黃河流域窟野河入黃水沙銳減成因分析

劉曉燕，李皓冰，李曉宇，高云飛

（1.黃河水利委員會(huì)，河南 鄭州 450003；2.黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003；3.黃河水文水資源研究院，河南 鄭州 450002；4.黃河上中游管理局，陜西 西安 710021）

氣候和土地利用/土地覆蓋變化（LUCC）及其水文響應(yīng)是近年國(guó)際前沿研究課題［1-2］，近年黃河出現(xiàn)的水沙銳減現(xiàn)象使LUCC 成為黃河研究的熱點(diǎn)［3］。隨著化石能源大量開發(fā)，采礦對(duì)水循環(huán)的影響越來(lái)越受到關(guān)注［4-5］。對(duì)于兼有LUCC 和大規(guī)模采煤的黃土高原窟野河流域，其近年水文情勢(shì)變化顯然更為復(fù)雜。

窟野河是黃河中游河口鎮(zhèn)-龍門區(qū)間的一條多沙支流。1950—1979年，其入黃斷面溫家川水文站實(shí)測(cè)徑流量為7.49 億m3/a、輸沙量1.29 億t/a。1980年以來(lái)，窟野河入黃水沙量明顯減少（圖1），其中1999年以來(lái)急劇減少，較1979年以前分別減少67%和96%，是黃土高原近年水沙衰減劇烈的支流之一。

圖1 窟野河流域?qū)崪y(cè)水沙量和原煤產(chǎn)量變化

窟野河沙量減少現(xiàn)象早已引起關(guān)注。張勝利等［6］認(rèn)為，采煤所致的棄土棄渣增加了入黃沙量。馮國(guó)安等［7］認(rèn)為，棄渣會(huì)增加河床淤積，但對(duì)入黃沙量影響不大，1980年代來(lái)沙減少的主要原因是降雨，該結(jié)論與冉大川等［8］相似。近期研究則認(rèn)為，水土保持和采煤都是窟野河減沙的重要因素［9］。

2004年以后，窟野河徑流銳減成為關(guān)注熱點(diǎn)。現(xiàn)有研究認(rèn)為，1990年代以后人類活動(dòng)是徑流減少的主要原因［10-12］，采煤是徑流銳減、基流減少的主要因素［13-16］；蔣曉輝認(rèn)為1997—2006年采煤年均減水2.9 億m3［17］，Guo 認(rèn)為1999—2010年采煤年均減水2.58 億m3/a［18］。不過，盡管窟野河流域植被已大幅改善［19］，但以上研究極少關(guān)注植被的減水效應(yīng)。Luan 同時(shí)考慮了植被改善和采煤的影響［4］，但該研究將流域內(nèi)生產(chǎn)生活用水簡(jiǎn)單歸入采煤影響。

采煤大幅減少了窟野河徑流幾乎是目前的共識(shí)，但該結(jié)論很難解釋圖1 的現(xiàn)象：從2000年到2019年，窟野河流域原煤產(chǎn)量增加近12 倍，但2000—2012年入黃水量基本穩(wěn)定，2012年后大幅增加。本文擬對(duì)可能影響窟野河入黃水沙的氣候和下墊面因素進(jìn)行全面梳理和剖析，力圖詮釋近20 多年入黃水沙銳減的原因。

1 研究區(qū)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1 流域概況 窟野河發(fā)源于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市東勝區(qū)柴登鄉(xiāng)拌樹村，向東南流經(jīng)鄂爾多斯市和陜西榆林市的6 個(gè)縣（旗，市），在神木市沙峁村匯入黃河，干流全長(zhǎng)242 km，流域面積8706 km2，其中溫家川水文站控制面積8645 km2。流域有烏蘭木倫河和桲牛川兩大支流，在店塔交匯后稱為窟野河，圖2 是窟野河水系分布。

