摘 要：為了探究黃河寧夏段干流水沙的年/月動(dòng)態(tài)變化特征，為區(qū)域水沙資源合理利用提供數(shù)據(jù)支撐，利用2009—2019年《黃河泥沙公報(bào)》（寧夏石嘴山水文站）和《寧夏水資源公報(bào)》數(shù)據(jù)，研究了干流水沙的年/月動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，分析了徑流量、輸沙量、降水量的相互關(guān)系。結(jié)果表明，11年間黃河寧夏段年徑流量和年輸沙量分別增加了139%和86%，但年均泥沙含量降低了22%，年徑流量和年輸沙量峰值分別出現(xiàn)在2019年和2018年；月徑流量和月輸沙量分別集中在5—10月（57.0%～73.9%）和7—10月（51.5%～83.5%），但水沙量峰值并不完全同步；年徑流量與年輸沙量、年輸沙量與年均含沙量、月徑流量與月輸沙量，月均降水量與月均徑流量、月均輸沙量均呈極顯著正相關(guān)；黃河寧夏段輸沙量與徑流量密切相關(guān)，從而影響泥沙含量；區(qū)域降水是影響水沙量的重要因素，且強(qiáng)降水對(duì)來(lái)年水沙量有明顯的延遲效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：黃河寧夏段； 徑流量； 輸沙量； 泥沙含量； 降水量

中圖分類(lèi)號(hào)：P332" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1002-204X（2023）03-0042-06

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.03.010

Fluctuation Characteristics of Runoff and Sediment

in the Trunk River in Ningxia Section of Yellow River from 2009 to 2019

Zhao Ying， Liu Xiaotong， Luo Jianhang， Ke Ying， Zhang Xuejun

（Institute of Agricultural Resources and Environment， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract In order to figure out the dynamic characteristics of runoff and sediment in yearly/monthly fluctuation in the Ningxia section of Yellow River， and provide data propose for suitable utilization of water and sediment resources in the region. The dynamics of runoff and sediment in yearly/monthly fluctuation were studied based on the data from Yellow River sediment bulletin （Shi Zuishan hydrological station in Ningxia） and Ningxia water resources bulletin， and analyzed the correlations between runoff， sediment load， and precipitation. The yearly runoff and sediment load were increased by 139% and 86% in the past 11 years in the Ningxia section of Yellow River， respectively; however， the yearly sediment content was decreased by 22%， the peak values of runoff and sediment load was in 2019 and 2018， respectively. Monthly runoff and sediment load were mainly concentrated ranged from May to October （account for 57.0%～73.9%） and July to October （account for 51.5%～83.5%）， respectively; but the peak of runoff and sediment was not exactly synchronized. There were extremely significant positive correlations between yearly runoff and sediment load， yearly sediment load and sediment content， monthly runoff and sediment load， monthly precipitation and runoff and sediment load. The sediment load is significant correlation to runoff in the Ningxia section of Yellow River， and then that influence on sediment content. Regional precipitation is the important factor for runoff and sediment， and it has significant delayed effect by heavy precipitation for runoff and sediment in the next year.

Key words Ningxia section of Yellow River; Runoff; Sediment load; Sediment content; Precipitation

