柳河泥沙演變規(guī)律分析

聞紹珂

(遼寧省水文水資源勘測(cè)局，遼寧 沈陽(yáng)110003)

1 流域概況

柳河是遼河下游右側(cè)較大的一條支流，發(fā)源于內(nèi)蒙古奈曼旗雙山子?xùn)|坡朝陽(yáng)溝。流經(jīng)內(nèi)蒙古的庫(kù)倫旗、科左右旗及遼寧省阜蒙縣、彰武縣、新民市，在新民市城南王家堡村附近注入遼河。內(nèi)蒙境內(nèi)的烏根稿河、養(yǎng)畜牧河是柳河上游的兩條主要支流。柳河經(jīng)中游彰武水文站，于下游新民站以下匯入遼河，全長(zhǎng)297 km，新民以上集水面積為6 759 km2。柳河中上游，有3座攔沙堰、1座大型水庫(kù)，即白廟子、三家子、石門子攔沙堰、鬧得海水庫(kù)，其中，白廟子、三家子兩水文站坐落在內(nèi)蒙境內(nèi)。

柳河上游多為低山丘陵區(qū)、沙崗坨甸區(qū)，境內(nèi)丘陵起伏、溝壑縱橫，河道平均坡降在3.2‰～5.2‰之間。質(zhì)地以沙壤土和風(fēng)沙土為主，土質(zhì)松散無(wú)結(jié)構(gòu)。養(yǎng)畜牧河流域內(nèi)分布著大面積的流動(dòng)沙丘，屬科爾沁沙漠延伸地。境內(nèi)植被很差。柳河鬧得海水庫(kù)站以下為沿河平原區(qū)，河道平均坡降在1.1‰～1.9‰之間。柳河流域多年平均降水量為460 mm，上游區(qū)低于400 mm，水土流失非常嚴(yán)重。

2 柳河泥沙歷史演變規(guī)律

柳河素有“第二黃河”之稱，含沙量巨大，特別是柳河的上游內(nèi)蒙地區(qū)支流更為突出，烏根稿河的白廟子站，多年平均含沙量為78.1 kg/m3，歷年最大含沙量為1 030 kg/m3;養(yǎng)畜牧河三家子站歷年最大含沙量為1 580 kg/m3。柳河下游新民站多年平均徑流量為2.650億 m3，多年平均輸入遼河的懸移質(zhì)泥沙量為488萬(wàn) t，遼河干流鐵嶺站多年平均年輸沙量為1 380萬(wàn) t，柳河占遼河輸沙的35.4%。柳河是遼河泥沙的主要來(lái)源，是導(dǎo)致遼河下游淤積嚴(yán)重、行洪能力減小、防洪任務(wù)嚴(yán)峻主要因素，見(jiàn)表1。

柳河含沙量歷年變化可分為三個(gè)階段，即1956～1979年(六七十年代)、1980～1990年(八十年代)、1991～2000年(九十年代)。從這三個(gè)階段看，各站八十年代與六七十年代比，含沙量下降很多，鬧得海水庫(kù)站下降最大為54.9%，九十年代與八十年代比，除白廟子站以外，其余各站含沙量繼續(xù)下降，下降幅度最大的三家子站為67.7%，詳見(jiàn)表2。

筆者通過(guò)資料分析得到了柳河年輸沙量與年徑流量的相關(guān)關(guān)系。用鬧得海水庫(kù)站累計(jì)年徑流量和累計(jì)年輸沙量，建立相關(guān)圖，相關(guān)線的拐點(diǎn)位于1974年。

下部直線方程為 y1=13.555 x1+28 969=0.988 8。x1為1974年以前鬧得海水庫(kù)站累計(jì)年輸沙量(萬(wàn)t);y1為1974年以前鬧得海水庫(kù)站累計(jì)年徑流量(萬(wàn)m3)。

上部直線方程為y2=31.254 x2-721 575，=0.982 2。x2為1974年以后鬧得海水庫(kù)站累計(jì)年輸沙量(萬(wàn)t);y2為1974年以后鬧得海水庫(kù)站累計(jì)年徑流量(萬(wàn)m3)。