圖2 流域水系和地貌概況

流域主要涉及礫質(zhì)丘陵、沙質(zhì)丘陵和黃土丘陵等三種地貌類型，見圖2。礫質(zhì)丘陵主要分布在烏蘭木倫河和桲牛川的上游地區(qū)，地表多見細(xì)小砂礫石和栗鈣土；蓋沙丘陵主要分布在流域中部，風(fēng)積沙厚度0 ～20 m、局部60 m；上中游地區(qū)溝谷面積不大，有砒砂巖出露。黃土丘陵主要分布窟野河下游，河谷多有基巖出露。

流域多年平均降雨量391 mm，蒸發(fā)量900 ～1200 mm，干旱指數(shù)2.5 ～5。受風(fēng)積沙、砂礫碎屑和砒砂巖影響，窟野河懸移質(zhì)粒徑較粗：據(jù)1956—1989年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，粒徑≥0.05 mm 和0.1 mm 的懸移質(zhì)沙量比例分別為49.3%和31.3%，而鄰近的孤山川只有36%和14.7%、無(wú)定河34.7%和8.4%。

窟野河流域是著名的能源流域，神東煤田幾乎覆蓋了上中游全部范圍。1996年，我國(guó)第一座現(xiàn)代化煤礦“大柳塔煤礦”建成，拉開了神東煤田大開發(fā)的幕布，圖1 是流域逐年原煤產(chǎn)量，圖3 是現(xiàn)狀煤礦分布。

圖3 現(xiàn)狀煤礦分布及林草有效覆蓋率

1.2 下墊面數(shù)據(jù) 利用分辨率為30 m 的遙感影像，通過土地利用分析，提取了林草地面積及其植被蓋度，計(jì)算了流域各地的林草有效覆蓋率（Ve，%），計(jì)算方法見文獻(xiàn)［21］，結(jié)果見表1。流域雖有大中型淤地壩699 座、小型壩875 座，但迄今僅形成壩地32 km2，梯田也很少、目前僅約50 km2，故將其等量計(jì)入林草有效覆蓋率。

表1 不同時(shí)期流域下墊面信息

利用分辨率為8 km 的遙感影像，獲取了1981—2016年植被歸一化指數(shù)（NDVI）。然后，利用分辨率250 m 遙感影像的2000—2020年數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)系列延長(zhǎng)，形成1981—2020年長(zhǎng)系列植被蓋度數(shù)據(jù)，用于定性判斷植被蓋度變化過程。

收集了陜北淤地壩普查、鄂爾多斯淤地壩詳查、淤地壩安全大檢查和全國(guó)水利普查的數(shù)據(jù)，截止時(shí)間分別為1989年、2008年、2011年和2016年，可基本掌握流域內(nèi)淤地壩和水庫(kù)的位置、建成時(shí)間、控制面積和淤積量等信息。統(tǒng)計(jì)表明，窟野河現(xiàn)有兩座中型水庫(kù)和11 座小型水庫(kù)；淤地壩1574座，總控制面積1798 km2；若剔除已淤滿的淤地壩，1980年和2016年淤地壩有效控制面積占流域面積的比例分別為8.2%和18.5%?；谝陨闲畔?，可得到壩庫(kù)在不同時(shí)期的年均攔沙量，見表1。

采集了各縣歷年地表水和地下水供水量、跨流域調(diào)水量和各行業(yè)用水量等，測(cè)算了蓄水工程的水面蒸發(fā)，推算出1956年以來(lái)流域逐年耗水量，見表1。該流域均為丘陵地貌，耗用地下水相當(dāng)于消耗地表水。

從各縣市“國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)”和煤炭管理部門，獲取了1978—2019年各縣歷年原煤產(chǎn)量。參考各大型煤礦的地理位置，可推算出流域的逐年原煤產(chǎn)量，結(jié)果見圖1 和表1。

1.3 降雨和水沙數(shù)據(jù) 從《中華人民共和國(guó)水文年鑒》和國(guó)家氣象中心共享網(wǎng)站，采集了1956—2019年流域47 個(gè)雨量站和5 個(gè)水文站的實(shí)測(cè)降雨和水沙數(shù)據(jù)。