黃河是中華民族的母親河，也是一條馳名中外的多泥沙河流[1]，其入海年輸沙量的多年平均值達(dá)10×108 t，占我國(guó)大陸境內(nèi)入海河流輸沙量的46%[2]。黃河泥沙不僅對(duì)流域水體的水質(zhì)和河道流量有著重要影響[3-4]，對(duì)引黃灌溉農(nóng)田土壤培肥和土壤理化性質(zhì)的改善也有重要作用[5-6]。黃河泥沙主要來(lái)源于黃土高原第四紀(jì)沉積物，占全河沙量的90%以上[7]。2019年我國(guó)將“加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，推動(dòng)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展”確定為國(guó)家戰(zhàn)略[8]。黃河上游寧夏段引黃灌區(qū)自古就有發(fā)達(dá)且完善的灌溉體系[9]，2019年寧夏引（揚(yáng)）黃河水量達(dá)59.742億m3[10]。20世紀(jì)80年代，寧夏引黃灌區(qū)小麥每年灌溉泥沙落淤量為10.3 t/hm2，水稻每年灌溉泥沙落淤量高達(dá)155.4 t/hm2，在長(zhǎng)期灌水落淤和人為耕作施肥的交疊作用下逐漸形成一種典型土壤類(lèi)型——灌淤土[11]。但近年來(lái)，黃河干流水沙關(guān)系發(fā)生了較大變化，黃河泥沙減少與人類(lèi)活動(dòng)、降水變化密切相關(guān)[12-15]。寧夏全區(qū)水土流失面積由3.98萬(wàn)km2減少到1.61萬(wàn)km2，年入黃泥沙量也從1億多t減少到2 000多萬(wàn)t[16]。黃河寧蒙河段的泥沙直接入黃及支流泥沙入黃，增加了黃河泥沙加入量[17]。

隨著國(guó)家林業(yè)和草原局《新一輪退耕還林還草總體方案》（發(fā)改西部〔2014〕1772號(hào)）的實(shí)施，加快了黃土高原水土流失的治理進(jìn)程，也進(jìn)一步減少了黃河寧夏段的泥沙輸入量。掌握黃河寧夏段干流水沙動(dòng)態(tài)變化特征，不僅能表征該流域上游水土流失治理情況，而且對(duì)黃河寧夏段區(qū)域合理利用水沙資源和評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要意義。因此，課題組利用2009—2019年《黃河泥沙公報(bào)》和《寧夏水資源公報(bào)》數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析不同年度及各年度不同月份水沙的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，分析黃河寧夏段水沙量、降水量的相互關(guān)系，為黃河寧夏段干流水沙調(diào)控和資源高效利用提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

黃河流域?qū)幭亩谓橛邳S河上游下河沿至石嘴山水文站之間，黃河寧夏段全長(zhǎng)397 km，占黃河總長(zhǎng)的7.3%，控制流域面積30.91萬(wàn)km2。寧夏段引黃灌區(qū)地處西北內(nèi)陸中溫帶干旱區(qū)，氣候特點(diǎn)是雨雪稀少、氣候干燥、日照充足、溫差較大、熱量豐富、無(wú)霜期較長(zhǎng)、風(fēng)大沙多等。2009—2019年黃河寧夏段降水量在150～265 mm，且降水年內(nèi)分配不均，6—10月多年平均降水量占全年降水總量的77.6%。黃河寧夏段年均降水量及多年月均降水量如圖1、圖2所示

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)資料來(lái)源

黃河寧夏段年、月均降水量數(shù)據(jù)來(lái)源于2009—2019年《寧夏水資源公報(bào)》（寧夏回族自治區(qū)水利廳）。年/月徑流量、年/月輸沙量、年均含沙量來(lái)源于2009—2019年《黃河泥沙公報(bào)》（水利部黃河水利委員會(huì)）中寧夏段石嘴山水文站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2.2 研究方法及統(tǒng)計(jì)分析

利用2009—2019年《黃河泥沙公報(bào)》和《寧夏水資源公報(bào)》數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析不同年度及各年度不同月份水沙的動(dòng)態(tài)變化，解析黃河寧夏段水沙變化動(dòng)態(tài)和變化特征。擬合了年徑流量與年輸沙量、年均含沙量，月徑流量與月輸沙量，多年月均降水量與月均徑流量、月均輸沙量的相互關(guān)系。

采用Excel 2007和DPS 15.10軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃河寧夏段水沙年動(dòng)態(tài)變化

