邢台县西部山区水流沙关系分析

赵玉霞

【摘要】邢台县西部山区流域内降水过程在时间和空间上的分布不均，是造成水沙关系变化幅度大的主要原因。通过对典型小流域水沙变化特性分析，进一步揭示水沙关系不确定性的因素，为水土保持治理提供参考依据。

【关键词】产输沙时空分布特征；水沙关系不确定性；降水时空分布；坡底小流域

1、研究区基本概况

1.1 研究区地理位置与基本概况。坡底小流域实验站位于邢台县西部山区城计头乡，东经114°02′，北纬37°05′。流域面积283km2，河长30.2km，河道直线长度24.4km，河道弯度1.24，流域平均宽度9.37km，河源至河口高程落差900m，河道比降29.8‰。流域内设有11个雨量观测站，雨量站网密度为25.7km2/站。该流域农垦面积较小，农田面积占总面积的7.67%。山林面积大，连年绿化封山造林，基本上消灭了荒山，植被覆盖率为86.3%。土壤主要以黄土黑土为主。流域内无大型水利工程，只有几处塘坝等小型水土保持工程。

1.2 流域降水特性分析。该区降水量年际变化很大，且常有连续几年降水量偏多或连续几年降水量偏少的现象。以历年年降水量最大值与最小值之间的比值K来表示年际变化，该区各雨量站监测的年降雨量资料分析，各站极值比大都在4.0～6.5之间。如路罗雨量站1963年年降水量为1753.1mm，1986年年降水量为281.8mm，相差6.22倍。

2、流域产沙量时空分布特征分析

对于一个特定的流域来讲，气候是输沙量变化的主要因素。在不同的丰枯年份，年输沙量显著不同。由于季节的变化，在一年之内输沙量的分配也极不均匀。在北方地区，受降水影响，有时一次暴雨的输沙量即为全年的输沙量。

悬移质输沙量的年际变化表现在各年输沙总量的差异，一般采用频率计算方法来确定其年际变化特征值。受气象因素、地形因素和地貌因素的综合影响，输沙量年际变化比较大。年际变化大小可以用变差系数或极值比（最大值与最小值之比）加以衡量。年输沙量系列的Cv值越大，极值比越大，年输沙量变化越不均匀。

该研究区土壤侵蚀量，主要受降水量及降水强度的影响。遇到特大暴雨，流域内一年的土壤侵蚀量比多年平均侵蚀量高出数倍。利用1973～2007年坡底小流域径流量资料系列分析计算，多年平均径流量4979万m3。

通过对坡底小流域河流径流量与输沙量年际变化分析，变差系数CV相差2.6倍，值越大，说明随机变量相对于均值越离散，频率曲线的偏离程度也随之增大。根据输沙量系列资料统计，年土壤侵蚀量最小值与最大值的比为1：11875，径流量最小值与最大值比值为1：462。河流输沙量的年际变化远大于径流量的年际变化。

3、降水时空分布对水沙关系影响分析

暴雨是造成严重水力侵蚀的主要气候因子，通过对坡底小流域多年水量与沙量关系分析，流域内沙量的变化，还与降水时空分布的影响有关，而且是造成水沙关系不稳定的重要因素。流域内设有11个雨量观测站，利用泰森多边形法计算各雨量站的权重，以便于流域面雨量计算。各雨量站权重。下面通过几场典型降水过程、流量过程、含沙量过程监测资料，分析降水量时空分布对水沙关系的影响。

3.1 降水强度对流域水沙关系影响分析。2002年7月13日的一次降水过程，该次降水过程在流域上分布均匀，降水历时短，降水强度较大，流域平均降水量26.4mm，平均降水强度为8.8mm/h，最大1小时降水量23.6mm。通过对该流域27场降水过程分析，该次降水过程是降水强度最大的一次。由于该次降水强度大，对土壤侵蚀作用较强，导致输沙率偏大。降水强度大小，是影响输沙量的主要因素。

3.2 降水量时空变化对产沙过程影响。1997年7月29日一場降水过程，降水强度在1个小时以后最大，以后逐渐减小。而降水分布是下游大于上游，29日18～19时流域降水强度为5.0mm/h，而流域最下游的坡底雨量站降水强度达32.1mm/h。坡底小流域1997年7月29日各雨量站时段降水量。

由降水量过程分析，降水量过程第一时段，流域最下游的坡底雨量站降水强度为32.1mm/h，如此大的降水强度产生大量的泥沙率先到达监测断面，使流量过程线涨水段，出现了沙量最大值，该次最大沙量是下游局部产沙造成的。降水量的时空分布不均，导致含沙量过程线比流量过程线时间提前，最大含沙量比最大流量时间提前2个小时。由于降水过程中强度的变化，使水沙过程线关系也发生相应的变化。

4、结论

通过对太行山区典型小流域水沙关系分析，流域产沙量与降水量之间存在较大的不确定性，在相同降水量和降水强度的情况下，产沙量最大相差10倍；最大流量和最大含沙量之间也存在较大的不确定性，最大相差20多倍。通过对该小流域多次降水量、流量、含沙量过程线分析，水沙关系的这种不确定性，主要是降水量在流域上分布不均，降水在时间和空间上的变化引起的。降水强度是造成土壤侵蚀的原动力，由于降水强度在流域上分布变化，致使监测断面水沙关系产生较大的不确定性。侵蚀产沙系统是一个极其复杂的非线性系统，要揭示不同尺度下侵蚀产沙过程的变化规律和普遍规律，还需要在理论上的进一步完善和观测手段的提高。

参考文献：

[1]叶守泽，詹道江.工程水文学[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

[2]张广军，赵晓光.水土流失及荒漠化监测与评价[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[3]陈松生，张欧阳，陈泽方等.金沙江流域不同区域水沙变化特征及原因分析[J].水科学进展，2008，19（4）：457-482.