為科學(xué)描述對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙更敏感的雨量及其雨強(qiáng)，統(tǒng)計(jì)了各雨量站日降雨大于25 mm 和50 mm 的降水總量，分別用P25和P50表示，計(jì)算得到流域的面平均雨量。

采用“徑流系數(shù)Wi”作為分析徑流變化的重要指標(biāo)，它是某一時(shí)段的徑流深與降雨量之比。

借鑒“徑流系數(shù)”的內(nèi)涵和計(jì)算方法，引入“產(chǎn)沙指數(shù)（Si）”的概念，它是指流域易侵蝕區(qū)內(nèi)單位降雨在單位面積上的產(chǎn)沙量［15］，其中降雨指標(biāo)采用對(duì)流域產(chǎn)沙更敏感的P25，即：

2 降雨及下墊面減水減沙量識(shí)別

分析窟野河流域歷年降雨變化可見（圖4）：1957年以來(lái)，其降雨呈現(xiàn)豐-枯-豐的周期變化；1980—2011年，流域的有效降雨量和雨強(qiáng)明顯偏低，顯然是水沙偏少的原因；但2012—2019年的P25、P50、雨強(qiáng)分別比多年均值偏豐47.5%、60.5%、32%，定性判斷應(yīng)為增水增沙因素。

圖4 1957—2020年降雨和植被變化

采用雙累積曲線［22］，識(shí)別的窟野河第一個(gè)水沙突變年為1979年［12-18］。分析圖1 和圖4 可見，窟野河流域1996年進(jìn)入煤炭大開采時(shí)期、2012年以來(lái)原煤產(chǎn)量增加緩慢；1981年以來(lái)，流域林草植被不斷改善，2012年后達(dá)更高臺(tái)階；2012年以后，入黃徑流大幅增加。鑒于此，劃分了1950—1979年、1980—1996年、1997—2011年和2012—2019年等4 個(gè)時(shí)段，并將1979年以前作為窟野河流域的“天然時(shí)期”。

采用“水文法”［23］，將1980年以來(lái)不同時(shí)期的降雨量-徑流量（輸沙量）關(guān)系與1979年以前進(jìn)行對(duì)比，可計(jì)算出1980年以來(lái)不同時(shí)期降雨和下墊面變化對(duì)流域水沙的影響量。選用了6 ～8 種不同的降雨指標(biāo)組合，分別構(gòu)建水文模型，取各模型減水減沙量的均值作為計(jì)算結(jié)果，結(jié)果見圖5。1979年以前壩庫(kù)攔沙241 萬(wàn)t/a（表1），而建模采用的是“輸沙量”，故圖5 中1980年以來(lái)的壩庫(kù)減沙量實(shí)為“壩庫(kù)攔沙增量”。

分析圖5，并對(duì)照表1 可見：（1）1980—2011年，降雨一直是窟野河水沙偏少的重要因素，其中1997—2011年降雨因素的減水和減沙貢獻(xiàn)率分別為25.3%和51.2%；但是，由于雨量和雨強(qiáng)均偏大，2012年以來(lái)降雨實(shí)為增水增沙因素。1997年以來(lái)，下墊面的減水減沙作用大幅上升。

（2）淤地壩和水庫(kù)攔沙一直是下墊面減沙的重要因素，但其占下墊面減沙量的貢獻(xiàn)率逐漸降低。2012年以來(lái)，雖壩庫(kù)攔沙340 萬(wàn)t/a（同期窟野河入黃沙量117 萬(wàn)t/a），但其減沙量占比已不足1.2%。

（3）流域內(nèi)生產(chǎn)生活用水增加，是近20 多年入黃徑流減少的重要因素。1997—2011年和2012—2019年，由此引起的減水量占下墊面總減水量的19.6%和24%。

（4）扣除壩庫(kù)攔沙和生產(chǎn)生活耗水的影響后，其他下墊面因素在三個(gè)時(shí)期的減沙量分別為1011萬(wàn)t/a、4552 萬(wàn)t/a、14 431 萬(wàn)t/a，減水量分別為3031 萬(wàn)m3/a、28 187 萬(wàn)m3/a、44 551 萬(wàn)m3/a。

