窟野河流域徑流輸沙特性簡析

由宇軍，宋淑紅，古明興

（陜西省水文水資源勘測局，陜西 西安 710068）

1 流域概況

窟野河為黃河右岸一級支流，全河長242.0 km，流域面積8706 km2，河道比降2.6‰[3]，其中陜西省境內(nèi)河長157.9 km，流域面積4071 km2，為我省境內(nèi)較大流域之一。上游稱烏蘭木倫河，發(fā)源于內(nèi)蒙古伊金霍洛旗蘇布爾嘎鎮(zhèn)阿爾胡德梁村楊家壕四組東南。干流略呈“丫”字型，河流總體流向為自西北向東南，在活雞兔溝入河口進入陜西省境內(nèi)；再向南，在房塔以西稱為烏蘭木倫河。最大支流悖牛川發(fā)源于內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗準(zhǔn)格爾召鎮(zhèn)烏蘭哈達村神山活子，河流自河源向東南至暖水川入河口，向西南至沙家塔進入陜西省神木市。兩河在房塔匯合后稱為窟野河，流至陜西省神木市賀家川鎮(zhèn)沙峁頭村，從右側(cè)匯入黃河。神木市城區(qū)以上河段，河谷寬廣，漫灘及一級階地發(fā)育，河床平緩，河床以砂礫石為主；神木-沙頭上段，河床較平坦曲折，以泥沙質(zhì)為主，巖岸與土岸相間，沿岸平地較多；沙頭上-入黃口，水流深切曲折，岸高谷深。窟野河流域地勢西北高、東南低，地處毛烏素沙地和黃土高原的過渡地帶，由礫質(zhì)丘陵區(qū)、沙質(zhì)丘陵區(qū)和黃土丘陵區(qū)組成。上游為礫質(zhì)丘陵區(qū)，新月形沙丘和沙梁綿延起伏，川道開闊，地勢平緩，植被稀疏，人煙稀少，以畜牧業(yè)為主。中游為沙質(zhì)丘陵區(qū)，位于流域東南部，地表支離破碎，溝壑縱橫，植被極差。土壤侵蝕類型屬于黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)，是黃河流域水土流失最嚴重的區(qū)域。下游為黃土丘陵區(qū)，梁峁起伏，溝壑縱橫。

流域多年平均降水量410 mm左右，多年平均徑流總量為6.31億m3，年平均徑流深72.4 mm，年平均流量24.1 m3/s。窟野河流域水土流失嚴重，河流含沙量大，各測站多年平均含沙量為130～180 kg/m3，溫家川水文站多年平均輸沙量1.333億t，實測最大日含沙量達1700 kg/m3（1958年7月10日），居全省各河之首。

2000年以來，流域內(nèi)徑流輸沙特性發(fā)生了明顯的變化，呈現(xiàn)出“雨多、水少、沙少”的趨勢，近年來尤為明顯。中游控制站神木站2013年年降水量642 mm，為實測系列第三大，與多年均值比較偏豐50%以上，徑流量僅為2.52億m3（60年實測系列中排位41位），與多年均值比較偏枯40%，輸沙量132萬t（60年實測系列中排位54位），與多年均值比較偏少90%。流域河口控制站溫家川站2013年年降水量606.4 mm，為實測系列第五大，與多年均值比較偏豐50%以上，徑流量僅為3.66億m3（60年實測系列中排位42位）與多年均值比較偏枯40%，輸沙量100萬t（60年實測系列中排位53位），與多年均值比較偏少90%以上。本文采用窟野河流域神木水文站、溫家川水文站兩站系列資料及流域內(nèi)下墊面變化資料對本流域徑流輸沙特性變化及其原因進行分析，為流域防汛抗旱、流域治理及水資源開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

2 徑流輸沙特性變化分析

2.1 年降水量變化分析

從點繪的神木、溫家川歷年面平均年降雨量柱狀圖（見圖1、圖2）可以看出年降雨量系列均值整體變化不大。從兩站各年代年降雨量均值比較來看2000年以后年降水量均值略大于全系列均值和1980~1999年均值，略小于上世紀(jì)80年代以前均值（各年代年降雨量均值統(tǒng)計見表1）。從點繪的神木、溫家川歷年面平均年降雨量累積曲線圖（圖3、圖4）可以看出曲線斜率趨勢一致，說明系列資料一致性較好，年降雨影響因素未發(fā)生較大變化。

