邢臺縣西部山區(qū)水流沙關(guān)系分析

趙玉霞

【摘要】邢臺縣西部山區(qū)流域內(nèi)降水過程在時間和空間上的分布不均，是造成水沙關(guān)系變化幅度大的主要原因。通過對典型小流域水沙變化特性分析，進(jìn)一步揭示水沙關(guān)系不確定性的因素，為水土保持治理提供參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】產(chǎn)輸沙時空分布特征；水沙關(guān)系不確定性；降水時空分布；坡底小流域

1、研究區(qū)基本概況

1.1 研究區(qū)地理位置與基本概況。坡底小流域?qū)嶒炚疚挥谛吓_縣西部山區(qū)城計頭鄉(xiāng)，東經(jīng)114°02′，北緯37°05′。流域面積283km2，河長30.2km，河道直線長度24.4km，河道彎度1.24，流域平均寬度9.37km，河源至河口高程落差900m，河道比降29.8‰。流域內(nèi)設(shè)有11個雨量觀測站，雨量站網(wǎng)密度為25.7km2/站。該流域農(nóng)墾面積較小，農(nóng)田面積占總面積的7.67%。山林面積大，連年綠化封山造林，基本上消滅了荒山，植被覆蓋率為86.3%。土壤主要以黃土黑土為主。流域內(nèi)無大型水利工程，只有幾處塘壩等小型水土保持工程。

1.2 流域降水特性分析。該區(qū)降水量年際變化很大，且常有連續(xù)幾年降水量偏多或連續(xù)幾年降水量偏少的現(xiàn)象。以歷年年降水量最大值與最小值之間的比值K來表示年際變化，該區(qū)各雨量站監(jiān)測的年降雨量資料分析，各站極值比大都在4.0～6.5之間。如路羅雨量站1963年年降水量為1753.1mm，1986年年降水量為281.8mm，相差6.22倍。

2、流域產(chǎn)沙量時空分布特征分析

對于一個特定的流域來講，氣候是輸沙量變化的主要因素。在不同的豐枯年份，年輸沙量顯著不同。由于季節(jié)的變化，在一年之內(nèi)輸沙量的分配也極不均勻。在北方地區(qū)，受降水影響，有時一次暴雨的輸沙量即為全年的輸沙量。

懸移質(zhì)輸沙量的年際變化表現(xiàn)在各年輸沙總量的差異，一般采用頻率計算方法來確定其年際變化特征值。受氣象因素、地形因素和地貌因素的綜合影響，輸沙量年際變化比較大。年際變化大小可以用變差系數(shù)或極值比（最大值與最小值之比）加以衡量。年輸沙量系列的Cv值越大，極值比越大，年輸沙量變化越不均勻。

該研究區(qū)土壤侵蝕量，主要受降水量及降水強(qiáng)度的影響。遇到特大暴雨，流域內(nèi)一年的土壤侵蝕量比多年平均侵蝕量高出數(shù)倍。利用1973～2007年坡底小流域徑流量資料系列分析計算，多年平均徑流量4979萬m3。

通過對坡底小流域河流徑流量與輸沙量年際變化分析，變差系數(shù)CV相差2.6倍，值越大，說明隨機(jī)變量相對于均值越離散，頻率曲線的偏離程度也隨之增大。根據(jù)輸沙量系列資料統(tǒng)計，年土壤侵蝕量最小值與最大值的比為1：11875，徑流量最小值與最大值比值為1：462。河流輸沙量的年際變化遠(yuǎn)大于徑流量的年際變化。

3、降水時空分布對水沙關(guān)系影響分析

暴雨是造成嚴(yán)重水力侵蝕的主要氣候因子，通過對坡底小流域多年水量與沙量關(guān)系分析，流域內(nèi)沙量的變化，還與降水時空分布的影響有關(guān)，而且是造成水沙關(guān)系不穩(wěn)定的重要因素。流域內(nèi)設(shè)有11個雨量觀測站，利用泰森多邊形法計算各雨量站的權(quán)重，以便于流域面雨量計算。各雨量站權(quán)重。下面通過幾場典型降水過程、流量過程、含沙量過程監(jiān)測資料，分析降水量時空分布對水沙關(guān)系的影響。

3.1 降水強(qiáng)度對流域水沙關(guān)系影響分析。2002年7月13日的一次降水過程，該次降水過程在流域上分布均勻，降水歷時短，降水強(qiáng)度較大，流域平均降水量26.4mm，平均降水強(qiáng)度為8.8mm/h，最大1小時降水量23.6mm。通過對該流域27場降水過程分析，該次降水過程是降水強(qiáng)度最大的一次。由于該次降水強(qiáng)度大，對土壤侵蝕作用較強(qiáng)，導(dǎo)致輸沙率偏大。降水強(qiáng)度大小，是影響輸沙量的主要因素。

3.2 降水量時空變化對產(chǎn)沙過程影響。1997年7月29日一場降水過程，降水強(qiáng)度在1個小時以后最大，以后逐漸減小。而降水分布是下游大于上游，29日18～19時流域降水強(qiáng)度為5.0mm/h，而流域最下游的坡底雨量站降水強(qiáng)度達(dá)32.1mm/h。坡底小流域1997年7月29日各雨量站時段降水量。

由降水量過程分析，降水量過程第一時段，流域最下游的坡底雨量站降水強(qiáng)度為32.1mm/h，如此大的降水強(qiáng)度產(chǎn)生大量的泥沙率先到達(dá)監(jiān)測斷面，使流量過程線漲水段，出現(xiàn)了沙量最大值，該次最大沙量是下游局部產(chǎn)沙造成的。降水量的時空分布不均，導(dǎo)致含沙量過程線比流量過程線時間提前，最大含沙量比最大流量時間提前2個小時。由于降水過程中強(qiáng)度的變化，使水沙過程線關(guān)系也發(fā)生相應(yīng)的變化。

4、結(jié)論

通過對太行山區(qū)典型小流域水沙關(guān)系分析，流域產(chǎn)沙量與降水量之間存在較大的不確定性，在相同降水量和降水強(qiáng)度的情況下，產(chǎn)沙量最大相差10倍；最大流量和最大含沙量之間也存在較大的不確定性，最大相差20多倍。通過對該小流域多次降水量、流量、含沙量過程線分析，水沙關(guān)系的這種不確定性，主要是降水量在流域上分布不均，降水在時間和空間上的變化引起的。降水強(qiáng)度是造成土壤侵蝕的原動力，由于降水強(qiáng)度在流域上分布變化，致使監(jiān)測斷面水沙關(guān)系產(chǎn)生較大的不確定性。侵蝕產(chǎn)沙系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，要揭示不同尺度下侵蝕產(chǎn)沙過程的變化規(guī)律和普遍規(guī)律，還需要在理論上的進(jìn)一步完善和觀測手段的提高。

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