鑒于現(xiàn)狀梯田和壩地面積極小、蓄水工程蒸發(fā)已計(jì)入生產(chǎn)生活耗水，故而推斷，導(dǎo)致流域近20多年水沙減少的“其他因素”應(yīng)是植被改善和采煤。

3 植被變化對(duì)水沙的影響

針對(duì)黃土高原不同類型區(qū)，劉曉燕等［21，24］研究了大時(shí)空尺度上植被變化與河川徑流或流域產(chǎn)沙的響應(yīng)關(guān)系。利用其所得到的Ve～Wi（Si）關(guān)系（式（2）—式（3）），針對(duì)窟野河流域的氣候、土壤和地形條件，對(duì)公式的參數(shù)進(jìn)行了修正（表2，括弧內(nèi)數(shù)字為中低雨強(qiáng)時(shí)的取值）。利用式（1）—式（3），針對(duì)下墊面變化相對(duì)較小的1980—1999年，計(jì)算了該時(shí)期降雨和下墊面條件下的理論產(chǎn)水產(chǎn)沙量，將其與同期實(shí)際產(chǎn)水產(chǎn)沙量對(duì)比可見（表3），計(jì)算值與實(shí)際值相差不大，說明方法基本可靠。

表2 不同區(qū)域的參數(shù)取值

表3 計(jì)算方法驗(yàn)證

采用以上方法，計(jì)算了1997年以來(lái)相應(yīng)時(shí)期降雨條件下的理論產(chǎn)水產(chǎn)沙量，結(jié)果見表4。因缺乏1979年以前的植被覆蓋信息，利用1956—1979年降雨-產(chǎn)水（沙）模型，推算了“天然植被”情況下的產(chǎn)水產(chǎn)沙量。表中的“現(xiàn)狀植被”分別指1997—2011年和2012—2019年的林草植被覆蓋狀況，“其他因素”與圖5 的口徑一致，即包括植被、采煤、河道采砂等因素。

表4 不同時(shí)期林草植被的實(shí)際減水減沙量

（1）隨著植被改善，其減水減沙作用逐漸增大。不過，表中結(jié)果是相應(yīng)時(shí)期實(shí)際降雨條件下的減水減沙量，并非多年平均降雨情況下的植被減水減沙量。統(tǒng)一采用1956—2019年降雨條件，計(jì)算了不同時(shí)期下墊面的產(chǎn)水能力，結(jié)果表明（圖6），與1979年以前相比，1997—2011年和2012—2019年植被狀況下的流域產(chǎn)水能力分別降低了37.1%和58.1%，其中新廟以上減幅59%。

圖6 窟野河流域徑流、植被和原煤產(chǎn)量變化

新廟以上徑流減幅與其緊鄰的爾架麻小流域?qū)崪y(cè)結(jié)果基本一致。爾架麻小流域是皇甫川的二級(jí)流域，緊鄰桲牛川（圖2），面積47.2 km2，流域內(nèi)無(wú)任何人類活動(dòng)，1978年、2012年和2019年，其林草有效覆蓋率分別為16.2%、41.1%和50.7%，即與桲牛川相似。據(jù)沙圪堵水文站1960—1989年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，該小流域天然時(shí)期徑流系數(shù)為0.153。2012—2017年，爾架麻實(shí)測(cè)徑流系數(shù)0.06，較天然時(shí)期減少61%。

植被主要通過增大降雨截留和增加土壤入滲而實(shí)現(xiàn)減水。理論上［24］，氣候越干旱，植被改善導(dǎo)致的徑流減少越多。窟野河流域大多位于干旱區(qū)、干旱指數(shù)為2.5 ～3.5，故植被改善的減水作用更大。

（2）1997—2011年和2012—2019年，植被減沙量分別為3313 萬(wàn)t/a 和13 014 萬(wàn)t/a，分別占同期下墊面總減沙量的66.7%和89.1%。扣除植被減沙量后，采煤和河道采砂等“其他因素”減沙量分別為1239 萬(wàn)t/a 和1417 萬(wàn)t/a，即兩時(shí)期變化不大。

