黄河流域粗泥沙集中来源区径流及输沙特征分析

第22卷 第10期干 旱 区 资 源 与 环 境Vo.l22 No.10 2008年10月Journal ofA rid Land Resources and Env ironm ent O c.t2008

文章编号:1003-7578(2008)010-060-06

黄河流域粗泥沙集中来源区径流及输沙特征分析*

汪丽娜1,2,穆兴民3,4,张晓萍3,4,王炜3,4

(1.中山大学水资源与环境研究中心,广州510275;2.广东省近岸海洋工程重点实验室,广州510275;

3.中国科学院教育部水土保持研究所,杨陵712100;

4.西北农林科技大学,杨陵712100)

提 要:本研究以黄土高原粗泥沙集中来源区面积最大且连续的区域(即北起皇甫川流

域南至佳芦河流域地区)为研究对象,以1960~1999年为研究时段,分析了该区内水沙变化特

征。结果表明:降水变化的作用和人类活动的影响已交叉融合在一起,使得该区降雨量、径流

量、输沙量呈现减少的趋势。在同一时段内,皇甫川流域的降雨损失量最大,而秃尾河流域的

降雨损失量最小。40年间皇甫川和佳芦河流域的洪峰和沙峰出现的月份基本上吻合,而孤山

川、窟野河和秃尾河流域的输沙量最大的月份同时或滞后于径流量最大的月份。孤山川流域

的水沙异源,长时段序列又进一步掩盖了其水沙关系,使得该流域的水沙关系较差,其余4条

流域的水沙关系较好,且呈正相关增长趋势。

关键词:径流;输沙;粗泥沙集中来源区;黄土高原

中图分类号:P332 文献标识码:A

黄土高原粗泥沙集中来源区是黄土高原水土流失最严重的地区,也是生态系统最为脆弱的地区。对粗泥沙集中来源区的集中治理是减少入黄粗泥沙、减轻下游河道泥沙淤积危害的关键,是水土流失治理的重中之重,是"维持黄河健康生命"中实现"河床不抬高"的重要措施之一[1]。从上世纪70年代黄河流域水土保持工作的展开以来,黄河流域水沙特性发生了明显的变化,而黄土高原粗泥沙集中来源区的水沙情况直接影响到黄土高原及黄河下游的水沙,为了有效的减少库区及下游河道的淤积,应在水土流失区的源头 黄土高原做文章,尤其是在中游的粗泥沙集中来源区,并有效拦截其粗颗粒泥沙[1]。

近年来,以黄土高原粗泥沙集中来源区内的流域为主题,分析径流和输沙相关的研究已做了较多的工作。郝建中[2]以秃尾河、窟野河和孤山川为研究对象,根据三条流域降雨时空分布极不均匀及产流输沙多集中在汛期的特点,将流域划分为若干单元,以各单元面积内的时段最大降雨、雨强、地貌参数为影响产流、输沙综合指标,建立产流输沙模型。甘枝茂,江兴亮[3]分析了秃尾河、窟野河和孤山川流域的土壤侵蚀类新区并得出各流域泥沙的来源。薛耀文[4],戴明英[5]均以窟野河流域为研究对象分析该流域的水沙变化,结果表明窟野河流域水沙量总趋势在逐年减少,并且影响其减少趋势的主要原因是降水量的减少。王向东[6]从泥沙动力学的基本理论出发,建立模型对皇甫川流域1970年至1989年次暴雨产流产沙进行计算,分析皇甫川流域水沙变化的特征。王庆国[7]对孤山川流域的水土保持蓄水拦沙效益评价模型进行了总结。高亚军[8]以通过分析秃尾河流域的水沙变化,得出该流域与70年代相比,水沙关系发生明显变化。赵力毅[9]等人在前人研究的基础上分析总结了粗泥沙集中来源区的暴雨洪水规律。先前的研究显示出,采用了不同的统计方法研究各条流域的水沙变化,这些研究工作表明:在研究区内径流量和输沙量存在减少的趋势。先前的研究工作明显存在一些不足。首先,鲜有报道以黄土高原粗泥沙集中来源区为研究对象;其次,很少有研究分析粗泥沙集中来源区的水沙之间的关系。因此,本研究以此为研究背景,以黄河中游粗泥沙集中来源区为研究对象,系统地分析了该区的水沙变化特征,以及水沙之间相互的变化特

*收稿日期:2007-12-24。

基金项目:国家"973"项目(2007CB407203)、中国科学院"西部之光"和中国科学院西部行动项目(KZCX2-XB2-05-03)资助。

作者简介:汪丽娜(1981-),女,江西景德镇人,博士研究生,从事水资源与环境变异方向研究。

责任作者:穆兴民(1961-),男,陕西华阴人,生态水文学博士,研究员,博导,从事生态水文学研究。

性。为粗泥沙集中来源区的治理工作和水土保持工作的展开提供了相应的理论依据

。

图1 黄土高原粗泥沙集中来源区范围图

F i g .1the area scope chart of Coarse Sand Sou rce R eg i ons i n L oess P lateau 1 研究区概况

粗泥沙集中来源区(1.88万km 2

)是指泥沙粒径d 0.

