皇甫川流域水文情况分析

2015-02-28刘玉斗崔殿河

东北水利水电 2015年5期

关键词：输沙量皇甫径流量

赵梅，刘玉斗，崔殿河

（1.黄委中游水文局，山西晋中 030600；2.黄委府谷水文水资源勘测局，陕西府谷719400）

皇甫川发源于内蒙古自治区准格尔旗牛武城高家沟，流经准格尔旗和陕西省府谷县，由皇甫镇下川口汇入黄河，河长137 km，流域面积3246 km2。

皇甫川地处黄土丘陵沟壑区，流域内梁峁起伏、沟壑纵横，地貌支离破碎，属风蚀水蚀过渡区。皇甫川是黄河一级支流，由十里长川、干察板沟、虎石沟、圪秋沟等主要支流组成，两岸支流分布比较均匀，以近似平行状汇入干流，为平行状水系。

为了研究皇甫川流域的水文情况，选取该流域重要控制站皇甫水文站历年实测水文资料进行分析。皇甫水文站1953年设立，是皇甫川把口站，测站任务主要有降水、水位、流量、泥沙测验及水情报汛等任务，是国家基本水文站。

1 水源补给

皇甫川水源的补给主要依赖雨水，河水随雨量的增减而涨落。流域属于半干旱气候，多年平均降水量350～450 mm，雨水主要集中在夏季。由于每年雨季开始的时间，雨季的长短，雨量的多少不一样，雨水补给的水量及时程变化有很大的差别，见图1。

流域内冬季降雪稀少，春旱严重，河流除雨水补给外，由冰雪融水补给的水量很少。水量的补给方式以地面补给为主，地表径流由降水的超渗雨产流形成，产流受区域降水量和降水强度及下垫面组成的共同影响，超渗雨产流是皇甫川雨洪期洪水径流的主要组成部分。

图1 2012年皇甫川皇甫水文站雨量、流量过程线

2 径流情势

皇甫水文站多年平均径流量1.312亿m3，汛期径流量平均达1.273亿m3，河川基流很小，洪水量取决于降水。

皇甫川径流的季节分配很不均匀，6至9月是降水集中时期，该时段降水量可占年降水量的70%～85%。径流的集中程度高于降水，径流的丰水期主要集中在7、8月，见图2。7，8两月的径流量可占年径流量的75%～96%，年内径流量主要来自7，8月的几次大洪水。皇甫水文站1989年7月21日发生的一次特大洪水，洪水总量可占当年径流量的76.5%，占多年平均径流量的85.5%。夏季雨水较少时期皇甫川时常干涸，冬季多发生连底冻，径流终止。

图2 皇甫川皇甫站2012年月平均流量过程线

皇甫川各年径流量很不稳定，随气象条件的不同也年年发生变化。总趋势逐年减少。皇甫水文站上世纪50至90年代平均年径流量分别为2.700 亿 m3、1.723 亿 m3、1.757 亿 m3、1.272 亿 m3、0.903亿m3，其中50年代是丰水年，60年代和70年代年偏丰，80年代偏枯，90年代为枯水期。2000年以来，多数年份径流量在0.500亿m3以下，2011年甚至出现全年未来水的现象，径流总量减少趋势更加明显。自90年代以来，皇甫川出现连续多年的枯水年组，对该流域的国民经济建设，特别是当地的农业生产是很不利的水文情况，见图3。

图3 皇甫川皇甫水文站历年年径流量过程线

3 洪水的形成和运动情况

皇甫川的洪水主要由暴雨形成，皇甫川流域地处黄河中游河口镇至龙门区间右岸上段，是河龙区间的暴雨中心之一。暴雨强度大，历时短，笼罩面积小，雨带在一场雨中往往由上游向下游移动，由于上下游的地面径流几乎同时到达出口断面，造成出口断面的洪水洪峰高、水量集中。皇甫水文站洪水波的几个极值出现次序为最大比降、最大流速、最大流量、最高水位，水位～流量关系曲线呈逆时针绳套。由于皇甫川流域植被稀少，下渗量小，土壤含水量少，洪水过程退水时间短，再加基流小，由暴雨形成的洪峰多为尖瘦型，洪水暴涨暴落。