植被主要通過削減洪水、降低含沙量和增大坡面糙率而實(shí)現(xiàn)減沙。分析植被變化與流域產(chǎn)沙的響應(yīng)關(guān)系表明［21］，在林草有效覆蓋率15% ～50%范圍內(nèi)，產(chǎn)沙指數(shù)隨植被改善而快速降低，覆蓋率大于50%后產(chǎn)沙指數(shù)逐漸趨穩(wěn)。而由表1 可見，1978年以來(lái)，窟野河流域林草有效覆蓋率由15.9%增至55.7%，故而入黃沙量急劇減少。

（3）1997—2011年，河川徑流發(fā)生了重大變化：扣除植被減水量后，采煤等其它因素減水量為11 800 萬(wàn)m3/a，顯然不能用計(jì)算誤差解釋。2012—2019年，新情況再次出現(xiàn)：減水量由前期的“11 800 萬(wàn)m3/a”變?yōu)椤?10 970 萬(wàn)m3/a”，即入黃水量反而增加。

經(jīng)過20 多年修復(fù)，2016年以來(lái)，窟野河流域植被蓋度已基本穩(wěn)定（圖6），4—9月降雨量與植被蓋度的關(guān)系也由2015年以前的“顯著相關(guān)”變?yōu)椤盁o(wú)關(guān)”（圖7），結(jié)合黃土高原半干旱區(qū)植被修復(fù)規(guī)律［25］，認(rèn)為目前該流域的植被蓋度已經(jīng)達(dá)到相應(yīng)自然條件的峰值。由此推斷，2016年以來(lái)，窟野河流域植被的減水減沙能力已達(dá)峰值。由圖7可見，1999年以前，降雨與植被蓋度的關(guān)系也很小，原因在于該時(shí)段降雨對(duì)植被的促使作用被人類破壞抵消了。

圖7 窟野河流域降雨對(duì)植被蓋度的影響

4 采煤對(duì)入黃水沙的影響

1997年以來(lái)，窟野河入黃徑流呈現(xiàn)“先減后增”態(tài)勢(shì)，生產(chǎn)生活及植被耗水等仍不足以解釋其異變?cè)?；此外，流域還存在約1100 萬(wàn)t/a 的不平衡沙量。因此，本節(jié)重點(diǎn)分析煤炭開采的影響。

4.1 礦區(qū)概況及采煤方式 窟野河流域煤礦主要分布在中游地區(qū)（圖3），其含煤地層均屬侏羅紀(jì)中統(tǒng)延安組，一般有4 ～6 個(gè)可采煤層。目前，最上部的1 號(hào)煤層已基本采完，正在開采2 號(hào)、3 號(hào)和5號(hào)煤層。主采煤層傾角一般為1o～3o，厚度2 ～10 m，埋深50 ～350 m，煤層標(biāo)高950 ～1150 m，見圖8。

圖8 窟野河河床高程與煤層賦存高程對(duì)比

2000年以后，綜合機(jī)械化采煤方式被廣泛應(yīng)用，該方式采掘效率高、回采率高，但形成的采空區(qū)也更大。采煤后，緊鄰煤層的上覆巖層將被完全破壞、落入采空區(qū)，故被稱為冒落帶。冒落帶上覆的巖層雖不會(huì)完全破壞，但也將裂隙密布，故稱為裂隙帶。冒落帶和裂隙帶都具有很強(qiáng)的導(dǎo)水能力，故常被合稱為“導(dǎo)水裂隙帶”（圖9），其高度主要取決于采動(dòng)煤層的厚度、上覆巖層的巖性和開采方式，窟野河流域的導(dǎo)水裂隙帶高度一般達(dá)采動(dòng)煤層厚度的26 ～28 倍［26-27］。此外，采煤還會(huì)使導(dǎo)水裂隙帶上方的地層發(fā)生彎曲沉陷，從而在井田地表產(chǎn)生裂縫。

