彭宇航

（忻州市水文水資源勘測站，山西 忻州 034000）

1 流域概況

偏關(guān)河發(fā)源于朔州市利民鎮(zhèn)利民溝，由偏關(guān)縣老營鎮(zhèn)賈堡村入境，從天峰坪鎮(zhèn)關(guān)河口村直接匯入黃河，河長130 km，控制流域面積2 084 km2，其中在偏關(guān)縣境內(nèi)流域面積為1 095 km2，占全縣總面積的65%，河道縱坡6.3‰。偏關(guān)河流域多年平均年降水量434.8 mm；最大年降水量691.2 mm（1967 年）；最小年降水量為222.1 mm（1965 年）。多年平均河川徑流量1 782 萬m3，折徑流深9.4 mm，多年平均年徑流系數(shù)0.022。偏關(guān)河流域24 h 年暴雨均值55 ～60 mm，單站最大24 h 點暴雨值101.8 mm，發(fā)生于1973 年8 月19 日。根據(jù)偏關(guān)水文站實測資料分析，實測多年（1957—2016 年）平均輸沙量891 萬t，輸沙模數(shù)4 699 t/km2。

2 地形地貌

偏關(guān)縣地處黃河中上游黃土丘陵溝壑區(qū)，境內(nèi)丘陵起伏，溝壑縱橫，切割破碎，地勢東高西低，因長期雨水沖刷，形成了支離破碎的梁、峁、溝、壑復(fù)雜地形。平均海拔為1 377 m，最高處是海拔1 855.2 m的青楊嶺山；最低處位于黃河岸邊的寺溝河畔，海拔875 m。

偏關(guān)縣處于呂梁山余脈西背斜，其構(gòu)造形跡不明顯，但由于受東部呂梁隆起的影響，巖層基本向西傾斜，傾角2°～10°，并在局部地段產(chǎn)生了一系列的撓曲和斷裂。偏關(guān)河流域上游平魯一帶有一背斜構(gòu)造，老營一帶為背斜西翼，其北面地層均傾向西南，偏關(guān)河谷下土寨—高家灣段，成為石灰?guī)r局部地下水匯流、排泄的富水段。

3 流域降水量、徑流量變化

3.1 降水量變化

偏關(guān)河流域內(nèi)共設(shè)雨量站52 處，其中國家基本雨量站16 處，中小河流新建雨量站36 處。平均每站控制流域面積189.6 km2。利用計算機網(wǎng)格法，計算流域平均降水量得出，偏關(guān)河流域1956—2000 年系列多年平均年降水量變化較大，流域內(nèi)各時段年降水量和汛期降水量均呈遞增態(tài)勢。基準期內(nèi)降水量變幅較大，其他各時段降水量極值比的變幅在1.07～3.09 之間。

3.2 徑流量變

20 世紀70 年代，受人類活動的影響偏關(guān)河流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，水土流失嚴重；20 世紀90 年代，隨著流域內(nèi)人口的不斷增長，社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，以及水土保持、生態(tài)建設(shè)理念的不斷增強，國家開始大規(guī)模地開展水土保持綜合治理工程，流域內(nèi)植被得到較好恢復(fù)，偏關(guān)河（偏關(guān)水文站）流域內(nèi)的下墊面發(fā)生了變化，洪水、洪峰量也隨之變化。偏關(guān)縣徑流變化過程見圖1。

通過偏關(guān)水文站數(shù)據(jù)還原的徑流變化過程線可知，偏關(guān)流域天然徑流量呈隨時序明顯下降趨勢。徑流量年際間變化幅度劇烈，1956—1983 年系列年徑流量極值比為6.0，1984—2016 年系列年徑流量極值比為15.5。

4 水土保持對徑流變化的影響分析

4.1 水土保持措施的蓄水?dāng)r沙機理分析

水土保持措施主要包括梯田、淤地壩、治灘造地及林草等措施，這些措施通過改變流域下墊面，影響流域的產(chǎn)流、產(chǎn)沙。

圖1 偏關(guān)縣徑流變化過程線

水平梯田是切斷坡面徑流，增大持水量，減弱土壤侵蝕的主要措施。林草措施削弱了雨滴對土壤的濺蝕作用，林下的枯技落葉層加大了地表糙度，分散水流，降低了徑流速度，使雨水逐漸變成地下水，減少了地表徑流。治灘造地，主要是通過工程措施整治河灘，把洪水季節(jié)中含有大量泥沙的洪水引入到治好的灘面上，排清落淤，變荒灘為良田。河道整治，減輕了洪水對河道的沖刷侵蝕。

