1980—2012年渭河源區(qū)水文演變趨勢(shì)分析

孛永明，李旭春，陳 瑾，王麗潔(定西市水土保持科學(xué)研究所，甘肅 定西 743000)

1980—2012年渭河源區(qū)水文演變趨勢(shì)分析

孛永明，李旭春，陳 瑾，王麗潔
(定西市水土保持科學(xué)研究所，甘肅 定西 743000)

徑流；泥沙；植被；水文演變特征；渭河源區(qū)

渭河源區(qū)是渭河重要的水源補(bǔ)給區(qū)，也是黃土高原水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一?；谇逶春游荚凑?980—2012年水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析徑流變化、河道泥沙變化、產(chǎn)沙量與歸一化植被指數(shù)(NDVI)的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明：渭河源區(qū)徑流量年際波動(dòng)較大，總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，2000年后減少明顯；5—10月份是一年中徑流量較大的時(shí)段，這與降水量的分布較為一致；渭河源區(qū)河道含沙量總體處于降低的趨勢(shì)，5—9月份河道含沙量較高，這與植被生長和降雨有關(guān)；隨著NDVI值的增加，河流含沙量呈現(xiàn)明顯減少趨勢(shì)。

渭河是黃河的第一大支流，發(fā)源于定西市渭源縣西南，流經(jīng)甘、陜、寧三省區(qū)，至陜西潼關(guān)匯入黃河，干流全長818 km，是沿線地區(qū)重要的生產(chǎn)生活用水源，在西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位，在黃河治理開發(fā)中具有重要影響。受地質(zhì)狀況特殊、環(huán)境條件嚴(yán)酷、人為破壞嚴(yán)重等影響，渭河源區(qū)成為全國最貧困的地區(qū)之一，也是黃土高原水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。渭河源區(qū)渭河干流長66 km，渭河水文變化和演變趨勢(shì)對(duì)渭河源區(qū)生態(tài)環(huán)境治理、群眾生活條件改善具有重要影響。本研究采用清源河渭源站1980—2012年水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析徑流變化、河流泥沙變化、含沙量與歸一化植被指數(shù)(NDVI)的相關(guān)關(guān)系，探討渭河源區(qū)徑流量及含沙量減少的原因，以期為渭河源區(qū)的水土保持工作提供數(shù)據(jù)支持。

1 渭河源區(qū)概況

渭河源區(qū)位于甘肅省中部、定西市中西部、渭源縣西南部，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)104°02′～104°49′、北緯33°26′～35°07′之間，土地總面積1 206 km2，海拔2 076～3 328 m，地形總體南高北低，以山地和黃土丘陵溝壑地貌為主。地層巖性以上古生代的海陸交相互層的灰?guī)r、砂巖、泥炭、泥巖為主，在北部主要是新生代第三紀(jì)的紅色巖層和第四紀(jì)的黃土。屬溫帶半濕潤和中溫帶半干旱區(qū)，大陸性氣候特征明顯，多年平均氣溫5.9 ℃，極端最高氣溫30.5 ℃，極端最低氣溫-20.1 ℃，無霜期166 d，多年平均降水量492.3 mm，多年平均蒸發(fā)量1 119.2 mm。土壤類型豐富，南部秦嶺山區(qū)分布有黑土、灰褐土、黑鈣土、山地草甸土等，北部黃土丘陵溝壑區(qū)主要有黑土、麻壚土、黃綿土等。

渭河源區(qū)水土流失面積占土地總面積的91.2%，土壤侵蝕模數(shù)5 100 t/(km2·a)。長期嚴(yán)重的水土流失，使土層變薄、水源涵養(yǎng)功能減弱，把流域廣大地區(qū)切割得支離破碎、千溝萬壑，人們的生存環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。特別是原有植被的破壞，加劇了干旱、洪澇及其他自然災(zāi)害的發(fā)生。渭河源頭區(qū)的森林植被和高山草地是渭河流域水源涵養(yǎng)區(qū)，但目前森林整體質(zhì)量不高，源頭區(qū)殘存不多的天然次生林，自我調(diào)節(jié)能力和涵養(yǎng)水源、保持水土的能力低下，功能失調(diào)，而人工林以近年新造的幼林居多，郁閉成林部分占比很小，尚難以發(fā)揮明顯的蓄水保土作用。

2 徑流變化及發(fā)展趨勢(shì)