圖9 采煤后地殼變形示意圖

4.2 采煤對(duì)入黃水量的影響機(jī)制 顯而易見，由于地表沉陷和裂縫不可避免，無(wú)論導(dǎo)水裂隙帶是否導(dǎo)通第四紀(jì)含水層下伏的第一個(gè)隔水層，采煤都會(huì)使采動(dòng)區(qū)的地表徑流下滲、潛水水位下降，從而導(dǎo)致采區(qū)內(nèi)河流干涸、井水位下降［26-28］。但是，從礦井水的來(lái)源和去向看，采煤對(duì)窟野河“入黃水量”的影響更為復(fù)雜：

（1）礦井水來(lái)源。由圖8 可見，如果煤層埋藏較深、導(dǎo)水裂隙帶不能導(dǎo)通第四紀(jì)含水層下伏的隔水層，則礦井水主要來(lái)自煤層和導(dǎo)水裂隙帶波及地層的地下水；否則，采動(dòng)區(qū)內(nèi)的地表水和淺層地下水也將成為礦井水的組成部分。由于煤層海拔遠(yuǎn)高于窟野河入黃斷面河床的海拔高程，故礦井（坑）水本來(lái)就是入黃徑流的組成部分。

（2）礦井水去向。礦井水必會(huì)被井下的水倉(cāng)收集，之后泵送至地表，處理后回用于井下噴灑、井下黃泥灌漿、選煤生產(chǎn)和地面生活，多余水或直接排入河道、或送其它企業(yè)使用。原則上，被利用的礦井水將計(jì)入當(dāng)?shù)氐摹暗叵滤┧俊迸_(tái)賬。用于井下噴灑和黃泥灌漿的礦井水，一部分析出被再次泵出、重復(fù)使用；另一部分被封存在采空區(qū)，之后沿煤層底板及其下伏巖層裂隙緩慢流向下游、最終溢出進(jìn)入低海拔的河道，匯流歷時(shí)取決于巖層滲透系數(shù)。對(duì)比已采動(dòng)煤層高程與窟野河河床高程可見（圖8），至少王道恒塔以下河道都可能成為礦井水回歸的注入點(diǎn)；受煤層傾角限制，部分礦井水甚至?xí)R入外流域。

由此可見，由于入黃斷面的河床海拔遠(yuǎn)低于煤層海拔、且煤層傾角很小，故采煤對(duì)窟野河入黃水量的影響主要反映在匯流路徑改變、匯流過程延長(zhǎng)、徑流過程坦化，最終減少的徑流量主要是地面生產(chǎn)生活耗水——該用水一般被納入水管部門的用水統(tǒng)計(jì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該流域井下采煤水耗一般在0.07 ～0.09 m3/t，按2012—2019年原煤產(chǎn)量估計(jì)，其井下采煤耗水量為2900 ～4000 萬(wàn)m3/a。

由于匯流路徑改變、匯流距離增加，采煤對(duì)入黃徑流的負(fù)面影響主要發(fā)生在采煤初期。在正常生產(chǎn)期，雖負(fù)面影響一直伴隨著采煤活動(dòng)而存在，但滯留井下的礦井水會(huì)慢慢向低處滲流、最終回歸河道。在過去20 多年，流域內(nèi)幾十座大型煤礦陸續(xù)投產(chǎn)、直至2012年才趨穩(wěn)定，故采煤對(duì)徑流的正負(fù)影響一直共存，早期負(fù)面影響大于正面影響、近期反之。該推論得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證：在經(jīng)歷了1997—2011年的減流期后，加之降雨增加，2012年以來(lái)窟野河徑流量和基流均明顯反彈，甚至在降雨嚴(yán)重偏枯的2014年和2015年徑流量也居高不下（圖1）；2012年以后，越向流域下游，徑流系數(shù)反彈越高（圖10）。

