1980—2012年渭河源区水文演变趋势分析

2017-08-22孛永明李旭春王丽洁定西市水土保持科学研究所甘肃定西743000

中国水土保持 2017年8期

孛永明，李旭春，陈瑾，王丽洁(定西市水土保持科学研究所，甘肃定西 743000)

孛永明，李旭春，陈瑾，王丽洁
(定西市水土保持科学研究所，甘肃定西 743000)

径流；泥沙；植被；水文演变特征；渭河源区

渭河源区是渭河重要的水源补给区，也是黄土高原水土流失最为严重的地区之一。基于清源河渭源站1980—2012年水文监测数据，分析径流变化、河道泥沙变化、产沙量与归一化植被指数(NDVI)的相关关系，结果表明：渭河源区径流量年际波动较大，总体呈现减少趋势，2000年后减少明显；5—10月份是一年中径流量较大的时段，这与降水量的分布较为一致；渭河源区河道含沙量总体处于降低的趋势，5—9月份河道含沙量较高，这与植被生长和降雨有关；随着NDVI值的增加，河流含沙量呈现明显减少趋势。

渭河是黄河的第一大支流，发源于定西市渭源县西南，流经甘、陕、宁三省区，至陕西潼关汇入黄河，干流全长818 km，是沿线地区重要的生产生活用水源，在西部地区经济社会发展中具有重要的战略地位，在黄河治理开发中具有重要影响。受地质状况特殊、环境条件严酷、人为破坏严重等影响，渭河源区成为全国最贫困的地区之一，也是黄土高原水土流失最为严重的地区之一。渭河源区渭河干流长66 km，渭河水文变化和演变趋势对渭河源区生态环境治理、群众生活条件改善具有重要影响。本研究采用清源河渭源站1980—2012年水文监测数据，通过统计分析径流变化、河流泥沙变化、含沙量与归一化植被指数(NDVI)的相关关系，探讨渭河源区径流量及含沙量减少的原因，以期为渭河源区的水土保持工作提供数据支持。

1 渭河源区概况

渭河源区位于甘肃省中部、定西市中西部、渭源县西南部，地理坐标介于东经104°02′～104°49′、北纬33°26′～35°07′之间，土地总面积1 206 km2，海拔2 076～3 328 m，地形总体南高北低，以山地和黄土丘陵沟壑地貌为主。地层岩性以上古生代的海陆交相互层的灰岩、砂岩、泥炭、泥岩为主，在北部主要是新生代第三纪的红色岩层和第四纪的黄土。属温带半湿润和中温带半干旱区，大陆性气候特征明显，多年平均气温5.9 ℃，极端最高气温30.5 ℃，极端最低气温-20.1 ℃，无霜期166 d，多年平均降水量492.3 mm，多年平均蒸发量1 119.2 mm。土壤类型丰富，南部秦岭山区分布有黑土、灰褐土、黑钙土、山地草甸土等，北部黄土丘陵沟壑区主要有黑土、麻垆土、黄绵土等。

渭河源区水土流失面积占土地总面积的91.2%，土壤侵蚀模数5 100 t/(km2·a)。长期严重的水土流失，使土层变薄、水源涵养功能减弱，把流域广大地区切割得支离破碎、千沟万壑，人们的生存环境受到严重威胁。特别是原有植被的破坏，加剧了干旱、洪涝及其他自然灾害的发生。渭河源头区的森林植被和高山草地是渭河流域水源涵养区，但目前森林整体质量不高，源头区残存不多的天然次生林，自我调节能力和涵养水源、保持水土的能力低下，功能失调，而人工林以近年新造的幼林居多，郁闭成林部分占比很小，尚难以发挥明显的蓄水保土作用。

2 径流变化及发展趋势

图1为1980—2012年渭河源区年径流量变化特征。由图1知，1980—2012年径流量波动较大，多年平均年径流量为2 016万m3，年径流量最大值出现在1984年，达到4 325万m3，最小值出现在1997年，仅为444万m3。整体来看，渭河源区年径流量变化呈持续减少趋势，可分为几个时间段，其中：1980—1990年平均年径流量为2 513万m3，1991—2000年为1 820万m3，2001—2012年为1 723万m3。以这3个时间段进行分析，1980—1990年平均年径流量较大，期间当地植被破坏较为严重，农业开垦程度较高；1991—2000年水土保持措施实施后，年径流量明显减少；2000年以后当地实施了大规模的退耕还林还草工程，年径流量呈现继续减少趋势，其中2001—2005年平均年径流量为1 864万m3，2006—2010年平均年径流量为1 563万m3。上述数据表明水土保持措施实施后，渭河源区径流得到了有效拦蓄。

图1 1980—2012年渭河源区年径流量变化特征

图2为1980—2012年渭河源区月平均径流量变化特征及标准差。由图2可知，5—10月是一年中径流量较大的时段(特别是6—8月)，这与当地降水量的分布较为一致。此外，渭河源区月径流量年际波动较大，5—10月径流量变异系数分别达到75%、81%、78%、77%、82%、72%。

图2 1980—2012年渭河源区月平均径流量变化特征及标准差

3 河道泥沙变化及发展趋势

图3反映了1981—2012年渭河源区河流年平均含沙量的变化特征。1981—2012年含沙量平均值为3.04 kg/m3，最大值为1991年的15.9 kg/m3，最小值出现在2005年，仅为0.32 kg/m3。同径流量一样，河流含沙量也存在较为明显的年际变化，但总体而言，除1991、1996年含沙量较高以外，其他年份含沙量波动相对较为平缓，总体呈减少趋势。其中，1981—1990年平均含沙量为3.35 kg/m3，1991—2000年平均含沙量为4.87 kg/m3，含沙量增加主要受1991、1996年含沙量出现高值影响；2001年以后河流含沙量总体较低，且呈继续减少趋势，2001—2005年平均含沙量为1.71 kg/m3，2006—2010年平均含沙量为0.93 kg/m3。渭河源区河流含沙量最低值出现在2000年大规模退耕还林还草工程实施以后，可见水土保持措施的实施对减少入河泥沙量起到了非常重要的作用。

图3 1981—2012年渭河源区河流含沙量变化特征

图4为1981—2012年渭河源区河流月平均含沙量的变化特征。从图中可以看出，1、12月含沙量最低，而5—9月含沙量较高(平均值为7.18 kg/m3)，尤其是5月份最高，达到11.04 kg/m3。5月份含沙量高主要是因为当时植被刚开始生长，尚未完全覆盖地表，期间降水量又相对较多(达到63.8 mm)，遇降雨在缺少植被保护的条件下极易造成产流产沙。因此，当地大规模的土方开挖或施工活动应尽量避开5月份，同时应继续大力加强林草植被建设。

图4 1981—2012年渭河源区河流含沙量月变化特征

4 产沙与植被的耦合分析

图5为1997—2000、2001—2005、2006—2010年3个时段渭河源区河流含沙量和归一化植被指数(NDVI)的关系。由图5知，随着NDVI值的增加，河流含沙量呈现明显的减少趋势。这一关系表明，在渭河源区大规模实施的退耕还林还草工程，提高了植被覆盖度，减少了入河泥沙量，可见植被建设对减少河流泥沙、提高水土保持功能具有重要作用。