应用水文法分析海城河流域水土保持状况

刘文军，崔 巍

（辽宁省鞍山水文局，辽宁 鞍山 114002）

1 自然概况

海城河系太子河支流，发源于海城市孤山镇瓦子沟响水沟，河道全长90.8 km，流域面积1310 km2，河道比降2.01‰，多年平均地表水资源量2.21亿m3。海城河流域为辽东山地和平原的过渡地带，流域内山区占总流域面积的80%。海城水文站以上流域面积为1000 km2，地势东南高西北低，高程一般在50～600 m之间，为山地丘陵区，遍布坡残积裙和冲洪积扇。流域内中等以上山地面积为46.42 km2；低山面积为369.29 km2；丘陵面积为540.44 km2；高程在20—50 m之间分布的冲洪积扇面积为43.85 km2。各类面积占总面积比例分别为：4.64%，36.93%，54.04%，4.39%。植物属华北区系，但也夹杂着长白山区系。山区原始林木早已被人为破坏，现有多属稀疏半人工的次生林；大部分山地多为灌木层或草本层所覆盖。冲洪积扇区大部分为旱田。历史上，该地区水旱灾害频繁。建国后，特别是20世纪70年代以来大兴水利建设，使灾害明显减少。海城水文站以上有小Ⅰ型水库3座，小Ⅱ型水库4座。最大水库的集水面积38 km2，库容为1134万m3；最小水库集水面积0.4 km2，库容仅为12万m3。这些水库多建在低山上缘，采取秋蓄春放汛期调节洪水等运用方式。同时在山间沟谷上修筑了多处谷坊、塘坝。

2 水文要素特性

2.1 暴雨洪水特性

海城河属太子河流域下游区，季风气候显著，每年7—8月份，受西太平洋副热带高压、华北气旋、台风及高空槽等天气过程的影响，常常出现暴雨和大暴雨天气，如海城站1964年降水量1082 mm，7、8月份降水 647.9 mm，占全年降水的59.9%；降水强度大，降水量集中在几小时或2～3 d，有时连续发生多日降水。

受暴雨影响，海城河经常发生洪水或大洪水。总的河流特性，海城河为山溪性河流，河道坡降陡、河槽调蓄作用小，暴涨暴落，水流湍急。海城河上游河道曲折，河谷狭窄，比降大，流速快；中游析木至海城市内，流速逐渐减缓，穿越城区之后，流速缓慢，比降较小。一般一次天气过程造成的暴雨历时较短且主要集中于1 d时间内，致使较大洪水过程多呈单峰形，一次洪水历时3 d左右，洪峰受暴雨雨型控制。

2.2 降水量年际变化及年内分配

海城河流域由于气候因子多变，致使降水量年际变化及年内分配各异。年降水量最大值发生在1994年为1075.7 mm；年降水量最小值发生在2000年为455.8 mm。6—9月累计最大降水量为1994年907 mm，6—9月累计最小降水量为2000年仅229.8 mm；多年平均6—9月的降水量约占全年降水量的70%～80%。

2.3 径流量的年际变化及年内分配

径流量的年际变化主要受降水支配。降雨量大产生的径流量就大。历年最大径流量为1985年5.426亿m3，历年最小径流量为1993年0.133亿m3。大水年份时，6—9月径流量占全年的90%，小水年份时，6—9月径流量占全年径流量的65%。

2.4 输沙量的年际变化及年内分配

输沙量的年际变化在自然条件下符合大雨、大水—就大沙的一般河川动力学规律。输沙量的年内分配，主要受产沙源、降雨等因素的影响。海城河流域，因雨量多且集中在汛期，所以输沙量7—8两个月占全年的67%～98%；6—9四个月占全年的90%～100%。

3 水文法表达方式

3.1 图表方式

应用长系列水文资料，计算不同时段输沙量平均值，点绘输沙量随时间变化过程水文要素柱状图。表1为海城水文站不同历史阶段水文要素特征值表，图1为海城站历年输沙量柱状图。对表1和图1综合进行比较，可以直观的表达各个阶段水土流失变化状况。海城河上游，由于人类的活动，改变了输沙的原始状态。20世纪50—60年代，由于对水土保持重视不够，乱砍乱伐现象严重，使泥沙大量下泄；到了70年代，治山治水颇见成效，泥沙的下泄量大减；而进入80年代以后，山、水、田、林、路综合治理效果显著，泥沙的下泄量又进一步缩减。

表1 海城水文站不同历史阶段水文要素特征值表

3.2 相关方式

图1 海城站历年输沙量柱状图

应用长系列水文资料，建立历年的年降水量—年输沙量、历年的7—8月降水量—年输沙量、历年的15 mm以上降雨量—年输沙量等相关关系，其直线和曲线相关系数（A）值都比较接近，均在0.70以上。且曲线关系好于直线关系。图2为将15 mm以上年降雨量与年输沙量点绘在双对数格纸上建立的海城流域降水—产沙模型图。

根据分析，不同阶段的降雨量与年输沙量相关关系显示，多年的15 mm以上的降雨量—年输沙量相关关系最好，是一非线性的曲线，在双对数坐标中呈一直线。若以15 mm以上的降雨作为产沙基量进行统计（剔出不产流或产流小不产沙的小雨），可分出明显的3个不同时期的水土流失状况，见图2。

图2 海城流域降水—产沙模型图

图2中下面一条相关线反映1954—1971年之间未治理或边治理边破坏时期；中间一条反映1972—1980年之间初期治理时期；上面一条反映1981—2010年之间综合治理成效显著时期。查曲线的相应数值，1972—1980年是1955—1971年的50%，是1981—2000年的1倍。如果把1954—1971年的相关线定为未治理标准线，按降雨—产沙模型表达式：

QS年=（ APi）x

可得治理前与治理后的曲线适线方程式：

式中：QS年——治理前、治理后年输沙量，104t；Pi——代表15 mm以上产沙降雨量，mm；A——相关系数；X——相关幂指数。

依 式（1），（2）可计算出治理前、后的年输沙量，见表2，根据分析计算可对流域治理方案进行调整。

4 结 论

水土流失状况与流域的降雨、径流密切相关，水文分析法无论从宏观或微观角度，都比较客观、准确的反映了水土流失状况，而且具有规律可循，便于指导水土保持工作。文中的表达方法是否适用于其它流域，有待于进一步探讨。

表2 治理前后输沙量对照表