1989年7月21日，皇甫水文站发生洪峰流量10600 m3/s的特大洪水。形成这次洪水的暴雨中心在皇甫川上游的乌兰沟站，这次降水有3段，共降雨157 mm。3段降雨形成的洪水互相叠加形成最大洪峰。这次洪水过程历时80多小时，涨水坡历时约30 min，水位变幅6.86 m，流量10000 m3/s以上仅持续约20 min，洪水总量1.35亿m3，是当年和多年平均径流量的76.5%和85.5%。

4 枯水

由于皇甫川流域表层土壤中砂质土粒的粒径较大，透水性较强，下渗率较大，土壤透水性高，遇强度较小的局部降水，很少产生径流或洪水不能到达河口就干涸，因此，皇甫水文站除7，8，9月外很少产生洪水。

皇甫川河网密度不大，河流没有切割到含水层，出露地下水的补给机会很少。包气带的水分作为枯水径流的补给，受气象因素影响十分明显。

5 泥沙

皇甫川流域水土流失严重，是黄河中游主要粗沙来源地之一，因洪水含沙量高、泥沙粒径粗闻名。1983年皇甫川被国家列为重点治理小流域，经过近30年的综合治理，取得一定成效，但流域生态环境仍不容乐观，综合治理还需加强。

皇甫川流域气候干燥，生态环境脆弱。流域表面的坡度大，结构疏松，抗蚀力差，植被覆盖率小。遇暴雨集中，容易发生崩塌和滑塌，片蚀和沟蚀强烈，暴雨形成的洪水携带大量的砒砂岩风化壳和细颗粒黄土形成高含沙水流。皇甫川上游纳林川两岸，河谷下切很深，砒砂岩大面积外露风化严重，其他区域土壤侵蚀以风蚀、水蚀为主。

皇甫川每年的泥沙多集中于年内几次较大洪水，洪水和泥沙对黄河干流影响很大。1979年8月10日和8月12日，皇甫川相继发生两次大洪水，皇甫水文站洪峰流量为4960 m3/s和5990 m3/s，最大含沙量为1400 kg/m3和1280 kg/m3。在此期间黄河干流河曲站流量为1890～3120 m3/s，因皇甫川洪水顶托黄河干流产生回水，使皇甫川出口上游石梯子、上庄水位站的水位升高0.5～1.5 m，天桥水库末端产生严重淤积。

1982年7月29日至8月8日，皇甫川出现3次含沙量大于1000 kg/m3的洪水，也对黄河干流产生顶托，使石梯子水位站断面淤高2 m，同流量水位升高1～1.5 m。

皇甫川泥沙粒径的组成与暴雨特性、径流组成等关系密切。一般丰水年粗沙占全沙的比重大，泥沙粒径较粗，平水年泥沙粒径则较细。皇甫水文站泥沙平均粒径0.1469 mm，历年泥沙粒径围绕均值上下波动。

皇甫水文站实测最大含沙量1570 kg/m3，多年平均含沙量317 kg/m3。多年平均输沙量0.495亿t，最大年输沙量1.710亿t，最小年输沙量是0.027亿t，多年平均年输沙模数为1.56万t/km2。在同一流域，不同的降水条件下，流域输沙量各不相同，降水强度越大，输沙量就越大。

自上世纪90年代以来，皇甫川流域的输沙量之所以呈明显的下降趋势，与国家实行封山禁牧和作为重点小流域进行大规模治理有关，但年径流量的逐年减少是主要因素。其中2012年7月21日发生的洪峰流量为4720 m3/s的大洪水，输沙量就达1149万t。从历年变化情况来看，输沙量与径流量的变化趋势大致相同。