張 燕

（山西省水文水資源勘測局偏關(guān)水文站，山西 偏關(guān) 036400）

1 流域概況

偏關(guān)河發(fā)源于朔州平魯、內(nèi)蒙清水河縣境內(nèi)，全長128.5km，河床坡度5.5‰，流域面積2040km2，羽狀匯流，流經(jīng)偏關(guān)縣境，自東向西匯入黃河，屬黃河一級支流，是北方典型的季節(jié)性河流。流域范圍內(nèi)地形起伏崎嶇，溝壑縱橫，植被稀疏，絕大部分耕地為旱坡地，僅河谷內(nèi)有少量平地，為典型的黃土高原農(nóng)業(yè)區(qū)（見圖1）。

圖1 偏關(guān)河流域水系簡圖

2 泥沙分析

偏關(guān)河流域，除上游局部區(qū)域有石質(zhì)裸露，整個(gè)流域被厚厚的黃土覆蓋；黃土為沙壤土質(zhì)，細(xì)而疏松，易于沖刷，加上人類活動(dòng)影響，水土流失比較嚴(yán)重。該區(qū)域近年重視水土保持工作，主要措施包括植樹造林，修建水平梯田，建造蓄水?dāng)r沙淤地庫壩等。為分析水土保持、環(huán)境保護(hù)效果，結(jié)合一線水文工作經(jīng)驗(yàn)及偏關(guān)水文站40余年歷史水文資料，重點(diǎn)從泥沙問題入手，分析探究人類活動(dòng)與水土流失的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.1 現(xiàn)象分析

2.1.1 平均降雨量

偏關(guān)水文站控制流域面積1915km2，為總流域面積93.9%；該地區(qū)多年平均年降水量456mm，雨量多集中在六月中旬至八月下旬（見圖2），歷年數(shù)據(jù)顯示關(guān)聯(lián)性好，基本反映了該區(qū)域多年年度降水量的基本情況。

2.1.2 暴雨與輸沙量

暴雨（大暴雨）、暴雨歷時(shí)和產(chǎn)匯流條件，是決定洪水和輸沙量大小的主要因素。分析泥沙問題，應(yīng)該著眼于泥沙是由洪水挾帶運(yùn)送形成的這一客觀現(xiàn)象，重點(diǎn)抓好徑流量與輸沙量的關(guān)聯(lián)分析；總體來說，徑流量大，輸沙量相應(yīng)變大，徑流量小，輸沙量相應(yīng)減少。圖3表明，80年代后，流域徑流量明顯變小，輸沙量也相應(yīng)變小。

2.1.3 徑流量與輸沙量

以水量（自變量）作縱坐標(biāo)、泥沙（因變量）作橫坐標(biāo)，繪制關(guān)聯(lián)關(guān)系圖（見圖4），可明顯看出以下特征：

第一，水量大，泥沙量也大；水量小，泥沙量也小。關(guān)聯(lián)規(guī)律明顯。

第二，形成4條斜率相似的關(guān)系曲線，分別代表4個(gè)歷史年段：1號線為1958—1965年，2號線為1966—1973年，3號線為1974—1988年，4號線為1989—1997年。

第三，泥沙量（輸沙量）隨歷史年段遞增，但增速有快有慢，80年代后出現(xiàn)負(fù)增長。

第四，個(gè)別年度偏離年段曲線較遠(yuǎn)，具有一定的特殊性。經(jīng)歷史數(shù)據(jù)查閱，1963年、1979年偏關(guān)河中下游暴雨洪水，最大洪峰流量分別為1580m3/s和2140 m3/s，流經(jīng)泥沙侵蝕區(qū)域，含沙量大；1967年最大洪峰流量1950m3/s，暴雨發(fā)生在清水河縣和平魯縣的山區(qū)，由于植被覆蓋較好，含沙量相對較小。這3個(gè)年度偏離年段曲線較遠(yuǎn)，情況比較特殊，但歷史水文氣象數(shù)據(jù)能給出合理解釋。

圖2 降水量、降水日數(shù)關(guān)系線

圖3 偏關(guān)站年徑流量/年輸沙量過程線

圖4 偏關(guān)站年徑流量/年輸沙量關(guān)系線

2.1.4 年最大洪峰與年徑流量

總體來看，4個(gè)歷史年段的劃分具有普遍性和代表性，年最大洪峰流量與年徑流量關(guān)系密切，可以說，該區(qū)域的一場大洪水，就基本決定年徑流量的大小，也基本決定了對應(yīng)年度輸沙量的大?。ㄒ妶D5）。

