承德市潮河流域泥沙特性分析

張伍民

（河北省承德水文勘測研究中心，河北 承德 600700）

1 概況

1.1 自然地理

潮河流域地處燕山沉降帶北緣，在內(nèi)蒙古高原與燕山地槽的地質(zhì)過渡帶內(nèi)，北接內(nèi)蒙古高原壩上，南鄰華北平原，燕山和陰山山脈橫貫流域南北。

潮河干流發(fā)源于豐寧縣上黃旗哈拉海溝，經(jīng)過豐寧縣城、灤平部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)與潮白河水系的另一條支流安達木河匯合入密云水庫，全長253 km，在承德市境內(nèi)185.8 km，流域面積4 787 km2，占潮河流域總面積的78.4%，河道平均縱坡5.7‰。

1.2 水文氣象

流域?qū)俸疁貛蚺瘻貛н^度、半干旱向半濕潤過渡的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，具有四季分明、干濕顯著、雨熱同季的特點。多年平均氣溫7.3~10.3 ℃，年日照時數(shù)2 703~2 847 h，無霜期120~153 d，年大風(fēng)日數(shù)由北部高原的120~130 d向南部逐漸遞減至100 d左右，多年平均降雨量470~731 mm，主要集中在主汛期6—9月，降水量約300~650 mm，占全年降水量的64%~89%。5—10月為暴雨洪水多發(fā)季節(jié)，并伴有泥石流的發(fā)生。

流域內(nèi)徑流隨降水量條件而變，多年平均徑流深自北向南逐漸遞增，最大徑流量主要集中在7—8月，占全年總徑流量的70%左右。洪水特性暴漲暴落，洪峰流量大。

1.3 土壤植被

流域內(nèi)共有7 個土類，13 個亞類，50 個土屬，近130種土壤。土類中以棕壤和褐土分布最為廣泛，占土壤總面積的80%以上，其次為潮土、草甸土和風(fēng)沙土。風(fēng)沙主要分布在海拔較高的的山地，褐土主要是淋溶褐土和褐土性土，多分布在山麓和坡腳，草甸土主要分布在海拔1 700 m以上的山梁上，風(fēng)沙土分布在河流兩岸的谷地，地形地貌的多樣化導(dǎo)致土層厚度懸殊，瘠薄層僅幾厘米，約占流域總面積的10%。流域內(nèi)為華北針闊葉混交林為主的喬灌草植被帶，可分為4 個植被帶：①山地草甸植被，分布在海拔1 700 m 左右的高原區(qū)和山頂部，覆蓋率80%；②針闊葉混交林、灌木和草本植被帶，自北向南分布在海拔600~1 000 m以上山地；③旱生闊葉林、灌木和草本植被帶，分布在海拔600 m 以下的低山丘陵區(qū)；④草甸植被帶，分布在河谷地帶。流域內(nèi)大部分為深山區(qū)，植被較好，生長植物有各種樹木和雜草，樹種以10~20 a生松樹幼林為主，陰坡比陽坡植被好。灌木林占流域總面積的30%以上，1990年以前平均植被率為24.9%，截至2020年平均植被率為60.0%以上。

1.4 水利工程情況

古北口水文站上游沒有大型水利工程，主要有3個小型水利灌溉工程，即凌營水庫，位于河北省豐寧滿族自治縣石人溝鄉(xiāng)凌營村，總庫容144.0×104m3；曹營水庫，位于河北省灤平縣安純溝門滿族鄉(xiāng)曹營子村，總庫容127.0×104m3；龍?zhí)稄R水庫，位于河北省灤平縣五道營子滿族鄉(xiāng)石坡子村，總庫容286.0×104m3。其余多為小型塘壩。

1.5 水土流失狀況

根據(jù)1989 年全國第一次土壤侵蝕遙感普查成果，并結(jié)合實地調(diào)查，流域內(nèi)原有水土流失面積1 496 km2，占總面積的68.6%，其中輕度侵蝕面積1 470 km2、中度侵蝕面積16.32 km2、強度侵蝕面積10 km2；年均侵蝕總量1 418 萬t，截至2009 年底水土流失面積達3 302 km2。流域內(nèi)保存的水土保持措施面積894 km2，占原有水土流失面積的21.3%，其中造林734 km2、種草0.5 km2、修筑梯田46.5 km2、修建溝壩地40.0 km2和興建谷坊9 035道、淤地壩11座、溝頭防護工程106.5 km。

1.6 生態(tài)建設(shè)

（1）深化山水林田湖草系統(tǒng)治理，強力實施退耕還林、退耕還草、退耕還漁、水田改旱田、京津風(fēng)沙源治理等生態(tài)修復(fù)工程，森林覆蓋率由1990 年的24.9%提高到60.0%。

（2）推行水土保持小流域綜合治理，實施豐寧滿族自治縣縣城大閣鎮(zhèn)周邊、胡麻營鎮(zhèn)、黑山嘴、灤平縣三岔口等水土保持工程。

（3）2019年5月，國務(wù)院正式批復(fù)同意承德市以城市群水源涵養(yǎng)功能區(qū)可持續(xù)發(fā)展為主題，建設(shè)國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)。2 a來，承德圍繞解決“水源涵養(yǎng)功能不穩(wěn)固”的問題,大力實施水源涵養(yǎng)能力提升、精準扶貧脫貧、綠色產(chǎn)業(yè)培育和創(chuàng)新能力提升“四大行動”，堅持用可持續(xù)發(fā)展理念統(tǒng)籌推進整個區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和人民群眾物質(zhì)文化生活水平提高，創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)已從開局起步轉(zhuǎn)入全面鋪開、縱深推進的新階段。

