涇河水沙特性及變化分析

孫世雷，王貞珍，季海濱，祝 嬌

(1.黃河水利委員會 三門峽庫區(qū)水文水資源局，河南 三門峽 472000；2.黃河水利委員會 水文局，河南 鄭州 450004； 3.黃河水利委員會 河南水文水資源局，河南 鄭州 450004)

涇河是渭河的最大支流，發(fā)源于寧夏涇源縣六盤山東麓，河長455.1 km，流域面積4.542萬km2，占渭河流域面積的33.7%。涇河流域地形特點為西北高東南低，北部為賀蘭山、鄂爾多斯高原，南為秦嶺山脈，西為六盤山脈，東為子午嶺山系。流域內(nèi)地形支離破碎，植被稀少，林草面積僅占10%左右[1]，水土流失嚴重，水土流失面積占渭河流域水土流失面積的73.1%，為黃土高原嚴重水土流失區(qū)和渭河泥沙主要來源區(qū)[2]。近年來，涇河中上游氣候變化、用水增多、降水減少等導(dǎo)致涇河水沙特性及洪水特性發(fā)生了明顯變化，為研究涇河水沙量逐年代的變化情況，分析涇河水沙銳減及水資源短缺的原因，本研究選取涇河干流把口站張家山水文站和主要支流馬蓮河把口站雨落坪水文站，統(tǒng)計分析兩站1932—2015年徑流量、輸沙量、含沙量及洪水資料，以期能為預(yù)防和減少涇河水沙災(zāi)害，以及涇河流域綜合治理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 涇河水文特征

涇河干流河谷開闊，一般在1 km以上，在平?jīng)鲋翛艽ㄩg谷寬2～3 km。涇河徑流量主要集中在汛期(7—10月)，汛期徑流量、輸沙量分別為9.80億m3、2.144億t，分別占年徑流量、年輸沙量的71.2%、90.7%[3]。涇河泥沙主要來源于支流馬蓮河[4]。馬蓮河河長374.8 km，是黃河水系輸沙量最大的二級支流，由于彬縣斷涇以上為白堊系紅色砂巖及第四系黃土，質(zhì)地疏松，極易受沖刷，再加上秦漢后大量開墾，因此流域內(nèi)水土流失非常嚴重。

張家山站多年平均流量為43.7 m3/s，歷年最高水位在422.70～430.70 m之間，最高水位變幅8.0 m，最高水位一般發(fā)生在7～8月；歷年最大流量在398～9 200 m3/s之間，最大流量變幅8 802 m3/s，最大流量一般也發(fā)生在7～8月；歷年最大含沙量在481～1 040 kg/m3之間，最大含沙量變幅559 kg/m3，最大含沙量一般發(fā)生在6～8月。

雨落坪站多年平均流量為13.6 m3/s，歷年最高水位在989.71～999.01 m之間，最高水位變幅9.30 m，最高水位一般發(fā)生在7～8月；歷年最大流量在145～5 220 m3/s之間，最大流量變幅5 075 m3/s，最大流量一般也發(fā)生在7～8月；歷年最大含沙量在671～1 050 kg/m3之間，最大含沙量變幅379 kg/m3，最大含沙量一般發(fā)生在6～8月[5]?？梢?，涇河流域張家山站、雨落坪站的水位、流量、含沙量變幅均較大。

2 涇河水沙變化及原因分析

2.1 涇河水沙變化

以張家山站為例，分析涇河水沙在不同時期的變化特征。

(1)徑流量。1932—2015年張家山站各年代平均年徑流量分別為16.43、17.84、14.36、17.96、12.50、13.29、12.99、7.26億m3，其中20世紀60年代水量最豐，40年代次之，21世紀初(2000—2015年)水量最枯。從20世紀60年代開始水量變化總體呈下降趨勢，相比20世紀60年代，70年代平均年徑流量減少了30.4%，80年代減少了26.0%，90年代減少了27.7%，近期減得最多，減少了59.6%，平均年徑流量比多年平均值偏小47.3%。

