泾河水沙特性及变化分析

孙世雷，王贞珍，季海滨，祝 娇

(1.黄河水利委员会 三门峡库区水文水资源局，河南 三门峡 472000；2.黄河水利委员会 水文局，河南 郑州 450004； 3.黄河水利委员会 河南水文水资源局，河南 郑州 450004)

泾河是渭河的最大支流，发源于宁夏泾源县六盘山东麓，河长455.1 km，流域面积4.542万km2，占渭河流域面积的33.7%。泾河流域地形特点为西北高东南低，北部为贺兰山、鄂尔多斯高原，南为秦岭山脉，西为六盘山脉，东为子午岭山系。流域内地形支离破碎，植被稀少，林草面积仅占10%左右[1]，水土流失严重，水土流失面积占渭河流域水土流失面积的73.1%，为黄土高原严重水土流失区和渭河泥沙主要来源区[2]。近年来，泾河中上游气候变化、用水增多、降水减少等导致泾河水沙特性及洪水特性发生了明显变化，为研究泾河水沙量逐年代的变化情况，分析泾河水沙锐减及水资源短缺的原因，本研究选取泾河干流把口站张家山水文站和主要支流马莲河把口站雨落坪水文站，统计分析两站1932—2015年径流量、输沙量、含沙量及洪水资料，以期能为预防和减少泾河水沙灾害，以及泾河流域综合治理提供数据支撑。

1 泾河水文特征

泾河干流河谷开阔，一般在1 km以上，在平凉至泾川间谷宽2～3 km。泾河径流量主要集中在汛期(7—10月)，汛期径流量、输沙量分别为9.80亿m3、2.144亿t，分别占年径流量、年输沙量的71.2%、90.7%[3]。泾河泥沙主要来源于支流马莲河[4]。马莲河河长374.8 km，是黄河水系输沙量最大的二级支流，由于彬县断泾以上为白垩系红色砂岩及第四系黄土，质地疏松，极易受冲刷，再加上秦汉后大量开垦，因此流域内水土流失非常严重。

张家山站多年平均流量为43.7 m3/s，历年最高水位在422.70～430.70 m之间，最高水位变幅8.0 m，最高水位一般发生在7～8月；历年最大流量在398～9 200 m3/s之间，最大流量变幅8 802 m3/s，最大流量一般也发生在7～8月；历年最大含沙量在481～1 040 kg/m3之间，最大含沙量变幅559 kg/m3，最大含沙量一般发生在6～8月。

雨落坪站多年平均流量为13.6 m3/s，历年最高水位在989.71～999.01 m之间，最高水位变幅9.30 m，最高水位一般发生在7～8月；历年最大流量在145～5 220 m3/s之间，最大流量变幅5 075 m3/s，最大流量一般也发生在7～8月；历年最大含沙量在671～1 050 kg/m3之间，最大含沙量变幅379 kg/m3，最大含沙量一般发生在6～8月[5]。可见，泾河流域张家山站、雨落坪站的水位、流量、含沙量变幅均较大。

2 泾河水沙变化及原因分析

2.1 泾河水沙变化

以张家山站为例，分析泾河水沙在不同时期的变化特征。

(1)径流量。1932—2015年张家山站各年代平均年径流量分别为16.43、17.84、14.36、17.96、12.50、13.29、12.99、7.26亿m3，其中20世纪60年代水量最丰，40年代次之，21世纪初(2000—2015年)水量最枯。从20世纪60年代开始水量变化总体呈下降趋势，相比20世纪60年代，70年代平均年径流量减少了30.4%，80年代减少了26.0%，90年代减少了27.7%，近期减得最多，减少了59.6%，平均年径流量比多年平均值偏小47.3%。

