柳河泥沙演变规律分析

2013-12-14闻绍珂

地下水 2013年1期

闻绍珂

(辽宁省水文水资源勘测局，辽宁沈阳110003)

1 流域概况

柳河是辽河下游右侧较大的一条支流，发源于内蒙古奈曼旗双山子东坡朝阳沟。流经内蒙古的库伦旗、科左右旗及辽宁省阜蒙县、彰武县、新民市，在新民市城南王家堡村附近注入辽河。内蒙境内的乌根稿河、养畜牧河是柳河上游的两条主要支流。柳河经中游彰武水文站，于下游新民站以下汇入辽河，全长297 km，新民以上集水面积为6 759 km2。柳河中上游，有3座拦沙堰、1座大型水库，即白庙子、三家子、石门子拦沙堰、闹得海水库，其中，白庙子、三家子两水文站坐落在内蒙境内。

柳河上游多为低山丘陵区、沙岗坨甸区，境内丘陵起伏、沟壑纵横，河道平均坡降在3.2‰～5.2‰之间。质地以沙壤土和风沙土为主，土质松散无结构。养畜牧河流域内分布着大面积的流动沙丘，属科尔沁沙漠延伸地。境内植被很差。柳河闹得海水库站以下为沿河平原区，河道平均坡降在1.1‰～1.9‰之间。柳河流域多年平均降水量为460 mm，上游区低于400 mm，水土流失非常严重。

2 柳河泥沙历史演变规律

柳河素有“第二黄河”之称，含沙量巨大，特别是柳河的上游内蒙地区支流更为突出，乌根稿河的白庙子站，多年平均含沙量为78.1 kg/m3，历年最大含沙量为1 030 kg/m3;养畜牧河三家子站历年最大含沙量为1 580 kg/m3。柳河下游新民站多年平均径流量为2.650亿 m3，多年平均输入辽河的悬移质泥沙量为488万 t，辽河干流铁岭站多年平均年输沙量为1 380万 t，柳河占辽河输沙的35.4%。柳河是辽河泥沙的主要来源，是导致辽河下游淤积严重、行洪能力减小、防洪任务严峻主要因素，见表1。

柳河含沙量历年变化可分为三个阶段，即1956～1979年(六七十年代)、1980～1990年(八十年代)、1991～2000年(九十年代)。从这三个阶段看，各站八十年代与六七十年代比，含沙量下降很多，闹得海水库站下降最大为54.9%，九十年代与八十年代比，除白庙子站以外，其余各站含沙量继续下降，下降幅度最大的三家子站为67.7%，详见表2。

笔者通过资料分析得到了柳河年输沙量与年径流量的相关关系。用闹得海水库站累计年径流量和累计年输沙量，建立相关图，相关线的拐点位于1974年。

下部直线方程为 y1=13.555 x1+28 969=0.988 8。x1为1974年以前闹得海水库站累计年输沙量(万t);y1为1974年以前闹得海水库站累计年径流量(万m3)。

上部直线方程为y2=31.254 x2-721 575，=0.982 2。x2为1974年以后闹得海水库站累计年输沙量(万t);y2为1974年以后闹得海水库站累计年径流量(万m3)。

通过表1、表2、图1可以看出，含沙量、输沙量随年代的增加有减小的趋势。

图1 柳河流域水系图

3 泥沙减小原因分析

3.1 发生大暴雨洪水的频率降低

降雨是造成水土流失的主要因素，是土壤侵蚀的动力。柳河年降雨量较小，且降雨多为汛期几场短历时暴雨，这样的暴雨雨量大、强度大、动能大，易形成超渗产流，将地表土壤颗粒碰撞、溅起、推移，随着山洪下泻，造成严重的水土流失。如1994年7月13日大暴雨，柳河上游的哈达营子站是暴雨中心，雨量为281 mm，致使石门子、白庙子、三家子、闹得海水库4个站的1994年年输沙量分别为445、343、191、1 850万 t，分别占 1991—2000年 10年间输沙量总和的33.4% 、33.1% 、25.5% 、41.7% 。再以闹得海站为例，1980年至2000年21年间，年径流总量超过3亿 m3的有3年，而这3年的输沙总量为6 100万 t，占21年输沙总量的53.4%。