表1 各時段年降雨量均值統(tǒng)計表

圖1 神木站以上歷年年降雨量（面平均）柱狀圖

圖2 溫家川站以上歷年年降雨量（面平均）柱狀圖

圖3 神木站以上累積年降雨量（面平均）曲線圖

圖4 王道恒塔站以上累積年降雨量（面平均）曲線圖

2.2 年徑流量變化分析

從點繪的神木、溫家川歷年年徑流量柱狀圖（見圖5、圖6）可以看出2000年以后年徑流量明顯偏小。從兩站各年代均值比較來看2000年以后年徑流量均值為全系列均值的40%左右，為1980~1999年均值的40%左右，為上世紀(jì)80年代以前均值的30%（各年代年徑流量均值統(tǒng)計見表2）。從點繪的神木、溫家川年徑流量累積曲線圖（圖7、圖8）可以看出曲線斜率在1997年左右發(fā)生變化，說明在1997年左右本流域產(chǎn)流影響因素發(fā)生了較大變化，年徑流量明顯變小。

表2 各時段年徑流量均值統(tǒng)計表

圖5 神木站年徑流量柱狀圖

圖6 溫家川站年徑流量柱狀圖

圖7 神木站徑流量累積曲線圖

圖8 溫家川站徑流量累積曲線圖

2.3 年輸沙量變化分析

從點繪的神木、溫家川歷年年輸沙量柱狀圖（見圖9、圖10）可以看出1995年以后年輸沙量明顯偏小。從兩站各年代均值比較來看窟野河輸沙量1980年以前最大，1980年以后均值減少為1980年以前的60%左右，2000年以后年輸沙量均值減少幅度明顯變大，為全系列均值的6%~8%左右，為1980~1999年均值的6%~8%左右，為上世紀(jì)80年代以前均值的3%~5%（各年代年輸沙量均值統(tǒng)計見表3）。從點繪的神木、溫家川年輸沙量累積曲線圖（圖11、圖12）可以看出曲線斜率在1995年后明顯變小，說明在1995年后本流域產(chǎn)沙影響因素發(fā)生了較大變化。

表3 各時段年輸沙量均值統(tǒng)計表

圖9 神木站年輸沙量柱狀圖

圖10 溫家川站年輸沙量柱狀圖

圖11 神木站輸沙量累積曲線圖

圖12 溫家川站輸沙量累積曲線圖

2.4 年降雨徑流、輸沙量關(guān)系分析

（1）年降雨徑流量關(guān)系分析

從點繪的神木、溫家川年降雨量年徑流量相關(guān)曲線（見圖13、圖14）可以看出2000年前后點距明顯呈兩個系列帶狀分布，從點繪兩站年降水量徑流量雙累積曲線（見圖15、圖16）可以看出2000年前后曲線系列發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，綜上可以說明窟野河流域年降雨徑流關(guān)系在2000年前后發(fā)生了明顯變化。

圖13 神木站年降雨徑流相關(guān)關(guān)系圖

圖14 溫家川站年降雨徑流相關(guān)關(guān)系圖

圖15 神木站年降雨徑流量雙累積曲線圖

圖16 溫家川站年降雨徑流量雙累積曲線圖

（2）年降雨輸沙量關(guān)系分析

從點繪的神木、溫家川年降雨量輸沙量相關(guān)曲線（見圖17、圖18）可以看出1995年前后點距明顯呈兩個系列帶狀分布，從點繪兩站年降水量輸沙量雙累積曲線（見圖19、圖20）可以看出1995年后后曲線系列發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，綜上可以說明窟野河流域年降雨輸沙關(guān)系在1995年后發(fā)生了明顯變化。