圖5還從另一個(gè)視角反映了降水和徑流量、輸沙量的關(guān)系。暴雨強(qiáng)度越大，歷時(shí)越長，范圍越大，則降水量就越大，洪峰流量也越大；洪峰流量越大，歷時(shí)越長，范圍越大，則地表徑流量也越大，輸沙量也就越大。反之，暴雨降水強(qiáng)度越小，歷時(shí)越短，范圍越小，則降水量就變小，洪峰流量也減??；洪峰流量越小，歷時(shí)越短，范圍越小，則地表徑流量也減小，輸沙量也就越少。

圖5 偏關(guān)站年最大洪峰流量/年徑流量關(guān)系線

1958—1997年近40年間，該流域自記雨量站點(diǎn)太少，無法為今天收集、提供到諸如降水強(qiáng)度、范圍、歷時(shí)等系統(tǒng)性歷史數(shù)據(jù)資料；但從圖5分析比對可以看出，同樣的年最大洪峰流量，80年代以后年份與80年代之前年份相比，對應(yīng)的年徑流量的量級和概率普遍減少，即大數(shù)據(jù)出現(xiàn)少小數(shù)據(jù)出現(xiàn)多。因?yàn)椋^低年最大洪峰流量出現(xiàn)的概率（重現(xiàn)期）多，以圖5中500m3/s洪峰流量級別為例，500m3/s以下的年最大洪峰流量出現(xiàn)年份為28年，占40年份統(tǒng)計(jì)總量的70%；也就是說，年最大洪峰流量相同或相似的數(shù)值，這個(gè)級別及以下出現(xiàn)的機(jī)會(huì)非常多，幾率非常高。由于年最大洪峰流量主要是由暴雨形成，所以可以得出一個(gè)推演結(jié)論：該區(qū)域近40年間，伴隨該級別年最大洪峰流量出現(xiàn)的年份，應(yīng)該存在相同（相似）暴雨，并且暴雨的范圍、過程等水文基本信息相近。

2.1.5 相同（相似）暴雨產(chǎn)、匯流分析

該區(qū)域存在很多相同（相似）暴雨情況，但80年代及后期年徑流量卻明顯比60～70年代少。對于降水量減少，相對于40年時(shí)間段而言變化是微乎其微的，相同（相似）暴雨相對于相同（相似）年最大洪峰流量這一個(gè)因變量，更符合概率統(tǒng)計(jì)客觀實(shí)際。

因?yàn)?，年最大洪峰流量，以及洪峰形成的徑流總量，是由地面產(chǎn)生匯集形成的。雖然相同（相似）暴雨較多，如果80年代及后期暴雨比60～70年代的暴雨歷時(shí)短，降水范圍小，那就不符合常見暴雨相同（相似）的推論。但是，相同（相似）暴雨：包括降水歷時(shí)、范圍，對于40年時(shí)間段和有限的2040km2流域面積而言，確實(shí)普遍存在，符合客觀實(shí)際。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的環(huán)境保護(hù)意識愈加濃厚，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、畜牧養(yǎng)殖、植被恢復(fù)、水土保持工作等更加理性和科學(xué)，人類活動(dòng)的各種有效措施，為改變該流域的產(chǎn)匯流條件提供了基本條件，最終表現(xiàn)為80年代及后期人類活動(dòng)對年最大洪峰流量明顯比60～70年代系統(tǒng)性地減少了。說明圖4、圖5中對4個(gè)歷史年段劃分進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)和泥沙問題分析，是符合實(shí)際情況的。

2.2 數(shù)理分析

經(jīng)計(jì)算得出，1958—1997年近40年間平均年徑流量0.3827億m3，用這個(gè)數(shù)值在圖4中分別查出分年段對應(yīng)的年段年平均輸沙量，繪制表1（對應(yīng)圖4）。

2.2.1 歷史年段年徑流量和年輸沙量

將偏關(guān)河流域內(nèi)3個(gè)自記雨量站（利民、老營、偏關(guān)）1958—1997年近40年降水量資料，及偏關(guān)水文站同期年徑流量和年輸沙量特征值，根據(jù)圖4、圖5歷史年段劃分統(tǒng)計(jì)，繪制表2，可直觀了解降水量、年徑流量、年輸沙量的分年段變化情況。

表1 偏關(guān)河流域年段年平均輸沙量統(tǒng)計(jì)表

表2 偏關(guān)河流域降水量偏關(guān)站年徑流量、年輸沙量統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 年輸沙量比較計(jì)算

從表1可知：1958—1965年8年中，年均輸沙量增長531萬t，年均增長66.4萬t；1966—1973年8年中，年均輸沙量增長620萬t，年均增長77.5萬t；1974—1988年15年中，年均輸沙量增長445萬t，年均增長29.7萬t；1989—1997年9年中，從圖4看出，年段年均輸沙量停留在4號線上不增加，即這9年增量為0。可知，1958—1988年31年中，年均輸沙量的年均增量為51.5萬t。