(2)輸沙量。張家山站歷年平均年輸沙量為2.364億t。在20世紀40年代平均年輸沙量最大，為3.343億t，是歷年平均年輸沙量的1.41倍，時段內(nèi)年最大與最小輸沙量比值為4.32；20世紀30年代平均年輸沙量次之，為3.122億t，是歷年平均年輸沙量的1.32倍，時段內(nèi)年最大與最小輸沙量比值為3.75；2000—2015年平均年輸沙量最小，為0.998億t，為歷年平均年輸沙量的42.2%，時段內(nèi)年最大與最小輸沙量比值為7.61。張家山站在20世紀50、60、70年代輸沙量大于均值，80年代小于均值，90年代與均值相當，2000年以后輸沙量明顯減少，比均值偏小57.8%。結(jié)合涇河干流各站監(jiān)測資料，涇河干流各站在20世紀30至70年代輸沙量較大，80年代以后衰減趨勢比較明顯，2000年以后年輸沙量明顯小于多年平均值。因此，涇河干流年輸沙量變化大體可分為3個階段，即1932—1950年為特別豐沙期，1951—1979年為相對豐沙期，1980—2015年為枯沙期。

(3)含沙量。張家山站歷年平均含沙量為172 kg/m3，歷年最大年平均含沙量為415 kg/m3(1933年)，歷年最小年平均含沙量為29.5 kg/m3(2011年)，實測最大含沙量為 1 040 kg/m3(1963年9月11日)。張家山站20世紀30、40、50、90年代平均含沙量較大，2000年以后則明顯減少。

2.2 涇河水沙變化原因分析

對涇河流域影響水沙特征的氣候因子和人類活動因子進行分析發(fā)現(xiàn)，人類活動是影響涇河水沙的主要原因。①退耕還林還草。從1999年開始，在四川、陜西、甘肅3省進行試點，試點范圍包括涇河主要來水來沙區(qū)，從保護和改善生態(tài)環(huán)境出發(fā)，將易造成水土流失的坡耕地有計劃、有步驟地停止耕種，按照適地適樹的原則，因地制宜開展植樹造林，逐步恢復(fù)了森林植被，也減少了涇河徑流量和輸沙量。②水利工程建設(shè)。1998年以后國家逐步加大了水利工程投資，在涇河上游建設(shè)了多處淤地壩，起到了滯洪、攔泥、淤地、蓄水、建設(shè)農(nóng)田、發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、減少泥沙的目的。③經(jīng)濟發(fā)展。近年來涇河流域地區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，對涇河水資源的需求量越來越大，河流開發(fā)利用率逐年提高，用水量增加導(dǎo)致河道水資源量減少。因此，近年來涇河徑流量和輸沙量均大幅減少，徑流量減少趨勢更為明顯，含沙量也有所減小，但相比徑流量與輸沙量，含沙量減小趨勢不明顯。

3 涇河洪水特征分析

涇河在歷史上曾多次發(fā)生較大洪水，在1911、1933、1936、1937、1940、1945、1954、1956、1958、1964、1966、1968、1973、1981、1996、2003年都發(fā)生了3 500 m3/s以上的較大洪水。特別是1911年涇河洪峰流量達14 700 m3/s，1933年8月8日實測最大洪峰流量達9 200 m3/s。根據(jù)實測資料統(tǒng)計，1911—2015年張家山站共發(fā)生3 500 m3/s以上洪水16次(1911年為調(diào)查洪水)，均發(fā)生在7月上旬至9月上旬，其中7、8、9月分別發(fā)生7、7、2次，且洪水基本以支流馬蓮河來水為主。

以張家山站1932年以后發(fā)生的27次2 000 m3/s以上洪水，分析涇河洪水時間變化特征。27次洪水中發(fā)生在20世紀30、40、50、60、70年代的分別為4、5、5、3、4次，90年代發(fā)生了5次，之后2000—2015年僅發(fā)生了1次。同時，涇河張家山站20世紀30—90年代各時段洪峰流量的累計平均值分別為2 679、3 084、2 754、2 337、2 343、1 235、1 994 m3/s，而2000年以后僅為1 153 m3/s。這些數(shù)據(jù)均說明隨著時間推延，尤其是進入21世紀之后，涇河張家山站洪水頻次明顯減少，且洪峰流量減小的趨勢也比較明顯。涇河洪水具有暴漲暴落、峰量高、含沙量大、沖刷水深較大的特點，但從20世紀90年代以來涇河洪水特性發(fā)生了明顯變化，除了洪水次數(shù)和洪峰流量減少，還表現(xiàn)在發(fā)生時間更加集中、高含沙中小洪水次數(shù)增加、河道淤積加重。