汾河水沙特性及变化分析

2017-07-31杨平

山西水土保持科技 2017年2期

关键词：水沙输沙量含沙量

杨平

（山西省水文水资源勘测局）

汾河水沙特性及变化分析

杨平

（山西省水文水资源勘测局）

汾河是黄河的第二大支流，也是山西人民的母亲河。汾河流域涉及6市40余个县，是全省的政治、经济、文化中心。对汾河下游河津控制站80多年间的观测资料分析表明，年均径流量10.93亿m3，输沙量0.255 4亿t，汛期7-10月径流量、输沙量分别为6.78亿m3、0.232 9亿t，占年均径流量的62.0%、输沙量的91.2%。总体来看，年径流量、输沙量呈逐年减少趋势，径流量在90年代中期以后大幅度减少，输沙量在70年代中期以后大幅度减少。汾河的水沙变化警示我们，加快汾河流域水生态修复治理刻不容缓。

径流量输沙量汾河流域河津站

汾河是黄河的第二大支流，也是山西人民的母亲河。汾河发源于宁武县管涔山麓，干流长694 km，贯穿全省南北的大部分。汾河流域涉及6市40余个县，穿越省城太原，是全省的政治、经济、文化中心。目前，全省正在实施汾河流域生态修复工程，分析其水沙特性及动态变化，具有重要意义。本文以河津水文测站多年来实测的水沙资料为样本，进行统计分析。河津水文站始建于1934年6月，测流断面几经变化，1971年后固定下来。现测流断面控制流域面积38 728 km2，占汾河流域总面积39 471 km2的98.12%。小水时人工涉水采用流速仪测流，中高水时采用吊箱缆道流速仪测流，所测资料基本可代表全流域的水沙情况。近年来，由于汾河上中游气候变化、用水增多以及降水减少，加之水利工程控制等原因，汾河水沙特性以及洪水年际发生了急剧变化。

1 汾河水文特征

据测定资料统计，汾河多年平均径流量10.93亿 m3，输沙量0.255 4亿t，含沙量为23.4 kg/m3。汾河径流量主要集中在汛期7-10月，其径流量、输沙量分别为6.78亿m3和0.232 9亿t，占全年径流量的62.0%，输沙量的91.2%。汛期输沙量比径流量更为集中。

河津水文站断面，多年平均流量为34.6 m3/s。历年最高水位372.66-376.80 m，变幅达4.14 m，最高水位一般发生在7月和8月；历年最大流量37.5-3 320 m3/s，变幅3 282 m3/s，最大流量一般也是发生在7月和8月；历年最大含沙量0-286 kg/m3，一般发生在6-8月。图1、图2分别为汾河历年径流量、输沙量变化图，从图中可以看出，其径流量在90年代中期以后大幅度减少，其输沙量在70年代中期以后大幅度减少，在90年代中期以后基本维持最低水平。

图1 汾河河津站逐年径流量变化图

图2 汾河河津站逐年输沙量变化图

2 汾河水沙量不断减少

河津站1934-2015年间，各年代平均年径流量分别为14.74亿m3、16.05亿m3、17.55亿m3、17.87亿m3、10.37亿m3、6.651亿m3、5.083亿m3、4.531亿m3。60年代水量最丰，50年代次之，近期（2000-2015年）水量最枯。其中，70、80年代平均年径流量比60年代分别减少42.0%和62.8%；90年代平均年径流量比60年代减少71.6%；近期平均年径流量比60年代减少74.6%，比多年平均值减少58.5%。汾河年径流量呈逐年代减少趋势。

河津站1934-2015年间，各年代平均年输沙量分别为0.44亿t、0.52亿t、0.70亿t、0.34亿t、0.19亿t、0.05亿t、0.02亿t、0.002 7亿t。50年代平均年输沙量最大，为0.70亿t，是历年平均输沙量的2.74倍；40年代平均年输沙量次之，为0.52亿t，是历年平均年输沙量的2.04倍；2000-2015年时段平均年输沙量最小，仅0.002 7亿t，为历年平均年输沙量的1.08%。年最大与最小输沙量比值为850.3。汾河输沙量变化大体分为三个时段，1934-1960年为丰沙期，1961-1980年为相对丰沙期，1981-2015年为枯沙期。汾河干流各站30-70年代输沙量较大，80年代以后逐年衰减趋势明显。2000年以后，输沙量显著小于多年平均值，呈明显衰减趋势。

据河津站实测资料，历年平均含沙量为23.4kg/m3，最大含沙量为286 kg/m3（1957年7月26日）。30-50年代平均含沙量较大，2000年以后含沙量明显减少。

