人类活动对洮河水沙的影响分析

1、人类活动对洮河一红旗水文站水沙变化的影响分析景春刚苟斌(临洮水文水资源勘测局，甘肃临洮730500)摘要：本文通过对洮河-红旗水文站1971-2000年实测降水、径流、输沙及含沙量的分析，根据含沙量距 平累计值的变化特性，将该站分析时段内的水沙变化划分为4个阶段，并以第I阶段(1971-1974)为基准， 对比分析第II、III、IV各阶段的水沙变化情况。根据含沙量距平累计值划分时段可以更好地反映河流水沙 变化的特征。分析表明：红旗站30年内的年均降水量、输沙量、径流量和含沙量分别为306.2mm、26 1 40 1 9 . 0X104t、5 2 2 8 66 . 9X 104m3、5.89k

2、gm-3。与第 I 阶段相比，II、III阶段的年输沙量增加 53.9%和 17.2%， 径流量增加51.8%和24.7%，而第IV阶段的年输沙量减少38.0%，径流量减少15.1%；降水、径流量和输沙 的年内变化较年际变化显著，其年际变差系数分别为0.3和0.3、和0.7。由计算结果可知，该控制区域内 的径流量年际变化较小，而输沙量受频繁、剧烈的人类活动的影响，变化显著。关键词:洮河输沙量人类活动距平累计变化分析随河水运动和组成河床的松散固体颗粒叫做泥沙。河流泥沙主要 来源于两个方面，一是降水形成的地面径流侵蚀流域地表造成的水土 流失；二是河道水流在流动的过程中，沿程不断地冲刷河床和河岸，

3、以补充水流挟沙之不足，上游河槽冲刷而来的这部分泥沙，随同流域 地表侵蚀而来的泥沙一道，就构成河流输移泥沙的总体【1】。近几十年来，频繁、剧烈的人类活动通过改变流域下垫面等对流 域环境和水文过程产生较大的影响，严重影响了河流泥沙的来源和河 流的输沙过程，其中，人类活动造成的水土流失、水土保持以及流域 内日益增多的水利工程是影响河流泥沙的主要因素【3】。红旗水文站 水、沙量的变化同样与流域内人类活动的影响存在密切联系。1、区域概述洮河是黄河上游第二大支流，发源于青海省河南蒙古族自治县西 倾山东麓，流经甘肃省碌曲、临潭、卓尼、岷县、临洮等县，于永靖 县境内汇入黄河，其主要支流有周科河、科才苦河、下巴

4、沟、车巴沟、 大峪沟、迭藏河及广通河等。干流河道长699km,流域面积25527km2, 多年平均流量172m3/s，年输沙量2880万吨，平均含沙量5.5kg/m3, 仅为黄河流域平均数的1/6，是一条多水少沙的河流，为甘肃中部提 供了丰富的水资源。洮河流域地跨甘南高原和陇西黄土高原两大地貌 单元，甘南高原除有森林覆盖外，大部分为平坦开阔的草滩和山坡草 场；陇西黄土高原处于黄土高原西部，黄土覆盖深厚，丘陵起伏，地 形破碎，植被稀少，水土流失严重，是洮河泥沙的主要来源区。该流 域气候虽属大陆性，但因受青藏高原和蒙古高原气候交绥的影响，大 部地区湿润多雨，降水量较大，除最北部年降水量近400mm

5、外，其余 90%以上的地区年降水量均在600mm以上，有些地区则高达800-900mm【2】。2、降水、径流及输沙量的变化河流输沙量的变化与上游地区的来沙量、支流泥沙的汇入量、河 床的冲淤变化以及沿河引水带走的泥沙量和河道采砂等诸多因素有 关【3】。2.1降水、径流及输沙量的年内变化从图1可以看出，该站降水、径流及输沙量在年内均呈先增后减的变 化过程，年内4-10月降水、径流和输沙的量均占全年的96%、81%和 95%；三者的年内最大值分别出现在7月、9月和8月，变化明显。 通过计算得出，降水、流量和输沙量的年内变差系数分别为：1.0、 0.6和1.1。在降水最多的7月份，径流量和输沙量并未达

6、到年内最 值，这主要是因为洮河流域的径流主要来源于地表水资源的补给；该 流域中、上游地区水源涵养能力强，河流水量增加较快，含沙量增加 不大，是洮河径流量的主要补给区；下游地区植被较差，水土流失严 重，水量增加少，而含沙量增加较快，是洮河主要的产沙区。不同区 域的降水，致使河流的水沙增加量不同，从而表现出图1中变化不一 的现象。2.2降水、径流及输沙量的年际变化图2显示的是1971-2000年红旗水文站年降水、径流和输沙量的 变化过程。为了更清楚的凸现输沙量的变化情况，根据输沙量距平累 计值变化曲线将其进行分段，以第I阶段（1971-1974年）作为基期， 来对比分析第II阶段（1975-198

