%；日最大输沙率全部出现在汛期，占100%，其中39次出现在7、8月份，占81.2%。由此可见，北洛河上游地区的泥沙主要由汛期，尤其是7、8月间的高含沙洪水输送。

表一 北洛河上游地区多年平均各水文要素统计表

2.2 实测水沙变化分析

2.2.1 时段对比分析

现选定吴旗等水文站自建站至2006年系列实测水文资料，分年代做一统计分析,结果表明雨、水、沙年内分配的特点为：降雨、径流及泥沙年内分配都不均衡，均以汛期为主，主要集中在7月-8月。以刘家河站为例，多年平均汛期雨量占年值的71.2%，7月-8月雨量占年值的44.2%；多年平均汛期水量占年值的63.6%，7月-8月水量占年值的47.8%；多年平均汛期沙量占年值的98.0%，7月-8月沙量占年值的85.0%。

另外，分析表明各个时段雨、水、沙的变化情况为：与前期相比，后几个时段的雨量、水量、沙量的年值、汛期值、7月-8月值均有减少，而且水量减少幅度比雨量大，沙量减少幅度又比水量大。个别时段水量有所增加，是由于该时段存在大水年份。以刘家河站为例，1970年-1979年时段与前期（1959年-1969年）比较，年降雨量、径流量、输沙量、含沙量分别减少了11.0% 、8.7% 、25.6% 、18.7% ；1980 年-1989年时段与前期比较，年降雨量、径流量、输沙量、含沙量分别减少了10.6%、18.9%、52.7%、41.7%；1990 年-1999年时段与前期比较，年降雨量、输沙量、含沙量分别减少了19.4%、14.4%、16.9%，径流量稍有增加，是因为1994年刘家河发生了建站以来的最大洪水，洪峰流量达8030m3/s；2000年-2006年时段与前期比较，年降雨量、径流量、输沙量、含沙量分别减少了 22.2%、34.8%、70.1%、54.2%；1970年-2006年时段与前期比较，年降雨量、径流量、输沙量、含沙量分别减少了15.3%、13.2%、38.3%、28.8%。

2.2.2 累积曲线分析

吴旗地处暴雨多发区，吴旗以上水、沙分别占刘家河站来水、来沙的56%、63%，是北洛河上游地区的主要产水、产沙区。点绘吴旗站年降雨量、年径流量和年输沙量累积曲线，从曲线趋势反映出，年降雨量累积曲线斜率变化不大，年径流量累积曲线斜率略有减缓，年输沙量累积曲线斜率变化较大。年径流量和年输沙量累积曲线在1969年以后明显变缓，说明下垫面对流域水沙有影响。

利用1959年～1969年的累积降雨量与累积径流量或累积输沙量，建立雨量与水量或沙量之间的关系，并以此代入1970年 ～1979年、1980年 ～1989年、1990年～1999年、2000年～2006年各个时段的降雨量，计算出各个时段的水量、沙量，再减去相应时段实测的水量、沙量，即为理论上因下垫面因素改变而变化的水量、沙量。结果显示各时段水量减少幅度在8～50%，沙量减少幅度在20～80%，减少幅度尤以2000年～2006年时段最大，水量减少49.2%，沙量减少76.7%，说明2000年后下垫面条件改变较大。

2.2.3 相似降雨的洪水分析

吴旗以上是北洛河上游地区的主要产水、产沙区，分析吴旗站多年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量、沙量，分析同等强度降雨引发的同级别洪水在不同下垫面情况下水、沙的变化情况，见表二。

由表二可知：1983年与1976年比较，雨量增加15.7%，次洪水量减小6.1%，次洪沙量减小8.4%，水、沙变化幅度接近；2000年与1996年比较，雨量增加14.8%，次洪水量减小21.0%，次洪沙量减小34.0%，沙量变化幅度大于水量变化幅度；2005年与1989年比较，雨量增加10.5%，次洪水量增加4.4%，次洪沙量减小34.5%，沙量变化幅度远大于水量变化幅度。说明1970年代以后，尤其是2000年以后，下垫面条件改变引起的水、沙减少非常明显。

2.3 流域水沙变化的降雨因素分析

一般降雨量越大，汇流的水、沙也越多，但对于以超渗产流为主的黄土丘陵沟壑区，降雨越集中，雨强越大，形成的地表径流就越多，对地表的侵蚀作用也越强烈。

以刘家河水文站为例，1959年～1969年（前期）年降雨量为595.8mm，以后各年代年平均降雨量分别 为 530.2mm、532.9mm、480.3mm、463.5mm，呈现下降趋势。从时段内的年际雨量变化分析，前期变化范围较大，最大年雨量与最小年雨量相差408mm，1970 年代相差 303mm，1980年代相差 254mm，1990年代相差286mm，21世纪初期相差 204mm，说明年际间的雨量变化越来越小。从降雨的年内分配分析，后期对比前期，也有了不同的调整，汛期各月雨量有增有减，6月雨量则增加为多，7月、8月、9月雨量减少为多，其中又以7月、9月减少为主。1970年代较前期变化不大，1980年代7月减少18mm（14%）,8月增加12mm（9.7%）,9月减少42mm（36%），6月增加 18mm（33%）；1990年代降低则比较明显，7月减少30mm（23%）,8月减少10mm（8.1%）,9月减少71mm（61%），6月也减少了2mm（3.7%）；21世纪初期雨量月分配变化最为明显，7月减少34mm（26%）,8月减少30mm（7.7%）,9月减少 35mm（30%），6月增加了11mm（20%）。平均6月增加16%，7月减少21%,8月减少2%,9月减少42%。由于泥沙主要来自于暴雨期，所以7～9月雨量的减少是有利于减水减沙的。6月降雨虽然有了增加，但由于6月雨量本来就较小，雨量增加后也不算大，所以不会构成更大的威胁。

2.4 流域水沙变化的水保因素分析

据《陕西日报》报道：截止目前，吴旗县退耕还林面积237.19万亩，林草覆盖率由19.2%提高到了62.9%，土地的黄色基调已变为绿色，土壤侵蚀模数由1997年的1.53万t/km2下降到0.54万t/km2。

吴旗县境内孙台水库总库容1550万m3，1975年建成投入运行，截至1985年已淤积390万m3，平均年淤积35.5万m3；志丹县境内石沟水库总库容493万m3，1976年建成投入运行，截至2006年已淤积345万m3，平均年淤积8.4万m3。因人类活动改变了下垫面，也是1970年以来水、沙减少的主要原因之一。但另一方面，开荒、修路、开矿建窑以及工程设施的失事等，也形成了局部地区的增水增沙。

3 流域水沙变化综合分析及结论

北洛河上游地区水、沙多年来呈减少趋势，其主要原因有：一是降雨径流减少，二是采取水土保持措施，改变下垫面条件。泥沙流失的主要原因是降雨径流侵蚀作用，降雨和泥沙流失主要集中在6月～9月份，北洛河上游地区6月～9月降雨量占年值的71%，输沙量占年值的98%，泥沙流失往往集中在几场大洪水中。1970年以来，北洛河上游地区径流、泥沙明显变小的原因可能是多种多样的，但都离不开降雨及其下垫面变化的因素。陕西水利