由圖3～圖5可以看出，2009—2019年黃河寧夏段年徑流量、年輸沙量和年均泥沙含量分別在179.0×108～428.2×108 m3、0.239×108～1.38×108 t、1.32～3.43 kg·m-3之間波動(dòng)，11年間的年徑流量增加139%，年輸沙量增加86%，年均泥沙含量降低22%。年徑流量和年輸沙量的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)基本一致，峰值分別在2019年和2018年。水沙量變化大致分3個(gè)階段：2009—2012年整體呈增加趨勢(shì)，2012—2016年呈降低趨勢(shì)，2016—2019年呈整體增加趨勢(shì)。2012、2018年黃河寧夏段降水量分別達(dá)265 mm、244 mm，造成其年徑流量和年輸沙量較高，分別為356.9×108 m3、401.8×108 m3和0.71×108 t、1.38×108 t；2012、2018年強(qiáng)降水對(duì)來(lái)年水沙量也有明顯影響，盡管2013、2019年的降水量分別僅為150 mm、163 mm，但其當(dāng)年徑流量分別為283.8×108 m3、428.2×108 m3，當(dāng)年輸沙量分別為0.49×108 t、0.90×108 t，依然保持較高的水沙輸送量。2009—2016年黃河寧夏段年均泥沙含量總體呈降低趨勢(shì)，從2009年的2.69 kg/m3降低到2016年的1.32 kg/m3，2016—2019年泥沙含量先增后減，2018年高達(dá)3.43 kg/m3，較2016年增加了近1.6倍，這與2018年較高的輸沙量有關(guān)。因此，黃河寧夏段年徑流量直接影響年輸沙量，從而影響年均泥沙含量，且該區(qū)域當(dāng)年強(qiáng)降水對(duì)來(lái)年水沙量有明顯的延遲效應(yīng)。

2.2 黃河寧夏段水沙月動(dòng)態(tài)變化

由圖6、圖7可知，2009—2019年黃河寧夏段月徑流量、月輸沙量分別主要集中在5—10月和7—10月，分別占年徑流量的57.0%～73.9%、年輸沙量的51.5%～83.5%；兩個(gè)時(shí)間段11年月徑流量、月輸沙量平均值分別為20.5×108～35.3×108 m3、755×104～1 220×104 t，這與該區(qū)域多年月均降水量分布基本一致（圖2）。2009、2016年月徑流量相對(duì)較低，僅為8.0×108～26.4×108 m3、11.5×108～22.5×108 m3；2012、2018、2019年月徑流量相對(duì)較高，分別為12.9×108～74.7×108 m3、11.9×108～75.4×108 m3、15.8×108～72.6×108 m3，峰值出現(xiàn)在7、8、9這3個(gè)月，也是降水量比較高的時(shí)期。2012、2018年7—10月的累計(jì)輸沙量明顯高于其他年份，分別占當(dāng)年輸沙量的72.1%、83.5%，2012、2018年8月的單月輸沙量峰值分別達(dá)2 140×104 t、4 880×104 t；其次為2019年7月輸沙量峰值為1 670×104 t。由此可見(jiàn)，黃河寧夏段月輸沙量直接受月徑流量的影響，但水沙量的峰值并不完全同步。

2.3 黃河寧夏段年/月水沙量、降水量相互關(guān)系

圖8～圖10表明，2009—2019年黃河寧夏段年徑流量與年輸沙量、年輸沙量與年均含沙量、月徑流量與月輸沙量均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r2分別為0.743、0.737和0.636。這說(shuō)明黃河寧夏段的年/月輸沙量隨年/月徑流量線(xiàn)性增加，年均含沙量隨年輸沙量線(xiàn)性增加。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，由于降水的延遲效應(yīng)，年降水量與年徑流量、年輸沙量并沒(méi)有顯著相關(guān)性。

圖11、圖12顯示，2009—2019年黃河寧夏段多年月均降水量與多年月均徑流量、月均輸沙量均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r2分別為0.606、0.769，這說(shuō)明多年月均降水量顯著影響月均徑流量和月均輸沙量

