窟野河流域径流输沙特性简析

由宇军，宋淑红，古明兴

（陕西省水文水资源勘测局，陕西 西安 710068）

1 流域概况

窟野河为黄河右岸一级支流，全河长242.0 km，流域面积8706 km2，河道比降2.6‰[3]，其中陕西省境内河长157.9 km，流域面积4071 km2，为我省境内较大流域之一。上游称乌兰木伦河，发源于内蒙古伊金霍洛旗苏布尔嘎镇阿尔胡德梁村杨家壕四组东南。干流略呈“丫”字型，河流总体流向为自西北向东南，在活鸡兔沟入河口进入陕西省境内；再向南，在房塔以西称为乌兰木伦河。最大支流悖牛川发源于内蒙古准格尔旗准格尔召镇乌兰哈达村神山活子，河流自河源向东南至暖水川入河口，向西南至沙家塔进入陕西省神木市。两河在房塔汇合后称为窟野河，流至陕西省神木市贺家川镇沙峁头村，从右侧汇入黄河。神木市城区以上河段，河谷宽广，漫滩及一级阶地发育，河床平缓，河床以砂砾石为主；神木-沙头上段，河床较平坦曲折，以泥沙质为主，岩岸与土岸相间，沿岸平地较多；沙头上-入黄口，水流深切曲折，岸高谷深。窟野河流域地势西北高、东南低，地处毛乌素沙地和黄土高原的过渡地带，由砾质丘陵区、沙质丘陵区和黄土丘陵区组成。上游为砾质丘陵区，新月形沙丘和沙梁绵延起伏，川道开阔，地势平缓，植被稀疏，人烟稀少，以畜牧业为主。中游为沙质丘陵区，位于流域东南部，地表支离破碎，沟壑纵横，植被极差。土壤侵蚀类型属于黄土丘陵沟壑区第一副区，是黄河流域水土流失最严重的区域。下游为黄土丘陵区，梁峁起伏，沟壑纵横。

流域多年平均降水量410 mm左右，多年平均径流总量为6.31亿m3，年平均径流深72.4 mm，年平均流量24.1 m3/s。窟野河流域水土流失严重，河流含沙量大，各测站多年平均含沙量为130～180 kg/m3，温家川水文站多年平均输沙量1.333亿t，实测最大日含沙量达1700 kg/m3（1958年7月10日），居全省各河之首。

2000年以来，流域内径流输沙特性发生了明显的变化，呈现出“雨多、水少、沙少”的趋势，近年来尤为明显。中游控制站神木站2013年年降水量642 mm，为实测系列第三大，与多年均值比较偏丰50%以上，径流量仅为2.52亿m3（60年实测系列中排位41位），与多年均值比较偏枯40%，输沙量132万t（60年实测系列中排位54位），与多年均值比较偏少90%。流域河口控制站温家川站2013年年降水量606.4 mm，为实测系列第五大，与多年均值比较偏丰50%以上，径流量仅为3.66亿m3（60年实测系列中排位42位）与多年均值比较偏枯40%，输沙量100万t（60年实测系列中排位53位），与多年均值比较偏少90%以上。本文采用窟野河流域神木水文站、温家川水文站两站系列资料及流域内下垫面变化资料对本流域径流输沙特性变化及其原因进行分析，为流域防汛抗旱、流域治理及水资源开发利用提供技术支撑。

2 径流输沙特性变化分析

2.1 年降水量变化分析

从点绘的神木、温家川历年面平均年降雨量柱状图（见图1、图2）可以看出年降雨量系列均值整体变化不大。从两站各年代年降雨量均值比较来看2000年以后年降水量均值略大于全系列均值和1980~1999年均值，略小于上世纪80年代以前均值（各年代年降雨量均值统计见表1）。从点绘的神木、温家川历年面平均年降雨量累积曲线图（图3、图4）可以看出曲线斜率趋势一致，说明系列资料一致性较好，年降雨影响因素未发生较大变化。

表1 各时段年降雨量均值统计表

图1 神木站以上历年年降雨量（面平均）柱状图

图2 温家川站以上历年年降雨量（面平均）柱状图

图3 神木站以上累积年降雨量（面平均）曲线图

图4 王道恒塔站以上累积年降雨量（面平均）曲线图

2.2 年径流量变化分析

从点绘的神木、温家川历年年径流量柱状图（见图5、图6）可以看出2000年以后年径流量明显偏小。从两站各年代均值比较来看2000年以后年径流量均值为全系列均值的40%左右，为1980~1999年均值的40%左右，为上世纪80年代以前均值的30%（各年代年径流量均值统计见表2）。从点绘的神木、温家川年径流量累积曲线图（图7、图8）可以看出曲线斜率在1997年左右发生变化，说明在1997年左右本流域产流影响因素发生了较大变化，年径流量明显变小。

表2 各时段年径流量均值统计表

图5 神木站年径流量柱状图

图6 温家川站年径流量柱状图

图7 神木站径流量累积曲线图

图8 温家川站径流量累积曲线图

2.3 年输沙量变化分析

从点绘的神木、温家川历年年输沙量柱状图（见图9、图10）可以看出1995年以后年输沙量明显偏小。从两站各年代均值比较来看窟野河输沙量1980年以前最大，1980年以后均值减少为1980年以前的60%左右，2000年以后年输沙量均值减少幅度明显变大，为全系列均值的6%~8%左右，为1980~1999年均值的6%~8%左右，为上世纪80年代以前均值的3%~5%（各年代年输沙量均值统计见表3）。从点绘的神木、温家川年输沙量累积曲线图（图11、图12）可以看出曲线斜率在1995年后明显变小，说明在1995年后本流域产沙影响因素发生了较大变化。