圖1為1980—2012年渭河源區(qū)年徑流量變化特征。由圖1知，1980—2012年徑流量波動(dòng)較大，多年平均年徑流量為2 016萬m3，年徑流量最大值出現(xiàn)在1984年，達(dá)到4 325萬m3，最小值出現(xiàn)在1997年，僅為444萬m3。整體來看，渭河源區(qū)年徑流量變化呈持續(xù)減少趨勢(shì)，可分為幾個(gè)時(shí)間段，其中：1980—1990年平均年徑流量為2 513萬m3，1991—2000年為1 820萬m3，2001—2012年為1 723萬m3。以這3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析，1980—1990年平均年徑流量較大，期間當(dāng)?shù)刂脖黄茐妮^為嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)開墾程度較高；1991—2000年水土保持措施實(shí)施后，年徑流量明顯減少；2000年以后當(dāng)?shù)貙?shí)施了大規(guī)模的退耕還林還草工程，年徑流量呈現(xiàn)繼續(xù)減少趨勢(shì)，其中2001—2005年平均年徑流量為1 864萬m3，2006—2010年平均年徑流量為1 563萬m3。上述數(shù)據(jù)表明水土保持措施實(shí)施后，渭河源區(qū)徑流得到了有效攔蓄。

圖1 1980—2012年渭河源區(qū)年徑流量變化特征

圖2為1980—2012年渭河源區(qū)月平均徑流量變化特征及標(biāo)準(zhǔn)差。由圖2可知，5—10月是一年中徑流量較大的時(shí)段(特別是6—8月)，這與當(dāng)?shù)亟邓康姆植驾^為一致。此外，渭河源區(qū)月徑流量年際波動(dòng)較大，5—10月徑流量變異系數(shù)分別達(dá)到75%、81%、78%、77%、82%、72%。

圖2 1980—2012年渭河源區(qū)月平均徑流量變化特征及標(biāo)準(zhǔn)差

3 河道泥沙變化及發(fā)展趨勢(shì)

圖3反映了1981—2012年渭河源區(qū)河流年平均含沙量的變化特征。1981—2012年含沙量平均值為3.04 kg/m3，最大值為1991年的15.9 kg/m3，最小值出現(xiàn)在2005年，僅為0.32 kg/m3。同徑流量一樣，河流含沙量也存在較為明顯的年際變化，但總體而言，除1991、1996年含沙量較高以外，其他年份含沙量波動(dòng)相對(duì)較為平緩，總體呈減少趨勢(shì)。其中，1981—1990年平均含沙量為3.35 kg/m3，1991—2000年平均含沙量為4.87 kg/m3，含沙量增加主要受1991、1996年含沙量出現(xiàn)高值影響；2001年以后河流含沙量總體較低， 且呈繼續(xù)減少趨勢(shì)，2001—2005年平均含沙量為1.71 kg/m3，2006—2010年平均含沙量為0.93 kg/m3。渭河源區(qū)河流含沙量最低值出現(xiàn)在2000年大規(guī)模退耕還林還草工程實(shí)施以后，可見水土保持措施的實(shí)施對(duì)減少入河泥沙量起到了非常重要的作用。

圖3 1981—2012年渭河源區(qū)河流含沙量變化特征

圖4為1981—2012年渭河源區(qū)河流月平均含沙量的變化特征。從圖中可以看出，1、12月含沙量最低，而5—9月含沙量較高(平均值為7.18 kg/m3)，尤其是5月份最高，達(dá)到11.04 kg/m3。5月份含沙量高主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)植被剛開始生長，尚未完全覆蓋地表，期間降水量又相對(duì)較多(達(dá)到63.8 mm)，遇降雨在缺少植被保護(hù)的條件下極易造成產(chǎn)流產(chǎn)沙。因此，當(dāng)?shù)卮笠?guī)模的土方開挖或施工活動(dòng)應(yīng)盡量避開5月份，同時(shí)應(yīng)繼續(xù)大力加強(qiáng)林草植被建設(shè)。

圖4 1981—2012年渭河源區(qū)河流含沙量月變化特征

4 產(chǎn)沙與植被的耦合分析

圖5為1997—2000、2001—2005、2006—2010年3個(gè)時(shí)段渭河源區(qū)河流含沙量和歸一化植被指數(shù)(NDVI)的關(guān)系。由圖5知，隨著NDVI值的增加，河流含沙量呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)。這一關(guān)系表明，在渭河源區(qū)大規(guī)模實(shí)施的退耕還林還草工程，提高了植被覆蓋度，減少了入河泥沙量，可見植被建設(shè)對(duì)減少河流泥沙、提高水土保持功能具有重要作用。

圖5 1997—2000、2001—2005、2006—2010年渭河源區(qū)河流含沙量和NDVI值的關(guān)系

(責(zé)任編輯 李楊楊)

P333;S157

A

1000-0941(2017)08-0058-02

孛永明(1981—)，男，甘肅通渭縣人，高級(jí)工程師，主要從事水土保持科研及監(jiān)測(cè)工作。

2017-03-15