综上所述，降雨量与降水强度直接影响沙量的变化，只是近20年来发生大暴雨的频率有所降低，导致这段时间输沙大幅度较小。

另外，闹得海水库站每年10月1日关闸蓄水，翌年6月1日闸门全开，同天然河道。因此，水库的淤积量很小。

表1 柳河各站多年平均水沙特征值统计表

表2 柳河各站含沙量、输沙量统计表表

图2 柳河闹得海水库站水量沙量相关

3.2 水保措施预防了水土流失

1974年国务院召开北方各省农业会议，当年中央会议精神，阜新市兴建大规模的农田基本建设高潮，修梯田，兴建水利工程，特别是1983年柳河列为全国八大重点治理区之一，重点治理区就在阜新县八家子乡附近，恰是柳河上游在辽宁境内的集水区，境内所辖总面积1 255 km2。有水土流失面积805 km2，1983年以前治理了202 km2。1983年开始小流域综合治理，规划治理面积为732 km2，共计62条小流域。多年来，柳河上游开展了大规模的水土保持综合治理工作，治理成果较为显著。从1984—1993年10年期间，累计治理面积70 100 hm2，保存治理面积 56 466 hm2，治理保存率为80.5%，其中各项措施治理保存面积为:水平梯田4 729 hm2，坡式梯田13 333 hm2，耕作梯田1 124 hm2，造林 22 767 hm2，种草 4 557 hm2，牧场改良 7 994 hm2，果树 719 hm2，封山育林375 hm2，闸沟造地146 hm2，风蚀地治理238 hm2，谷坊12 253座，塘坝 50座，小河道 3.69万 m，环山水平沟520.3万 m，作业路 51.2万 m。

根据1993年阜新市水利局编写的《国家重点治理区柳河流域水土保持小流域综合治理十年总结材料汇编》中计算的柳河各项水保措施(水平梯田、坡式梯田、耕作措施、果树梯田、造林、人工种草、牧场改良、封山育林、闸沟造地、风蚀地治理、谷坊、塘坝等)实施后计算年保土总量达到286万m3，占柳河衰减量490.6万 m3的58.2%。阜新市水利科学研究所对阜新县哈达户稍乡的石金皋小流域把仕沟连续三年进行观测，测得侵蚀模数由治理前的3 000 t/km2减少到12 t/km2。这些措施足以使含沙量、输沙量减小。

4 泥沙来源及沿程变化

4.1 泥沙来源

从表1可以看出，多年平均含沙量以白庙子站最大，为78.1 kg/m3，是石门子站的2.8倍，其流域面积只为石门子站的七分之一。多年平均径流量以石门子站最大(三家子、白庙子、石门子三站比较)，为1.426亿 m3。是三家子站的1.6倍，是白庙子站6.6倍。可见在各支流中以乌根稿河的输沙能力为最强。多年平均输沙量三家子站占闹得海以上来沙的38%，白庙子站占15%，石门子站占36%，三+白+石(三家子、白庙子、石门子三站)与闹得海区间占11%。三家子、白庙子两站之和占53%，而石门子站输沙量的一部分(约三分之一)也来自内蒙境内，这样，柳河上游泥沙的65%为内蒙境内的沙漠流沙，其余的35%为辽宁境内丘陵区的黄土，这是定量指标。

图3 柳河水量沙量相关图

从流域的自然地理条件也可以定性为内蒙两大支流为泥沙主要来源。因为养畜牧河和乌根稿河流域内分布着大面积的流动沙丘及半沙漠地带，每年因西北风向东南吹送，使大量泥沙进入河道。柳河上游在辽宁的分支扣河子河，流经黄土丘陵区，区内植被较差，河谷两岸为陡立的黄土，由于坡面径流挟带和河水冲刷岸脚，使大量黄土进入河道，造成泥沙大量淤积。

4.2 泥沙的沿程变化

按照流域上下游的原则，考虑到三家子、白庙子、石门子三站为柳河上游汇流站，其三者的多年平均输沙量之和为565万 t，点绘柳河多年平均输沙量沿程变化过程线，从其变化趋势来看，闹得海站多年平均输沙量值最大，其上游呈上升趋势，说明输沙能力在沿程增大，流域以冲刷为主，是泥的来源地。闹得海站以下呈下降趋势，说明输沙能力在逐渐减小，以河道淤积为主，河床逐年抬高，给下游地区的防汛工作带来了一定的困难。