(2)输沙量。张家山站历年平均年输沙量为2.364亿t。在20世纪40年代平均年输沙量最大，为3.343亿t，是历年平均年输沙量的1.41倍，时段内年最大与最小输沙量比值为4.32；20世纪30年代平均年输沙量次之，为3.122亿t，是历年平均年输沙量的1.32倍，时段内年最大与最小输沙量比值为3.75；2000—2015年平均年输沙量最小，为0.998亿t，为历年平均年输沙量的42.2%，时段内年最大与最小输沙量比值为7.61。张家山站在20世纪50、60、70年代输沙量大于均值，80年代小于均值，90年代与均值相当，2000年以后输沙量明显减少，比均值偏小57.8%。结合泾河干流各站监测资料，泾河干流各站在20世纪30至70年代输沙量较大，80年代以后衰减趋势比较明显，2000年以后年输沙量明显小于多年平均值。因此，泾河干流年输沙量变化大体可分为3个阶段，即1932—1950年为特别丰沙期，1951—1979年为相对丰沙期，1980—2015年为枯沙期。

(3)含沙量。张家山站历年平均含沙量为172 kg/m3，历年最大年平均含沙量为415 kg/m3(1933年)，历年最小年平均含沙量为29.5 kg/m3(2011年)，实测最大含沙量为 1 040 kg/m3(1963年9月11日)。张家山站20世纪30、40、50、90年代平均含沙量较大，2000年以后则明显减少。

2.2 泾河水沙变化原因分析

对泾河流域影响水沙特征的气候因子和人类活动因子进行分析发现，人类活动是影响泾河水沙的主要原因。①退耕还林还草。从1999年开始，在四川、陕西、甘肃3省进行试点，试点范围包括泾河主要来水来沙区，从保护和改善生态环境出发，将易造成水土流失的坡耕地有计划、有步骤地停止耕种，按照适地适树的原则，因地制宜开展植树造林，逐步恢复了森林植被，也减少了泾河径流量和输沙量。②水利工程建设。1998年以后国家逐步加大了水利工程投资，在泾河上游建设了多处淤地坝，起到了滞洪、拦泥、淤地、蓄水、建设农田、发展农业生产、减少泥沙的目的。③经济发展。近年来泾河流域地区经济快速发展，对泾河水资源的需求量越来越大，河流开发利用率逐年提高，用水量增加导致河道水资源量减少。因此，近年来泾河径流量和输沙量均大幅减少，径流量减少趋势更为明显，含沙量也有所减小，但相比径流量与输沙量，含沙量减小趋势不明显。

3 泾河洪水特征分析

泾河在历史上曾多次发生较大洪水，在1911、1933、1936、1937、1940、1945、1954、1956、1958、1964、1966、1968、1973、1981、1996、2003年都发生了3 500 m3/s以上的较大洪水。特别是1911年泾河洪峰流量达14 700 m3/s，1933年8月8日实测最大洪峰流量达9 200 m3/s。根据实测资料统计，1911—2015年张家山站共发生3 500 m3/s以上洪水16次(1911年为调查洪水)，均发生在7月上旬至9月上旬，其中7、8、9月分别发生7、7、2次，且洪水基本以支流马莲河来水为主。

以张家山站1932年以后发生的27次2 000 m3/s以上洪水，分析泾河洪水时间变化特征。27次洪水中发生在20世纪30、40、50、60、70年代的分别为4、5、5、3、4次，90年代发生了5次，之后2000—2015年仅发生了1次。同时，泾河张家山站20世纪30—90年代各时段洪峰流量的累计平均值分别为2 679、3 084、2 754、2 337、2 343、1 235、1 994 m3/s，而2000年以后仅为1 153 m3/s。这些数据均说明随着时间推延，尤其是进入21世纪之后，泾河张家山站洪水频次明显减少，且洪峰流量减小的趋势也比较明显。泾河洪水具有暴涨暴落、峰量高、含沙量大、冲刷水深较大的特点，但从20世纪90年代以来泾河洪水特性发生了明显变化，除了洪水次数和洪峰流量减少，还表现在发生时间更加集中、高含沙中小洪水次数增加、河道淤积加重。