（1）1974—1988年這15 年，較1958—1973年這16年，輸沙量減少值保守估算：

前16 年均值=（66.4+77.5）÷2=72.0（萬t）

（29.7-72.0）×15=－634.5（萬t），即較前16年減少了634.5萬t。

（2）1989—1997年這9年中年增量為0，如果按照1958—1988年31年中，年均輸沙量的年均增量51.5萬t，估算9年輸沙減少量：

（0-51.5）×9=－463.5（萬t）

（3）以上兩個(gè)歷史年段（1974—1997年）24年間，輸沙量減少保守估算為：

634.5+463.5=1098（萬t）

1098萬t僅為發(fā)生水沙現(xiàn)象的估算值，至于產(chǎn)匯流條件改善帶來的徑流量減少，并由此帶來的輸沙量減少，數(shù)字難以量化，但該數(shù)值一定非?？捎^。

2.2.3 洪峰流量與輸沙量關(guān)聯(lián)分析

表2綜合反映了1958—1997年40年內(nèi)流域分年段年均降水量、年均徑流量和年均輸沙量的情況。1958—1973年徑流量和輸沙量增速明顯加大，特別是1966—1973年8年中，輸沙量增速最快；1974—1997年輸沙量增速下降，其中1989—1997年為零增長（見圖5），期間年最大洪峰流量，對應(yīng)年徑流量全部落在4號線上。

由1989—1997年最常見暴雨形成的系列中，出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多的最大洪峰流量控制在500m3/s左右。同一洪峰流量對應(yīng)的4號線年徑流量數(shù)值遠(yuǎn)低于1號、2號、3號線的年徑流量數(shù)值。在暴雨和最大洪峰流量之間的因果關(guān)系中，最大洪峰流量是因變量，暴雨發(fā)生后產(chǎn)流量減少，匯流量相應(yīng)減少，由于地面產(chǎn)匯流補(bǔ)給不足，洪水歷時(shí)縮短。導(dǎo)致最大洪峰流量系統(tǒng)性地相對減小，徑流量也系統(tǒng)性地減小，最終輸沙量也相應(yīng)地減少。

3 泥沙與水保關(guān)聯(lián)分析

在60～70年代，農(nóng)民砍燒山柴取暖做飯的現(xiàn)象十分普遍，集體牲畜飼草也需要砍割山坡雜草補(bǔ)充。該流域經(jīng)歷這種多年的砍燒山柴，導(dǎo)致植被嚴(yán)重破壞，黃土外露，生態(tài)破壞殆盡。由于缺少生態(tài)保護(hù)意識，同時(shí)因機(jī)械化程度低，水土保持工作力度不夠，這是60～70年代該流域年徑流量和年輸沙量明顯增大且增速很快的主要癥結(jié)。

從70年代后期開始，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度逐步提高，各級政府水土保持工作力度加大，大量修建了水平梯田和蓄水?dāng)r沙庫壩，不適宜耕種的山坡灘涂種植檸條、植樹等，水土保持工程的固沙效果開始逐步顯現(xiàn)。1981年農(nóng)村實(shí)行家庭聯(lián)產(chǎn)承包土地經(jīng)營模式后，老百姓勞動(dòng)積極性熱情高漲，農(nóng)家自產(chǎn)的秸桿富足有余，完全能滿足日常取暖做飯需要；隨著生態(tài)保護(hù)意識的形成，荒山、荒坡、荒溝的天然植被逐步得到恢復(fù)和保護(hù)，山雞野兔成群結(jié)隊(duì)安家落戶，自然生態(tài)開始轉(zhuǎn)向良性發(fā)展。

從近40年偏關(guān)河流域年徑流量和年輸沙量變化趨勢來看，從60～70年代的快速增長，80年代的負(fù)增長，到90年代的0增長，充分說明隨著水土保持工作的持續(xù)開展，流域內(nèi)天然植被的大面積恢復(fù)，流域生態(tài)指標(biāo)開始呈全面向好發(fā)展態(tài)勢。分析偏關(guān)河流域水文資料，可以得出黃河流域水土流失明顯改善，是70年代后期各級政府特別重視水土保持工作和全社會(huì)重視環(huán)境、保護(hù)生態(tài)的結(jié)果。

4 結(jié)語

盡管缺少近年水文氣象的數(shù)據(jù)支撐，但可以推斷偏關(guān)河流域1997年后的泥沙（水土流失）問題，特別是年徑流量、年輸沙量等數(shù)據(jù)一定是在圖4、圖5的4號線的軌跡上，繼續(xù)向更小位置移動(dòng)。隨著國家退耕還林還草政策的深入實(shí)施，隨著水土保持綜合治理持續(xù)推進(jìn)，經(jīng)過人民群眾世代努力，一定會(huì)打贏碧水青山的生態(tài)保衛(wèi)戰(zhàn)。