3 汾河水沙量年际与年内变化

图3为汾河河津站逐年径流量柱状图。从图3可以看出，1934-2015年间，汾河历年径流量比平均值大的共有36年，占43.9%；比平均值小的共有46年，占56.1%。1998年以前，径流量有大有小，其中：30年代比平均值大的有5年，分别为1934-1935年、1937-1939年；40年代比平均值大的有9年，分别为1940-1946年、1948-1949年；50年代比平均值大的有8年，除1952年和1957年外，其余年份均比平均值大；60年代比平均值大的有8年，除1960年、1961年外，其余年份均比平均值大；70年代比平均值大的有4年，分别为1970-1971年、1973年、1977年；80-90年代比平均值大的只有2年，为1988年和1996年；2000年以后均比平均值小。1997年以后，径流量衰减的趋势特别明显。

图3 汾河河津站逐年径流量柱状图

图4 汾河河津站逐年输沙量柱状图

图4为汾河河津站逐年输沙量柱状图。从图4可以看出，汾河历年输沙量比平均值大的共有25年，占30.5%；比平均值小的共有57年，占69.5%。1978年以前，输沙量有大有小，其中：30年代比平均值大的有3年，分别为1934-1936年；40年代比平均值大的有6年，分别为1940年、1942-1945年、1949年；50年代比平均值大的有8年，除1952年、1957年外，其余年份均比平均值大；60年代比平均值大的有6年，除1960年、1961年、1965年和1968年外，其余年份均比平均值大；70年代比平均值大的有2年，分别为1971年和1977年；80年代以后均比平均值小。1978年以后输沙量衰减的趋势明显。

汾河汛期径流量占全年比例最大可达91.8%（1988年），最小仅为19.4%（1965年）。多年平均非汛期径流量为3.985亿m3，占多年平均年径流量的38.0%。汾河河津站50年代汛期年均径流量为11.90亿m3，较多年平均值大75.5%。90年代汛期年均径流量为3.202亿m3，占50年代的26.9%，较多年平均值减少52.8%。近期（2000-2015年）汛期年均径流量为1.871亿m3，仅占50年代的15.7%，占90年代的58.4%，较多年平均值减少72.4%。汾河各年代汛期年均径流量呈逐年减小趋势，各年代汛期径流量占年径流量的比例维持在60%左右，60年代最小为55.2%，50年代最大为67.8%。

汾河输沙量年内分配不均，一般都集中在汛期7-10月，或集中在汛期7-10月的几次洪水之中。汾河汛期输沙量占全年输沙量的91.2%，其中1月、2月、3月、4月、12月的总输沙量占年输沙量不足1%，7月、8月份的输沙量分别占年输沙量的21.1%和40.9%。5月、6月、9月、10月份的输沙量占年输沙量不超过3%。各年代汛期输沙量占年输沙量的比例维持在90%左右，60年代最小为84.4%，50年代最大为94.3%。

4 汾河洪水特征及变化分析

汾河河津站多年最高洪水位为376.80 m（1996年8月11日），最大流量为3 320 m3/s（1954年9月6日），最大含沙量为286 kg/m3（1957年7月26日）。实测最大流速为3.54 m/s，出现日期为1966年8月26日（相应流量为585 m3/s）；实测最大水深为7.5 m，出现日期为1996年8月16日（相应流量为647 m3/s）。

汾河河津站历年最高洪水位发生在7月、8月、9月的分别有17次、22次和13次，发生在10月的1次，7-10月出现最高洪水位的年份占总观测年份的86.7%。历年最大流量（图5）发生在7月、8月、9月的分别为19次、23次、14次，7-9月出现最大流量的年份占总观测年份的93.3%。历年最大含沙量发生在7月、8月、9月的分别有24次、24次、7次，7-9月出现最大含沙量的年份占总观测年份的94.8%。

图5 汾河河津站历年最大流量曲线图

汾河的洪峰流量，除了受降水量年际变化影响外，受水利工程的影响较大。汾河流域多年平均降水量以及汛期（6-10月）降水量分别为478 mm和354 mm，2000年后年降水量比多年平均降水量减小12.5%，汛期同比减小8.8%。随着降水量的减少、区域经济发展导致用水的增多、气候变暖导致蒸发量的增大以及汾河干支流上一些水库、大型引水渠和水土保持工程的建设，使汾河下游洪水发生的次数逐渐减少，洪峰流量也在逐渐减小。河津站500 m3/s以上的洪水，主要集中在1980年以前，其中，50年代、60年代、70年代分别发生9次、7次和2次，2000年以后没有发生过500 m3/s以上的洪水，大洪水发生次数逐年减少。

在河津站500 m3/s以上洪水中，1950-1969年、1970-1985年、1986-2000年分别发生16次、2次、2次，分别占洪水总次数的80.0%、12.5%、13.3%，每个时段平均每年发生0.8次、0.125次、0.133次。2001-2015年，河津站就没有观测到500 m3/s以上的洪水。分别计算河津站上述各时段洪峰流量的累计平均值，则分别为972 m3/s、404 m3/s、208 m3/s、121m3/s，2000年以后洪峰流量的累计平均值仅为109 m3/s。河津站500 m3/s以上的洪水，1954-1969年平均洪水历时约为68 h，1970-1985年平均洪水历时为50 h，1986-2000年平均洪水历时为38 h，大洪水次数不仅逐年减少，而且洪水历时也在逐年减小。