通過(guò)表1、表2、圖1可以看出，含沙量、輸沙量隨年代的增加有減小的趨勢(shì)。

圖1 柳河流域水系圖

3 泥沙減小原因分析

3.1 發(fā)生大暴雨洪水的頻率降低

降雨是造成水土流失的主要因素，是土壤侵蝕的動(dòng)力。柳河年降雨量較小，且降雨多為汛期幾場(chǎng)短歷時(shí)暴雨，這樣的暴雨雨量大、強(qiáng)度大、動(dòng)能大，易形成超滲產(chǎn)流，將地表土壤顆粒碰撞、濺起、推移，隨著山洪下瀉，造成嚴(yán)重的水土流失。如1994年7月13日大暴雨，柳河上游的哈達(dá)營(yíng)子站是暴雨中心，雨量為281 mm，致使石門子、白廟子、三家子、鬧得海水庫(kù)4個(gè)站的1994年年輸沙量分別為445、343、191、1 850萬(wàn) t，分別占 1991—2000年 10年間輸沙量總和的33.4% 、33.1% 、25.5% 、41.7% 。再以鬧得海站為例，1980年至2000年21年間，年徑流總量超過(guò)3億 m3的有3年，而這3年的輸沙總量為6 100萬(wàn) t，占21年輸沙總量的53.4%。

綜上所述，降雨量與降水強(qiáng)度直接影響沙量的變化，只是近20年來(lái)發(fā)生大暴雨的頻率有所降低，導(dǎo)致這段時(shí)間輸沙大幅度較小。

另外，鬧得海水庫(kù)站每年10月1日關(guān)閘蓄水，翌年6月1日閘門全開(kāi)，同天然河道。因此，水庫(kù)的淤積量很小。

表1 柳河各站多年平均水沙特征值統(tǒng)計(jì)表

表2 柳河各站含沙量、輸沙量統(tǒng)計(jì)表表

圖2 柳河鬧得海水庫(kù)站水量沙量相關(guān)

3.2 水保措施預(yù)防了水土流失

1974年國(guó)務(wù)院召開(kāi)北方各省農(nóng)業(yè)會(huì)議，當(dāng)年中央會(huì)議精神，阜新市興建大規(guī)模的農(nóng)田基本建設(shè)高潮，修梯田，興建水利工程，特別是1983年柳河列為全國(guó)八大重點(diǎn)治理區(qū)之一，重點(diǎn)治理區(qū)就在阜新縣八家子鄉(xiāng)附近，恰是柳河上游在遼寧境內(nèi)的集水區(qū)，境內(nèi)所轄總面積1 255 km2。有水土流失面積805 km2，1983年以前治理了202 km2。1983年開(kāi)始小流域綜合治理，規(guī)劃治理面積為732 km2，共計(jì)62條小流域。多年來(lái)，柳河上游開(kāi)展了大規(guī)模的水土保持綜合治理工作，治理成果較為顯著。從1984—1993年10年期間，累計(jì)治理面積70 100 hm2，保存治理面積 56 466 hm2，治理保存率為80.5%，其中各項(xiàng)措施治理保存面積為:水平梯田4 729 hm2，坡式梯田13 333 hm2，耕作梯田1 124 hm2，造林 22 767 hm2，種草 4 557 hm2，牧場(chǎng)改良 7 994 hm2，果樹(shù) 719 hm2，封山育林375 hm2，閘溝造地146 hm2，風(fēng)蝕地治理238 hm2，谷坊12 253座，塘壩 50座，小河道 3.69萬(wàn) m，環(huán)山水平溝520.3萬(wàn) m，作業(yè)路 51.2萬(wàn) m。