3 討論

該研究發(fā)現(xiàn)，2009—2019年黃河寧夏段年徑流量和年輸沙量大幅度增加，但年均泥沙含量明顯降低了22%，引起水沙發(fā)生變化的主要因素為降水，且降水對(duì)水沙量影響具有延遲效應(yīng)。在全球氣候變暖的大背景下，水循環(huán)過(guò)程也發(fā)生了劇烈變化，近年來(lái)黃河河流泥沙的變化是自然因素（降水等）和人為因素（水利水保措施等）共同作用的結(jié)果[12-13，18]。氣候變化主要通過(guò)降水和氣溫影響水沙變化，人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的影響主要是引水用水和對(duì)土地覆被的改造等，徑流對(duì)降水變化最為敏感[19]。陳康等[13]分析認(rèn)為降水變化、水土保持、水庫(kù)調(diào)水?dāng)r沙和引水引沙等是黃河干流水沙變化的主要成因，黃河干流各站年輸沙量的減小速率普遍大于徑流量的減小速率，且年輸沙量與年徑流量具有冪函數(shù)關(guān)系。有研究表明，隨著上游水庫(kù)工程的相繼建成投產(chǎn)和支流區(qū)域的不斷開(kāi)發(fā)治理，黃河寧夏段含沙量呈逐年減少趨勢(shì)[20]。這與該研究結(jié)果一致。王秀杰等[21]研究發(fā)現(xiàn)，近43年黃河上游水沙相關(guān)關(guān)系具有一定的變化，但在同一尺度下輸沙量與徑流量豐枯變化趨勢(shì)不一致。與南方山地小流域徑流的變化規(guī)律不同，主要受降雨等氣候影響，從而導(dǎo)致徑流的補(bǔ)給年內(nèi)分配差異較大[22]；而黃河干流水沙關(guān)系變化復(fù)雜，對(duì)黃河水沙關(guān)系變異的成因仍有待于進(jìn)一步深入研究，黃河寧夏段引起干流水沙變化的其他因素也有待深入探討。

該研究表明，黃河寧夏段干流在汛期（5—10月）的月徑流量占年徑流量比例為57.0%～73.9%、月輸沙量占年輸沙量比例為51.5%～83.5%，這與該段主要支流汛期水沙量增加密切相關(guān)。研究也證實(shí)，黃河寧夏段主要支流各站長(zhǎng)時(shí)期水沙量主要集中在汛期，汛期水量占年水量的比例為53.2%～65.6%，沙量為85.3%～90.3%[23]。流域內(nèi)水沙過(guò)程在時(shí)空變化上主要受降水影響，且降水轉(zhuǎn)化率偏低[24]。黃河源區(qū)地表改造和引水等活動(dòng)也是水沙特征改變的重要驅(qū)動(dòng)因素[25]。該研究中，黃河寧夏段干流的多年月均降水量與多年月均徑流量、月均輸沙量呈極顯著正相關(guān)；李志威等[26]也證實(shí)黃河源降水與水沙變化成正比。流域內(nèi)生態(tài)水文過(guò)程直接影響植被的生長(zhǎng)分布及演替[27]，黃河寧夏段流域水文生態(tài)過(guò)程與植被的響應(yīng)關(guān)系是今后需加強(qiáng)的研究?jī)?nèi)容，這對(duì)深入揭示該區(qū)域水沙變化規(guī)律具有積極作用。

4 結(jié)論

2009—2019年黃河寧夏段11年間，年徑流量增加了139%、年輸沙量增加了86%，而年均泥沙含量降低了22%。年徑流量和年輸沙量峰值分別在2019年和2018年。該區(qū)域年徑流量影響年輸沙量和年均泥沙含量，且當(dāng)年強(qiáng)降水量對(duì)來(lái)年水沙量有明顯的延遲效應(yīng)。

2009—2019年黃河寧夏段月徑流量和月輸沙量分別集中在5—10月和7—10月，各占年徑流量的57.0%～73.9%、年輸沙量的51.5%～83.5%，與該區(qū)域多年月均降水量分布基本一致。黃河寧夏段月徑流量直接影響月輸沙量，但水沙量的峰值并不完全同步。

2009—2019年黃河寧夏段年徑流量與年輸沙量、年輸沙量與年均含沙量、月徑流量與月輸沙量，多年月均降水量與多年月均徑流量、月均輸沙量均呈極顯著正相關(guān)（r2分別為0.743、0.737、0.636、0.606、0.769）。

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