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        承德市潮河流域泥沙特性分析

        2022-03-14 08:37:14張伍民
        海河水利 2022年1期
        關(guān)鍵詞:潮河輸沙量承德市

        張伍民

        (河北省承德水文勘測研究中心,河北 承德 600700)

        1 概況

        1.1 自然地理

        潮河流域地處燕山沉降帶北緣,在內(nèi)蒙古高原與燕山地槽的地質(zhì)過渡帶內(nèi),北接內(nèi)蒙古高原壩上,南鄰華北平原,燕山和陰山山脈橫貫流域南北。

        潮河干流發(fā)源于豐寧縣上黃旗哈拉海溝,經(jīng)過豐寧縣城、灤平部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)與潮白河水系的另一條支流安達木河匯合入密云水庫,全長253 km,在承德市境內(nèi)185.8 km,流域面積4 787 km2,占潮河流域總面積的78.4%,河道平均縱坡5.7‰。

        1.2 水文氣象

        流域?qū)俸疁貛蚺瘻貛н^度、半干旱向半濕潤過渡的大陸性季風(fēng)氣候區(qū),具有四季分明、干濕顯著、雨熱同季的特點。多年平均氣溫7.3~10.3 ℃,年日照時數(shù)2 703~2 847 h,無霜期120~153 d,年大風(fēng)日數(shù)由北部高原的120~130 d向南部逐漸遞減至100 d左右,多年平均降雨量470~731 mm,主要集中在主汛期6—9月,降水量約300~650 mm,占全年降水量的64%~89%。5—10月為暴雨洪水多發(fā)季節(jié),并伴有泥石流的發(fā)生。

        流域內(nèi)徑流隨降水量條件而變,多年平均徑流深自北向南逐漸遞增,最大徑流量主要集中在7—8月,占全年總徑流量的70%左右。洪水特性暴漲暴落,洪峰流量大。

        1.3 土壤植被

        流域內(nèi)共有7 個土類,13 個亞類,50 個土屬,近130種土壤。土類中以棕壤和褐土分布最為廣泛,占土壤總面積的80%以上,其次為潮土、草甸土和風(fēng)沙土。風(fēng)沙主要分布在海拔較高的的山地,褐土主要是淋溶褐土和褐土性土,多分布在山麓和坡腳,草甸土主要分布在海拔1 700 m以上的山梁上,風(fēng)沙土分布在河流兩岸的谷地,地形地貌的多樣化導(dǎo)致土層厚度懸殊,瘠薄層僅幾厘米,約占流域總面積的10%。流域內(nèi)為華北針闊葉混交林為主的喬灌草植被帶,可分為4 個植被帶:①山地草甸植被,分布在海拔1 700 m 左右的高原區(qū)和山頂部,覆蓋率80%;②針闊葉混交林、灌木和草本植被帶,自北向南分布在海拔600~1 000 m以上山地;③旱生闊葉林、灌木和草本植被帶,分布在海拔600 m 以下的低山丘陵區(qū);④草甸植被帶,分布在河谷地帶。流域內(nèi)大部分為深山區(qū),植被較好,生長植物有各種樹木和雜草,樹種以10~20 a生松樹幼林為主,陰坡比陽坡植被好。灌木林占流域總面積的30%以上,1990年以前平均植被率為24.9%,截至2020年平均植被率為60.0%以上。

        1.4 水利工程情況

        古北口水文站上游沒有大型水利工程,主要有3個小型水利灌溉工程,即凌營水庫,位于河北省豐寧滿族自治縣石人溝鄉(xiāng)凌營村,總庫容144.0×104m3;曹營水庫,位于河北省灤平縣安純溝門滿族鄉(xiāng)曹營子村,總庫容127.0×104m3;龍?zhí)稄R水庫,位于河北省灤平縣五道營子滿族鄉(xiāng)石坡子村,總庫容286.0×104m3。其余多為小型塘壩。

        1.5 水土流失狀況

        根據(jù)1989 年全國第一次土壤侵蝕遙感普查成果,并結(jié)合實地調(diào)查,流域內(nèi)原有水土流失面積1 496 km2,占總面積的68.6%,其中輕度侵蝕面積1 470 km2、中度侵蝕面積16.32 km2、強度侵蝕面積10 km2;年均侵蝕總量1 418 萬t,截至2009 年底水土流失面積達3 302 km2。流域內(nèi)保存的水土保持措施面積894 km2,占原有水土流失面積的21.3%,其中造林734 km2、種草0.5 km2、修筑梯田46.5 km2、修建溝壩地40.0 km2和興建谷坊9 035道、淤地壩11座、溝頭防護工程106.5 km。

        1.6 生態(tài)建設(shè)

        (1)深化山水林田湖草系統(tǒng)治理,強力實施退耕還林、退耕還草、退耕還漁、水田改旱田、京津風(fēng)沙源治理等生態(tài)修復(fù)工程,森林覆蓋率由1990 年的24.9%提高到60.0%。

        (2)推行水土保持小流域綜合治理,實施豐寧滿族自治縣縣城大閣鎮(zhèn)周邊、胡麻營鎮(zhèn)、黑山嘴、灤平縣三岔口等水土保持工程。

        (3)2019年5月,國務(wù)院正式批復(fù)同意承德市以城市群水源涵養(yǎng)功能區(qū)可持續(xù)發(fā)展為主題,建設(shè)國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)。2 a來,承德圍繞解決“水源涵養(yǎng)功能不穩(wěn)固”的問題,大力實施水源涵養(yǎng)能力提升、精準(zhǔn)扶貧脫貧、綠色產(chǎn)業(yè)培育和創(chuàng)新能力提升“四大行動”,堅持用可持續(xù)發(fā)展理念統(tǒng)籌推進整個區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和人民群眾物質(zhì)文化生活水平提高,創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)已從開局起步轉(zhuǎn)入全面鋪開、縱深推進的新階段。