根據(jù)1993年阜新市水利局編寫的《國(guó)家重點(diǎn)治理區(qū)柳河流域水土保持小流域綜合治理十年總結(jié)材料匯編》中計(jì)算的柳河各項(xiàng)水保措施(水平梯田、坡式梯田、耕作措施、果樹(shù)梯田、造林、人工種草、牧場(chǎng)改良、封山育林、閘溝造地、風(fēng)蝕地治理、谷坊、塘壩等)實(shí)施后計(jì)算年保土總量達(dá)到286萬(wàn)m3，占柳河衰減量490.6萬(wàn) m3的58.2%。阜新市水利科學(xué)研究所對(duì)阜新縣哈達(dá)戶稍鄉(xiāng)的 石金皋小流域把仕溝連續(xù)三年進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)得侵蝕模數(shù)由治理前的3 000 t/km2減少到12 t/km2。這些措施足以使含沙量、輸沙量減小。

4 泥沙來(lái)源及沿程變化

4.1 泥沙來(lái)源

從表1可以看出，多年平均含沙量以白廟子站最大，為78.1 kg/m3，是石門子站的2.8倍，其流域面積只為石門子站的七分之一。多年平均徑流量以石門子站最大(三家子、白廟子、石門子三站比較)，為1.426億 m3。是三家子站的1.6倍，是白廟子站6.6倍?？梢?jiàn)在各支流中以烏根稿河的輸沙能力為最強(qiáng)。多年平均輸沙量三家子站占鬧得海以上來(lái)沙的38%，白廟子站占15%，石門子站占36%，三+白+石(三家子、白廟子、石門子三站)與鬧得海區(qū)間占11%。三家子、白廟子兩站之和占53%，而石門子站輸沙量的一部分(約三分之一)也來(lái)自內(nèi)蒙境內(nèi)，這樣，柳河上游泥沙的65%為內(nèi)蒙境內(nèi)的沙漠流沙，其余的35%為遼寧境內(nèi)丘陵區(qū)的黃土，這是定量指標(biāo)。

圖3 柳河水量沙量相關(guān)圖

從流域的自然地理?xiàng)l件也可以定性為內(nèi)蒙兩大支流為泥沙主要來(lái)源。因?yàn)轲B(yǎng)畜牧河和烏根稿河流域內(nèi)分布著大面積的流動(dòng)沙丘及半沙漠地帶，每年因西北風(fēng)向東南吹送，使大量泥沙進(jìn)入河道。柳河上游在遼寧的分支扣河子河，流經(jīng)黃土丘陵區(qū)，區(qū)內(nèi)植被較差，河谷兩岸為陡立的黃土，由于坡面徑流挾帶和河水沖刷岸腳，使大量黃土進(jìn)入河道，造成泥沙大量淤積。

4.2 泥沙的沿程變化

按照流域上下游的原則，考慮到三家子、白廟子、石門子三站為柳河上游匯流站，其三者的多年平均輸沙量之和為565萬(wàn) t，點(diǎn)繪柳河多 年平均輸沙量沿程變化過(guò)程線，從其變化趨勢(shì)來(lái)看，鬧得海站多年平均輸沙量值最大，其上游呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明輸沙能力在沿程增大，流域以沖刷為主，是泥的來(lái)源地。鬧得海站以下呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明輸沙能力在逐漸減小，以河道淤積為主，河床逐年抬高，給下游地區(qū)的防汛工作帶來(lái)了一定的困難。

5 結(jié)語(yǔ)

1)柳河流域(內(nèi)蒙境內(nèi)的烏根稿河除外)的泥沙1974年以后有明顯減小的趨勢(shì)。

2)泥沙減小的原因有兩個(gè)，一是發(fā)生大暴雨洪水的頻率降低，二是水保措施減少了水土流失。

3)柳河流域鬧得海水庫(kù)以上的泥沙有65%為內(nèi)蒙境內(nèi)的沙漠流沙，其余的35%為遼寧境內(nèi)丘陵區(qū)的黃土。

4)鬧得海水庫(kù)以上河段以沖刷為主，以下以淤積為主，河床逐年抬高，柳河平均每年向遼河排入泥沙量為488萬(wàn) t。

［1］詹道江，葉守澤.工程水文學(xué).中國(guó)水利水電出版社.2000.10.第三版.