圖17 神木站年降雨輸沙量相關(guān)關(guān)系圖

圖18 溫家川站年降雨輸沙量相關(guān)關(guān)系圖

圖19 神木站年降雨輸沙量雙累積曲線圖

圖20 溫家川站年降雨輸沙量雙累積曲線圖

3 變化原因分析

（1）地面植被增加。上世紀(jì)90年代末，國家推行了退耕還林還草等政策，地方政府也出臺了相應(yīng)的配套政策并投入大量資金，隨著退耕還林項目的實施及社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)種植方式的顯著改變，窟野河流域自然植被得到了良好有效恢復(fù)，植被覆蓋率大幅增加，草地覆蓋率增加36.1%，林地覆蓋率增加110%。截止2008年神木縣林草覆蓋率達到50.8%，窟野河上游內(nèi)蒙境內(nèi)伊金霍洛旗和準(zhǔn)格爾旗林草覆蓋率分別達到86%和70%。上世紀(jì)80年代窟野河神木以上林草覆蓋率為10%左右，神木以下為10%~20%。據(jù)調(diào)查上世紀(jì)80年代初烏蘭木倫河大柳塔地區(qū)幾乎看不到綠色，到處是移動沙丘和荒山禿嶺。植被覆蓋率的提高增加了降雨的蒸散發(fā)、截留及攔蓄水量，又起到了固沙作用，是流域內(nèi)水沙俱減的重要原因之一。

（2）蓄水工程和水土保持工程興建。隨著當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的快速發(fā)展，水資源消耗急劇增加，流域內(nèi)興建或加固了各類蓄水、取水工程。目前，內(nèi)蒙古自治區(qū)境內(nèi)烏蘭木倫河流域已修建中型水庫1座，小(一)型水庫2座,上游骨干壩32處，淤地壩11處。悖牛川已修建匯能電力公司沿河水庫2座，水保骨干壩12處。陜西省境內(nèi)共有水庫5座，分別為常家溝水庫、納林水庫、張三溝水庫、牛定壕水庫和石圪臺水庫。常家溝水庫為中型水庫，其余四座均為小型水庫。從上世紀(jì)70年代至2015年（主要建設(shè)期1998~2005年），窟野河（神木市境內(nèi)）先后建設(shè)加固各類淤地壩1837座，其中骨干壩66座，較大型攔泥壩10座，中小型淤地壩1761座。總庫容25010萬m3，可淤地77950畝。流域內(nèi)神木市城區(qū)建設(shè)橡膠壩7座，大柳塔鎮(zhèn)共用橡膠壩工程4座。上述蓄水工程的興建增加了河槽的蓄水、攔沙量和蒸發(fā)量，也是流域內(nèi)水沙減少的重要原因之一。

（3）煤礦開采。流域內(nèi)分布著為數(shù)眾多的煤礦企業(yè)，煤礦絕大多數(shù)位于山區(qū)，地形復(fù)雜，煤礦開采形成的巷道和采空塌陷區(qū)，嚴重破壞了地表水、地下水賦存的天然狀態(tài)，部分地區(qū)破壞了地下不透水層，使得地表水滲入地下或礦坑，部分露天煤礦開采后形成蓄水池增加了流域的填洼及蒸發(fā)量，是流域內(nèi)水沙減少的原因之一[4]。

（4）河道采砂取土。隨著沿途城市建設(shè)的發(fā)展，窟野河流域河道采砂取土等現(xiàn)象較為突出，河道中規(guī)模不等的坑、洼、坎比比皆是，由于填洼作用導(dǎo)致洪峰、洪量急劇衰減，攜沙能力大幅降低，大部分泥沙淤積在河道中，這也是窟野河流域水沙減少的原因之一[4]。

4 結(jié)論

2000年前后，窟野河流域徑流輸沙特性發(fā)生了顯著變化，同樣量級降雨徑流量、輸沙量顯著減少。2000年以后年徑流量均值為長系列均值的40%左右，年輸沙量均值長系列均值的6%~8%左右，年降雨徑流、輸沙關(guān)系發(fā)生了明顯變化。通過分析，主要有①地面植被增加②蓄水工程和水土保持工程興建③煤礦開采④河道采砂取土等方面的原因。本文通過對流域降水徑流、輸沙關(guān)系變化及其原因進行分析，對本流域開展防汛抗旱、流域綜合治理、水資源開發(fā)利用具有一定參考意義，并對黃河陜北段其它流域產(chǎn)匯流規(guī)律研究具有參考價值。

[1]詹道江、徐向陽、陳元芳著，工程水文學(xué)[M].中國水利水電出版社，2010.

[2]芮孝芳著，水文學(xué)原理[M].中國水利水電出版社，2004.

[3]席雅娟，窟野河流域水沙特性初步分析[J]，地下水，2004.9.

[4]馬永來、高亞軍、王玲、徐建華，窟野河流域?qū)崪y水沙量銳減原因分析[J]，人民黃河，2011.11.

[5]戴明英、陳發(fā)中，窟野河水沙特性變化分析[J]，1999.8.