4.2 水土保持治理措施面積的確定

通過實地走訪和現(xiàn)場查勘，搜集、整理了偏關(guān)縣1982—2016 年水土保持措施統(tǒng)計資料，調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，偏關(guān)縣自1982 年開始大面積實施水土保持工程，水保措施累積實施情況為水保林64%，梯田21%，封山育林7%，種草4%，灘地4%。其中，梯田和水保林是偏關(guān)縣采取的主要水保措施，水保林占總實施面積的64%，梯田占總實施面積的21%。隨著時間的推移，各項措施面積呈穩(wěn)步遞增的狀態(tài)，典型年水保措施面積詳見圖2。

圖2 典型年水保措施面積圖

4.3 水土保持措施的效益分析

水土保持坡面措施的蓄水效益分析，只針對坡面措施對徑流的影響，暫不考慮對蓄水、減沙量的影響。坡面措施蓄水效益分析，是根據(jù)分析區(qū)域的代表性區(qū)域指標，結(jié)合當(dāng)?shù)卣{(diào)查的實際情況，計算各項措施的蓄水減沙量。

根據(jù)1982—2016 年水保措施面積及河川徑流量統(tǒng)計，在各項水保措施的影響下，偏關(guān)站以上流域的河川徑流量減少，1982 年的減少量為2 206 萬m3、1990 年的減少量為3 924 萬m3、2000 年的減少量為4 964 萬m3、2010 年的減少量為5 436 萬m3。

偏關(guān)站以上流域河川徑流減少量，由1982 的2 206 萬m3逐年遞增，到2016 年因水保措施減少的河川徑流量達5 775 萬m3，比1982 年增加3 569 萬m3，同比增加161.8%。

在各項水保措施中，梯田和水保林減水量最為明顯，其中1982—1998 年間梯田減水量占總減水量的37%；1999—2011 年期間占比最大，占減水總量的57%～61%；2012—2016 年期間的平均占比為48%。隨著水土保持治理措施的不斷實施，各時段的徑流減少量呈不斷增加的趨勢。

4.4 降雨、徑流比較分析

偏關(guān)水文站控制流域面積1 896 km2，其中偏關(guān)縣903 km2、平魯區(qū)827 km2、內(nèi)蒙古自治區(qū)為166 km2。由于本次調(diào)查受地域及其他因素限制，為使流域內(nèi)下墊面變化情況基本一致，將調(diào)查到的偏關(guān)縣下墊面變化情況（水土保持措施面積），用系數(shù)法比擬到未調(diào)查的流域內(nèi)，統(tǒng)一進行計算，得出偏關(guān)水文站上游1982—2016 年逐年水保措施對徑流的影響成果。

根據(jù)統(tǒng)計模型模擬的流域天然徑流量和天然輸沙量表明，自20 世紀80 年代年開始，梯田和水保林減水量最為明顯。統(tǒng)計各項水保措施面積，并結(jié)合模型計算，兩項合計1982—2016 年多年平均減水量占到總減水量的91%，其他各項措施減水量僅占總減水量的9%。

通過對1956—2016 年60 年間偏關(guān)河流域降雨、洪水和徑流等資料的統(tǒng)計，將受水土保持措施影響的徑流量還原到流域天然徑流中，還原成逐年徑流量，結(jié)合降雨量，重新建立降雨、徑流雙累積曲線，得出偏關(guān)站降雨、徑流雙累積曲線圖，詳見圖3。

圖3 偏關(guān)站降雨、徑流雙累積曲線圖

由上圖可知，流域內(nèi)降雨、徑流關(guān)系從1983 年開始出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，表明1983 年以前的流域下墊面相對穩(wěn)定，產(chǎn)流條件無明顯變化，可將1956—1983 年這一時段，作為降雨、徑流關(guān)系的基準期。在將受水土保持措施影響的徑流量還原到流域天然徑流后，1956—2016 年徑流、降水雙累積曲線的相關(guān)性有明顯提升。

比較1983 年前后的降雨、徑流趨勢，兩條曲線存在明顯差異，圖中曲線變化幅度表明，隨著水土保持措施規(guī)模的逐步形成，降低了河川徑流和洪水的形成，同時也攔截了大量的泥沙。

5 結(jié)論

據(jù)調(diào)查，偏關(guān)河流域在70 年代之前受生產(chǎn)力和生活條件的制約，居民過度依賴當(dāng)?shù)刈匀粭l件，致使植被破壞，流域水土流失嚴重。隨著人類活動對自然環(huán)境影響的減少，在環(huán)境的自然恢復(fù)和水土保持措施等人工干預(yù)雙重作用下，水土保持措施規(guī)模逐步形成，流域下墊面條件發(fā)生了良性轉(zhuǎn)化，在防風(fēng)固沙的同時，降低了徑流和洪水。

但是徑流減少不只是有水保措施的影響，它與水保治理、植樹造林、地下水超采、河道采砂等人類活動是密切相關(guān)的，只有減少人類活動對環(huán)境的過度開發(fā)，才能有效將減少的徑流“還原”到流域中去。