10mm,粗泥沙输沙模数 1400t/(km 2

a)的区域,黄河中游粗泥沙集中来源区面积仅占黄河上中游地区面积的 2.69%。该区域属于温带大陆性季风气候,春季干旱多风,夏季干燥炎热,秋季凉爽短促,冬季寒冷漫长。年平均气温在6~14 之间,年降水量310~580mm 之间,年降水量的60%~70%集中在雨季,且主要以暴雨形式出现。粗泥沙集中来源区主要位于丘陵沟壑区,其侵蚀景观表现为丘陵起伏、千沟万壑的侵蚀地貌;植被稀疏、切剖破碎、光秃裸露的地面;大面积失去植被保护的深厚的黄土或易风化侵蚀的泥质沙岩地层;大面积肥力瘠薄、生产力低下、水土流失严重的陡坡耕地。总体景观构成水土资源衰减,能量、物质循环失调,旱、涝灾害加剧的退化生态系统。粗泥沙集中来源区在黄河中游呈一品字形分布,涉及三大片,最大的一片在皇甫川至佳芦河区间,第二片在无定河的芦河、大理河,延河和清涧河上游一带,第三片在无定河下游(图1)[1]

。

本研究的研究区域为黄土高原粗泥沙集中来源区"品"字形

内,面积最大且连续的部分,在图1中面积逾1000km 2

的主要水系有:1、皇甫川,2、孤山川,3、窟野河,4、秃尾河和5、佳芦河流域。本研究以1960-1999年为研究时段,以黄土高原粗泥沙集中来源区(1.88万k m 2)内最大的一片区间,皇甫川至佳芦河区间为研究对象,分析粗泥沙集中来源区的水沙时空变化特性。

2 粗泥沙集中来源区水沙变化特征

2.1 水沙时间变化特征

上世纪80年代以来粗泥沙集中来源区内降雨量、径流量、输沙量大量减少,由表1得:在粗泥沙集中来源区内各流域从1960-1999年,不同年代间的降雨、径流和输沙均依时序呈现减小的趋势,与黄河中游

其他支流一致[10]

。水沙的变化不仅与降水有关,也受人类活动的影响,而且水沙量的减少主要集中在汛期(6~9月),造成水沙年际变化量加大。在粗泥沙集中来源区内,汛期径流过程的调整,反映了降雨过程分配的变化,而非汛期降水量的减少则主要是受人类活动的影响。降水变化的作用和人类活动的影响已交叉融合在一起,使得粗泥沙集中来源区的降雨量、径流量、输沙量的减少,它反映了人类活动对水沙调节后的某种补给、滞后和调剂的共同作用。

表1 粗泥沙集中来源区降水、径流和输沙的变化

T ab .1T he change of prec i pita ti on ,runo ff and sed i m ent in coa rse sand source reg i ons

项 目皇甫川

孤山川窟野河秃尾河佳芦河降水径流输沙降水径流输沙降水径流输沙降水径流输沙降水径流输沙1960-1969434 1.720.504501.010.254277.36 1.18437 4.320.264830.970.26均1970-1979423 1.750.624330.980.304097.28 1.40395 3.820.234060.700.18值

1980-1989369 1.270.433860.550.133855.210.67354 3.020.103820.460.051990-19993080.900.254050.520.113954.480.65399 2.860.133780.400.071960-1969333 1.230.483410.700.253234.08 1.16328 1.730.243660.550.23汛1970-1979343 1.500.623380.750.303244.32 1.38306 1.490.223130.390.18期1980-1989283 1.050.423010.410.132972.890.65266 1.080.092810.200.041990-19992240.780.253070.420.112952.570.63278 1.050.122640.230.07非1960-19691000.490.021090.310.001043.280.02109 2.600.021170.420.03汛1970-1979800.250.00950.230.00852.960.0289 2.340.02930.320.00期

1980-1989860.220.01850.140.00882.320.0288 1.940.011010.260.001990-1999

84

0.12

0.00

98

0.10

0.00

100

1.91

0.02

111

1.81

0.01

114

0.18

0.00

注:降水:mm;径流:108m 3;输沙:108t

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