2 泥沙特性分析

選取大閣水文站、古北口水文站建站以來水流沙資料，對潮河的泥沙特性進行分析。

大閣水文站位于潮河中上游豐寧縣境內(nèi)，集水面積1 850 km2。該站以上潮河測區(qū)形狀呈三角形，支流發(fā)育較好，斷面以上有兩大支流和數(shù)條小旱溝布滿全流域，河網(wǎng)密度約為0.162 km/km2，流域形狀系數(shù)為0.601。潮河主河道長55.5 km，河道縱坡12.5‰，流域平均寬度33.3 km。該站位于潮河上游，多年平均降水量480.8 mm，多年平均徑流量0.900 6×108m3，多年平均輸沙量76.0×104t。

古北口水文站位于承德市與北京市交界處，為承德市潮河出境控制站，集水面積4 701 km2。該站以上潮河測區(qū)形狀近似長方形，除主流以外共有較大支流16 條，河長在20 km 以上者9 條，其余都為10~20 km，河網(wǎng)密度約為0.12 km/km2，流域形狀系數(shù)為0.161。潮河主河道長185.5 km，流域平均寬度25.3 km。該站位于潮河中游，建站以來多年平均降水量514.5 mm，多年平均徑流量0.887 5×108m3，多年平均輸沙量183×104t。潮河古北口水文站以上流域及水文站網(wǎng)分布，如圖1 所示。

圖1 潮河古北口水文站以上流域及水文站網(wǎng)分布

筆者分析了大閣水文站及古北口水文站的年輸沙量、侵蝕模數(shù)特性，并繪制了古北口水文站年輸沙量、年徑流量變化曲線如圖2 所示，大閣水文站、古北口水文站侵蝕模數(shù)對照情況如圖3所示。

圖2 潮河古北口水文站年輸沙量、年徑流量多年變化過程

圖3 潮河古北口水文站、大閣水文站侵蝕模數(shù)對照

由圖2—3 可知，大閣水文站最大年輸沙量為1 030×104t（1961年），最大侵蝕模數(shù)為5 568×104t/km2（1961年），最大年徑流量為3.407 0×108m3（1959年）；最小年輸沙量為4.16×104t（2002年），最小侵蝕模數(shù)為22.5×104t/km2（2009年），最小年徑流量為0.273 8×108m3（1959 年）。古北口水文站最大年輸沙量為659×104t（1974年），最大侵蝕模數(shù)為1 540×104t/km2（1974 年），最大年徑流量為9.065 0×108m3（1959年）；最小年輸沙量為0.273×104t（2009 年），最小侵蝕模數(shù)為0.581×104t/km2（2009年），最小年徑流量為0.5045×108m3（2009年）。

3 結(jié)論

通過以上分析，得到如下結(jié)論。

（1）流域內(nèi)水土流失類型主要為水力侵蝕。泥沙伴隨暴雨洪水產(chǎn)生，平水期和枯水期泥沙很小，甚至為0，而隨著洪水的產(chǎn)生逐漸增大。

（2）輸沙量年內(nèi)變化較大。輸沙量主要集中在汛期即6—9 月，尤其是7 月下旬—8 月上旬占到全年輸沙量的90%以上。

（3）輸沙量與洪峰、年徑流量同步。最大輸沙量與最大洪峰流量一一對應(yīng)，單次洪峰流量大，伴隨輸沙量也隨之增大，年輸沙量隨著年徑流量的增大而增大，隨著年徑流量的減小而減小。

（4）年輸沙量呈逐年減少趨勢，年侵蝕模數(shù)也相應(yīng)地逐年減小。隨著國家可持續(xù)發(fā)展議程創(chuàng)新示范區(qū)建設(shè)、承德市水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)總體規(guī)劃、21 世紀初期（2001—2005 年）首都水資源可持續(xù)利用規(guī)劃、河北省承德市潮白河流域生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、河北省四荒治理開發(fā)總體規(guī)劃等項目的逐步實施落實，潮河年輸沙量從20 世紀50 年代初期至90 年代末期的（14.3~641）×104t 下降到2000—2020 年的（0.273~102）×104t。流域內(nèi)由上至下也逐年減少。20 世紀90 年代中期至2009 年，流域持續(xù)干旱，造成洪水減少，也是導(dǎo)致年輸沙量減少的主要原因。與此同時，年侵蝕模數(shù)相應(yīng)地也呈逐年減小趨勢。

（5）流域侵蝕由上游至下游逐步遞減。大閣水文站以上的中上游壩上地區(qū)植被稀少，水土保持能力較低，加之中上游坡降大，侵蝕嚴重，而下游植被較好，地勢逐漸變得平坦，導(dǎo)致侵蝕模數(shù)明顯高于古北口水文站。

潮河流域作為首都北京的水源地涵養(yǎng)區(qū)，隨著生態(tài)發(fā)展理念的普及和京津冀一體化快速發(fā)展，其生態(tài)、經(jīng)濟、人文地位越來越受到黨和國家以及各級人民政府和當?shù)厝嗣竦闹匾?。科學(xué)規(guī)劃流域城鎮(zhèn)綠化、潮河沿岸水源涵養(yǎng)林帶、壩上防風(fēng)固沙林帶等生態(tài)治理，大力實施生態(tài)修復(fù)工程，不僅可以涵養(yǎng)潮河水源、降低流域水土流失、優(yōu)化水質(zhì)、極大提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和水源涵養(yǎng)能力，而且可以提高當?shù)氐慕?jīng)濟效益、社會效益，同時為首都功能區(qū)提供有力的水資源保障。