退耕还林对志丹水文站径流的影响

杨 洁

（陕西省延安水文水资源勘测局，陕西 延安 716000）

1 概况

1.1 退耕还林概况

志丹县开展退耕还林建设从2002年～2017年持续近20年，2002年8月6日，时任国务院总理的朱镕基在延安提出“退耕还林、封山绿化、个体承包、以粮代赈”的十六字方针。相关数字显示，截至2017年底，志丹县完成国家上一轮（2002年～2013年）退耕还林面积115.53万亩，其中，退耕地还林62.51万亩（生态林56.12万亩、经济林6.39万亩），荒山造林52.12万亩，封山育林0.9万亩；完成市级新一轮退耕地还林面积18.75万亩（生态林17.95万亩、经济林0.8万亩），已纳入国家计划面积11.7万亩。全县林草覆盖率由2002年的29%提高到71%以上；森林覆盖率较退耕前净增14.2个百分点，达到35.2%；水土流失综合治理程度达71.1%，土壤侵蚀量减少46.6%。由此志丹县水土保持治理大致可以分三个阶段：第一阶段，1951年～2002年为近似天然状态；第二阶段，2003年～2004年为过渡阶段；第三阶段，2005年～2017年为水土保持有效修复阶段。

1.2 流域概况

周河又名周水河，为北洛河左岸一级支流，发源于靖边县周家嘴的饮马坡，从延安市志丹县顺宁乡的大摆沟入境，在该县永宁乡的川口入洛河。流经志丹县的顺宁、周河、保安、双河、永宁五乡镇，64个行政村。周河总长81.3 km，境内河长59.4 km，总流域面积1336 km2，境内流域面积1100.5 km2。河流比降平缓，平均比降为3.60‰，河道宽阔，平均宽度达100 m。区域气候属于中温带半湿润—半干旱区，具有明显的大陆性季风气候特征，冬季寒冷干燥，春季干旱多风，夏季旱涝相间，秋季温凉湿润。年平均气温7.9℃～10.6℃，平均降水量489.2 mm，无霜期145 d～209 d，年蒸发量1100 mm～1200 mm，常年结冰期达60 d以上。上游地形分布有高山、峡谷及荒滩，坡度变化大，流域植被较差，水土流失严重，河流两岸地表为黄绵土、淤沙土、盐碱土等。主要支流有厂岔沟，驸马沟，保娃沟，纸坊沟，孙岔沟，麻子沟，土墩台沟，康家沟等。主干河道上至土墩湾，下至康家沟之间，两岸有块台地，由于河流比降平缓，又是沙砾石河床，没有固定式河槽，河水来回倒置掏刷两岸台地，在刘坪到川口一段特别严重。流域区平均侵蚀模数10000 t/km2，年输沙量750万t。志丹水文站始建于1960年8月，地处陕西省延安市志丹县城关镇，是黄河流域北洛河一级支流，是周河上重要控制站。

本文对志丹水文站收集的降水径流序列水文资料进行分析。志丹水文站具有周河流域降水径流资料1964年～2017年共计44年观测资料。

2 基本规律分析

2.1 降水序列基本规律分析

对周河流域降水系列年际变化趋势基本规律进行分析研究。采用志丹水文站资料，以时间1964年～2017年为横轴，年降水量为纵轴绘制志丹水文站多年降水量变化曲线。多年降水量变化过程见图1。

图1 1964年～2017年志丹站降水序列

由图1可知，研究区域年降水量的多年平均值为491.8 mm，最大 740.1 mm（2013年），最小 242.8 mm（2004年），全区年降水量较平稳，变化不大。

2.2 径流序列基本规律分析

统计志丹水文站1964年～2017年期间年径流量序列，以时间年1964年～2017年为横轴，年径流量为纵轴绘制流域多年年径流量变化曲线。多年径流量变化过程见图2。

图2 1964年～2017年志丹站径流序列

由图2可知：志丹站多年平均径流量为0.2680亿m3。径流序列极大值、极小值变化剧烈，最大值0.6530亿m3（1977年），最小值0.0724亿m3（2015年）。径流序列不稳定，且2005年～2017年平均径流量为0.1176亿m3远远小于44年平均径流量0.2680亿m3和1964年～2004年平均径流量0.3157亿m3。

3 影响径流的因素分析

引起径流变化的原因是多方面的,但可归为3类。①自然因素,主要指气候变化，降水和蒸发直接影响河川径流的形成和变化。降水形式、总量、强度、过程以及在空间上的分布，都会影响河川径流的变化。②流域的下垫面因素，下垫面因素主要包括地貌、地质、植被、湖泊和沼泽等；③人为因素，主要指各种人类生产活动。例如，通过人工降雨、人工融化冰雪、跨流域调水，以及植树造林。

本文研究为周河流域，故排除地貌变化引起的径流量变化。绘制1964年～2017年降雨、径流序列，见图3。

图3 1964年～2017年志丹站降水径流序列

由图3可知：降水量与径流量丰枯变化一致。可见降雨量是影响径流的关键因素。但从2005年～2017年年降水量与年径流量曲线之间出现明显背离。可以判定此12年多年降水量值虽然变化不大但多年径流量明显偏少。

4 降雨径流关系

根据志丹水文站1964年～2017年期间降雨、径流资料，以44年累积降水量为横坐标，44年累积径流量为纵坐标，绘制出44年的降雨径流双累积曲线，见图4。

图4 多年平均降雨径流双累积曲线

由图4可知：研究区域降雨径流关系在2005年有一个明显的突变点，通过多年水文数据计算：44年平均径流量0.2680亿 m3，1964年 ～2004年平均径流量 0.3157亿 m3，2005年～2017年平均径流量为0.1176亿m3。多年平均降雨量几乎无变化，排除降雨过程造成的突变，那么可判断突变是由径流量突变造成的。

5 退耕还林前后相同降雨量和雨强下径流变化

在降雨变化不大的情况下，为研究志丹径流过程变化究竟有多大，本文对1964年～2017年的8次降雨量与降雨强度基本相同（P=18.0 mm～22.2 mm，I=3.2 mm/h～4.4 mm/h）的降水过程进行对比分析，绘制径流量过程线，见图5。

图5 相同降雨量和雨强下流量过程线

由图5可知：研究区域流量过程线在1964年～2002年洪峰在500 m3/s上下，2007年和2010年则明显减少至100 m3/s上下。进一步证明了2005年以后相同降雨过程产流明显低于2005年以前，流量变化明显。同时1964年、1966年、1970年、1973年、1991年、2002年曲线所围成的面积远远大于2007年和2010年曲线所围成的面积，面积越大表明其产流量也越大。

综上可得，1964年～2004年水土流失严重，无植被截流，降雨量很大一部分直接产流；2005年～2017年植被覆盖面积增加，植物截流，一部分降雨下渗，从而产流量减少。

6 结论

通过对志丹水文站1964年～2017年共44年实测资料进行系统降水序列及径流序列的变化规律，利用降雨径流双累积曲线法分析志丹水文站年径流量，得出退耕还林可有效减少大洪水的形成，避免山洪灾害的爆发。