表3 各时段年输沙量均值统计表

图9 神木站年输沙量柱状图

图10 温家川站年输沙量柱状图

图11 神木站输沙量累积曲线图

图12 温家川站输沙量累积曲线图

2.4 年降雨径流、输沙量关系分析

（1）年降雨径流量关系分析

从点绘的神木、温家川年降雨量年径流量相关曲线（见图13、图14）可以看出2000年前后点距明显呈两个系列带状分布，从点绘两站年降水量径流量双累积曲线（见图15、图16）可以看出2000年前后曲线系列发生明显转折，综上可以说明窟野河流域年降雨径流关系在2000年前后发生了明显变化。

图13 神木站年降雨径流相关关系图

图14 温家川站年降雨径流相关关系图

图15 神木站年降雨径流量双累积曲线图

图16 温家川站年降雨径流量双累积曲线图

（2）年降雨输沙量关系分析

从点绘的神木、温家川年降雨量输沙量相关曲线（见图17、图18）可以看出1995年前后点距明显呈两个系列带状分布，从点绘两站年降水量输沙量双累积曲线（见图19、图20）可以看出1995年后后曲线系列发生明显转折，综上可以说明窟野河流域年降雨输沙关系在1995年后发生了明显变化。

图17 神木站年降雨输沙量相关关系图

图18 温家川站年降雨输沙量相关关系图

图19 神木站年降雨输沙量双累积曲线图

图20 温家川站年降雨输沙量双累积曲线图

3 变化原因分析

（1）地面植被增加。上世纪90年代末，国家推行了退耕还林还草等政策，地方政府也出台了相应的配套政策并投入大量资金，随着退耕还林项目的实施及社会经济结构、农业种植方式的显著改变，窟野河流域自然植被得到了良好有效恢复，植被覆盖率大幅增加，草地覆盖率增加36.1%，林地覆盖率增加110%。截止2008年神木县林草覆盖率达到50.8%，窟野河上游内蒙境内伊金霍洛旗和准格尔旗林草覆盖率分别达到86%和70%。上世纪80年代窟野河神木以上林草覆盖率为10%左右，神木以下为10%~20%。据调查上世纪80年代初乌兰木伦河大柳塔地区几乎看不到绿色，到处是移动沙丘和荒山秃岭。植被覆盖率的提高增加了降雨的蒸散发、截留及拦蓄水量，又起到了固沙作用，是流域内水沙俱减的重要原因之一。

（2）蓄水工程和水土保持工程兴建。随着当地社会经济的快速发展，水资源消耗急剧增加，流域内兴建或加固了各类蓄水、取水工程。目前，内蒙古自治区境内乌兰木伦河流域已修建中型水库1座，小(一)型水库2座,上游骨干坝32处，淤地坝11处。悖牛川已修建汇能电力公司沿河水库2座，水保骨干坝12处。陕西省境内共有水库5座，分别为常家沟水库、纳林水库、张三沟水库、牛定壕水库和石圪台水库。常家沟水库为中型水库，其余四座均为小型水库。从上世纪70年代至2015年（主要建设期1998~2005年），窟野河（神木市境内）先后建设加固各类淤地坝1837座，其中骨干坝66座，较大型拦泥坝10座，中小型淤地坝1761座。总库容25010万m3，可淤地77950亩。流域内神木市城区建设橡胶坝7座，大柳塔镇共用橡胶坝工程4座。上述蓄水工程的兴建增加了河槽的蓄水、拦沙量和蒸发量，也是流域内水沙减少的重要原因之一。

（3）煤矿开采。流域内分布着为数众多的煤矿企业，煤矿绝大多数位于山区，地形复杂，煤矿开采形成的巷道和采空塌陷区，严重破坏了地表水、地下水赋存的天然状态，部分地区破坏了地下不透水层，使得地表水渗入地下或矿坑，部分露天煤矿开采后形成蓄水池增加了流域的填洼及蒸发量，是流域内水沙减少的原因之一[4]。

（4）河道采砂取土。随着沿途城市建设的发展，窟野河流域河道采砂取土等现象较为突出，河道中规模不等的坑、洼、坎比比皆是，由于填洼作用导致洪峰、洪量急剧衰减，携沙能力大幅降低，大部分泥沙淤积在河道中，这也是窟野河流域水沙减少的原因之一[4]。

4 结论

2000年前后，窟野河流域径流输沙特性发生了显著变化，同样量级降雨径流量、输沙量显著减少。2000年以后年径流量均值为长系列均值的40%左右，年输沙量均值长系列均值的6%~8%左右，年降雨径流、输沙关系发生了明显变化。通过分析，主要有①地面植被增加②蓄水工程和水土保持工程兴建③煤矿开采④河道采砂取土等方面的原因。本文通过对流域降水径流、输沙关系变化及其原因进行分析，对本流域开展防汛抗旱、流域综合治理、水资源开发利用具有一定参考意义，并对黄河陕北段其它流域产汇流规律研究具有参考价值。

[1]詹道江、徐向阳、陈元芳著，工程水文学[M].中国水利水电出版社，2010.

[2]芮孝芳著，水文学原理[M].中国水利水电出版社，2004.

[3]席雅娟，窟野河流域水沙特性初步分析[J]，地下水，2004.9.

[4]马永来、高亚军、王玲、徐建华，窟野河流域实测水沙量锐减原因分析[J]，人民黄河，2011.11.

[5]戴明英、陈发中，窟野河水沙特性变化分析[J]，1999.8.