        2 泥沙特性分析

        選取大閣水文站、古北口水文站建站以來水流沙資料,對潮河的泥沙特性進行分析。

        大閣水文站位于潮河中上游豐寧縣境內(nèi),集水面積1 850 km2。該站以上潮河測區(qū)形狀呈三角形,支流發(fā)育較好,斷面以上有兩大支流和數(shù)條小旱溝布滿全流域,河網(wǎng)密度約為0.162 km/km2,流域形狀系數(shù)為0.601。潮河主河道長55.5 km,河道縱坡12.5‰,流域平均寬度33.3 km。該站位于潮河上游,多年平均降水量480.8 mm,多年平均徑流量0.900 6×108m3,多年平均輸沙量76.0×104t。

        古北口水文站位于承德市與北京市交界處,為承德市潮河出境控制站,集水面積4 701 km2。該站以上潮河測區(qū)形狀近似長方形,除主流以外共有較大支流16 條,河長在20 km 以上者9 條,其余都為10~20 km,河網(wǎng)密度約為0.12 km/km2,流域形狀系數(shù)為0.161。潮河主河道長185.5 km,流域平均寬度25.3 km。該站位于潮河中游,建站以來多年平均降水量514.5 mm,多年平均徑流量0.887 5×108m3,多年平均輸沙量183×104t。潮河古北口水文站以上流域及水文站網(wǎng)分布,如圖1 所示。

        圖1 潮河古北口水文站以上流域及水文站網(wǎng)分布

        筆者分析了大閣水文站及古北口水文站的年輸沙量、侵蝕模數(shù)特性,并繪制了古北口水文站年輸沙量、年徑流量變化曲線如圖2 所示,大閣水文站、古北口水文站侵蝕模數(shù)對照情況如圖3所示。

        圖2 潮河古北口水文站年輸沙量、年徑流量多年變化過程

        圖3 潮河古北口水文站、大閣水文站侵蝕模數(shù)對照

        由圖2—3 可知,大閣水文站最大年輸沙量為1 030×104t(1961年),最大侵蝕模數(shù)為5 568×104t/km2(1961年),最大年徑流量為3.407 0×108m3(1959年);最小年輸沙量為4.16×104t(2002年),最小侵蝕模數(shù)為22.5×104t/km2(2009年),最小年徑流量為0.273 8×108m3(1959 年)。古北口水文站最大年輸沙量為659×104t(1974年),最大侵蝕模數(shù)為1 540×104t/km2(1974 年),最大年徑流量為9.065 0×108m3(1959年);最小年輸沙量為0.273×104t(2009 年),最小侵蝕模數(shù)為0.581×104t/km2(2009年),最小年徑流量為0.5045×108m3(2009年)。

        3 結(jié)論

        通過以上分析,得到如下結(jié)論。

        (1)流域內(nèi)水土流失類型主要為水力侵蝕。泥沙伴隨暴雨洪水產(chǎn)生,平水期和枯水期泥沙很小,甚至為0,而隨著洪水的產(chǎn)生逐漸增大。

        (2)輸沙量年內(nèi)變化較大。輸沙量主要集中在汛期即6—9 月,尤其是7 月下旬—8 月上旬占到全年輸沙量的90%以上。

        (3)輸沙量與洪峰、年徑流量同步。最大輸沙量與最大洪峰流量一一對應(yīng),單次洪峰流量大,伴隨輸沙量也隨之增大,年輸沙量隨著年徑流量的增大而增大,隨著年徑流量的減小而減小。

        (4)年輸沙量呈逐年減少趨勢,年侵蝕模數(shù)也相應(yīng)地逐年減小。隨著國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)、承德市水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)總體規(guī)劃、21 世紀(jì)初期(2001—2005 年)首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃、河北省承德市潮白河流域生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、河北省四荒治理開發(fā)總體規(guī)劃等項目的逐步實施落實,潮河年輸沙量從20 世紀(jì)50 年代初期至90 年代末期的(14.3~641)×104t 下降到2000—2020 年的(0.273~102)×104t。流域內(nèi)由上至下也逐年減少。20 世紀(jì)90 年代中期至2009 年,流域持續(xù)干旱,造成洪水減少,也是導(dǎo)致年輸沙量減少的主要原因。與此同時,年侵蝕模數(shù)相應(yīng)地也呈逐年減小趨勢。

        (5)流域侵蝕由上游至下游逐步遞減。大閣水文站以上的中上游壩上地區(qū)植被稀少,水土保持能力較低,加之中上游坡降大,侵蝕嚴(yán)重,而下游植被較好,地勢逐漸變得平坦,導(dǎo)致侵蝕模數(shù)明顯高于古北口水文站。

        潮河流域作為首都北京的水源地涵養(yǎng)區(qū),隨著生態(tài)發(fā)展理念的普及和京津冀一體化快速發(fā)展,其生態(tài)、經(jīng)濟、人文地位越來越受到黨和國家以及各級人民政府和當(dāng)?shù)厝嗣竦闹匾???茖W(xué)規(guī)劃流域城鎮(zhèn)綠化、潮河沿岸水源涵養(yǎng)林帶、壩上防風(fēng)固沙林帶等生態(tài)治理,大力實施生態(tài)修復(fù)工程,不僅可以涵養(yǎng)潮河水源、降低流域水土流失、優(yōu)化水質(zhì)、極大提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和水源涵養(yǎng)能力,而且可以提高當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟效益、社會效益,同時為首都功能區(qū)提供有力的水資源保障。

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