邢臺縣西部山區水流沙關系分析

趙玉霞

【摘要】邢臺縣西部山區流域內降水過程在時間和空間上的分布不均，是造成水沙關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，進一步揭示水沙關系不確定性的因素，為水土保持治理提供參考依據。

【關鍵詞】產輸沙時空分布特征；水沙關系不確定性；降水時空分布；坡底小流域

1、研究區基本概況

1.1 研究區地理位置與基本概況。坡底小流域實驗站位于邢臺縣西部山區城計頭鄉，東經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‰。流域內設有11個雨量觀測站，雨量站網密度為25.7km2/站。該流域農墾面積較小，農田面積占總面積的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。該區降水量年際變化很大，且常有連續幾年降水量偏多或連續幾年降水量偏少的現象。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，該區各雨量站監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。由于季節的變化，在一年之內輸沙量的分配也極不均勻。在北方地區，受降水影響，有時一次暴雨的輸沙量即為全年的輸沙量。

懸移質輸沙量的年際變化表現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。

該研究區土壤侵蝕量，主要受降水量及降水強度的影響。遇到特大暴雨，流域內一年的土壤侵蝕量比多年平均侵蝕量高出數倍。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CV相差2.6倍，值越大，說明隨機變量相對于均值越離散，頻率曲線的偏離程度也隨之增大。根據輸沙量系列資料統計，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大于徑流量的年際變化。

3、降水時空分布對水沙關系影響分析

暴雨是造成嚴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系分析，流域內沙量的變化，還與降水時空分布的影響有關，而且是造成水沙關系不穩定的重要因素。流域內設有11個雨量觀測站，利用泰森多邊形法計算各雨量站的權重，以便于流域面雨量計算。各雨量站權重。下面通過幾場典型降水過程、流量過程、含沙量過程監測資料，分析降水量時空分布對水沙關系的影響。

3.1 降水強度對流域水沙關系影響分析。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，降水強度較大，流域平均降水量26.4mm，平均降水強度為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度最大的一次。由于該次降水強度大，對土壤侵蝕作用較強，導致輸沙率偏大。降水強度大小，是影響輸沙量的主要因素。

3.2 降水量時空變化對產沙過程影響。1997年7月29日一場降水過程，降水強度在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時流域降水強度為5.0mm/h，而流域最下游的坡底雨量站降水強度達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度為32.1mm/h，如此大的降水強度產生大量的泥沙率先到達監測斷面，使流量過程線漲水段，出現了沙量最大值，該次最大沙量是下游局部產沙造成的。降水量的時空分布不均，導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。由于降水過程中強度的變化，使水沙過程線關系也發生相應的變化。

4、結論

通過對太行山區典型小流域水沙關系分析，流域產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度的情況下，產沙量最大相差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。降水強度是造成土壤侵蝕的原動力，由于降水強度在流域上分布變化，致使監測斷面水沙關系產生較大的不確定性。侵蝕產沙系統是一個極其復雜的非線性系統，要揭示不同尺度下侵蝕產沙過程的變化規律和普遍規律，還需要在理論上的進一步完善和觀測手段的提高。

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