7、1年）、第III阶段（1982-1993年） 和第W阶段（1994-2000年）该站水沙的变化情况。从图2可以看出，该控制区的年降水量和年径流量自上世纪70 年代以来，基本上在同一轴线上下随机波动，没有明显的趋势性变化， 且两者的变化基本一致，计算得知两者的年际变差系数均为0.3,这 是因为该河流的补给主要来源于流域内的天然降水；另外，该河流的 年径流量1987年后期较前期有相对减小的趋势。该站研究时段内的输沙量呈阶段性变化，与基期相比，第II、 III阶段的输沙量呈上升趋势，而在第W阶段又明显的下降。究其原因 主要是受上游来沙量的变化和人类活动的影响；I、I阶段输沙量增 大，主要是在该时段内

8、，随着社会经济的发展和人口的增长，流域开 发强度日益加剧一开荒垦地、加大建设，忽略了环境保护，造成水土 流失，导致河流输沙量增加。而自上世纪90年代起，在洮河干流上 先后修建了三甲、九甸峡、海奠峡等多座阶梯型电站，这些水利工程 的修建是导致河流输沙量减少的主要因素；另外，在该阶段各地政府 高度重视水土流失的治理，采取各类水土保持措施，取得了显著成效。 以上这些人类活动致使在第W阶段洮河输沙量呈下降趋势。3、不同时段洮河的水沙特征在1971-2000年的30年间，根据红旗水文站实测数据计算得出， 该站多年平均降水量为306.2mm，平均输沙量为20 1 40 1 9 . 0X 104t， 平均径

9、流量为522866.9X 104m3，平均含沙量为5.89kg.m-2,，单位降水产沙量和产流量分别为8537.01X04t.mm-1和1707.6X 104m3.mm-1， 各时段河流的水沙变化和水文特征详见表1。表1:不同时段洮河降水与径流、泥沙特性平均降水量 平均输沙量平均径流量平均含沙量 单位降水产沙量单位降水产流量时段起止年份年数分段/mm年/104t年/104m3年/kg.m-3年/104t.mm-1年/104m3.mm-1年1971-19744I316.32226441.6366290.66.087039.01158.01975-19817II298.63426161.15559

10、34.66.2511474.11861.81982-199312III295.52608552.8456799.05.718827.61545.91994-20007IV309.71381276.8311035.14.444460.01004.31971-200030-306.22614019.0522866.95.898537.01707.6由表2可知，与基期相比，第Il.m两阶段的输沙量分别增加53.9%和17.2%，径流量分别增加51.8%和24.7%，输沙量和径流量增长速 度基本持平，说明该两阶段河流的泥沙主要来源于降水和人类开发流 域造成的水土流失，而水利工程的影响相对薄弱；第W阶段

11、，输沙量 减小38%，而径流量减小15.1%，输沙量的减小量约为径流的减小量 2.5倍，究其原因，主要是上游水利工程（电站库区）对泥沙的拦截， 致使部分泥沙沉淤于库区，致使河流含沙量减小；但是，各电站库容 有限，当蓄水达到一定库容后，其对水量的调节将会减弱，也就导致 水利工程对泥沙拦蓄能力大于对径流的影响，所以才有第W阶段泥沙 的减少量比径流的减少量显著。本结果与冉大川等研究的结论相似， 其研究表明，同期人类活动减少洪沙量的幅度更大，为径流减少幅度 的2倍左右【4】。表2：不同时段与第I时段相比的水沙变化年均降水变化量年均输沙变化量 年均径流变化量年均含沙变化量单位降水产沙量变化量单位降水产流

12、量变化量/mm/104t/104m3/kg.m-3/104t.mm-1/104m3.mm-1年%年%年%年%年%年%II17.75.61199719.553.9189644.051.80.22.84435.163.0703.860.8III20.86.6382111.217.290508.424.7-0.4-6.11788.625.4387.933.5V6.62.1-845164.8-38.0-55255.5-15.1-1.6-27.0-2579.0-36.6-153.7-13.3研究区不同时段的降水量变化不大，各阶段的降水均小于基期； 而单位降水产沙和产流量的变化比较显著；与基期相比，第ii

13、、m、 W三个阶段的单位降水产沙量变幅为63.0%、25.4%和-36.6%；单位降水产流量的变化量为60.8%、33.5%和-13.3%。4、结语根据含沙量距平累计值进行河流水沙变化分析，可以直观地显示 出降水、径流及泥沙的变化，从而更能表现相应时段研究区的水文特 征。本文通过分析来阐述人类活动，特别是水利工程对洮河水沙变化 的影响，与基期相比，第n.m两阶段河流输沙量逐年增长，主要是 由于经济社会的发展，导致流域的开发利用，造成严重的水土流失， 致使河流含沙量增大；第w阶段输沙量的减少则主要是因为大量水利 工程对泥沙的拦截及各地政府对水土保持的重视。区域内，降水及输沙量的年内变化比径流量的变化较为明显，而 在年际，输沙量的变化较降水和径流量的变化突出，降水及径流量基 本持平，变幅较小。作者简介：景春刚（1979-），男，甘肃临洮人，工程师，主要从事水文水资源利用和评价工 作.苟斌（1990-），男，甘肃临洮人，助理工