圖10 窟野河各河段徑流系數(shù)變化

基于2012—2019年植被狀況和降雨條件，前文推算的窟野河徑流偏多10 970 萬(wàn)m3/a。該偏多量由三部分組成：一是同期天然徑流量還原計(jì)算時(shí)多計(jì)入的采煤耗水量2900 ～4000 萬(wàn)m3/a；二是前期形成的煤礦采空區(qū)的礦井水回歸量，估計(jì)少于2900 ～4000 萬(wàn)m3/a；三是礦井水升井后利用不盡的入河排放量。

不過，在煤礦數(shù)量逐年增加、原煤產(chǎn)量急劇上升的1997—2011年，采煤對(duì)入黃水量的影響主要表現(xiàn)為減少?；诋?dāng)時(shí)的植被狀況，流域天然徑流量應(yīng)約37 723 萬(wàn)m3/a，但實(shí)際入黃水量偏少11 800萬(wàn)m3/a。該時(shí)段窟野河原煤產(chǎn)量1.16 億t/a，即采煤影響接近“噸煤噸水”的水平，其中早期影響量更大。

2012年以后，窟野河基流明顯增多（圖6），徑流系數(shù)也逐漸增大（圖9）；溫家川站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，2011年以后，未再出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。由此判斷，采煤對(duì)窟野河入黃徑流的影響拐點(diǎn)大體出現(xiàn)在2012年。

4.3 對(duì)入黃沙量的影響 早期研究者認(rèn)為，由于采煤棄渣的25% ～30%會(huì)進(jìn)入河道，故采煤將增加入黃沙量［1］。不過，近十多年，隨著水保、環(huán)保管控愈加嚴(yán)格，入河棄渣量越來(lái)越少。

理論上，采煤形成的沉陷區(qū)會(huì)成為水沙匯聚地，故而減少入河沙量。不過，采煤并非全井田同時(shí)掘進(jìn)，而是分盤區(qū)接序開采?？咭昂用旱V集中在5742 km2的中游地區(qū)，2018年時(shí)的沉陷區(qū)面積約400 km2、分散在41 座井工礦，沉陷高度只有2 ～3 m，定性判斷對(duì)產(chǎn)匯沙影響很小。事實(shí)上，近20年多來(lái)，無(wú)論是轉(zhuǎn)龍灣以上的城市禁采區(qū)、神木以下的無(wú)煤區(qū)，還是煤礦眾多的中游地區(qū)，實(shí)測(cè)沙量均減少95%以上。由此可見，在現(xiàn)狀生產(chǎn)方式下，采煤對(duì)窟野河入黃沙量的直接影響非常有限。

不過，由于采煤引起的河川徑流均化、洪水減少，必將促使粗泥沙在河道內(nèi)的淤積，進(jìn)而成為河道采砂業(yè)的資源。由第3 節(jié)分析可見，近20 多年來(lái)，由此引起的河道滯沙量約1330 萬(wàn)t/a。因窟野河流域的煤炭?jī)?chǔ)量仍可開采50年以上，故河道滯沙現(xiàn)象未來(lái)將長(zhǎng)期存在。

5 結(jié)論

（1）20 世紀(jì)50年代以來(lái)，窟野河流域降雨經(jīng)歷了豐-枯-豐的周期變化，其中1997—2011年，流域降雨量和雨強(qiáng)明顯偏枯，對(duì)流域水沙減少的貢獻(xiàn)分別為25.3%和51.2%。2012年以來(lái)，雨量和雨強(qiáng)均明顯偏大，故降雨實(shí)為增水增沙因素。

（2）淤地壩和水庫(kù)攔沙一直是下墊面減沙的重要因素，但其占下墊面減沙量的貢獻(xiàn)率逐漸降低，2012年以來(lái)甚至不足1.2%。

（3）生產(chǎn)生活用水增加是窟野河徑流減少的重要因素。1997—2011年和2012—2019年，由此引起的減水量占下墊面總減水量的19.6%、24%；若扣除井下采煤用水的回歸水量，2012年以來(lái)的占比約19%。

（4）窟野河流域林草梯田有效覆蓋率已由1978年前后的15.9%提高到目前的55.7%，引起流域產(chǎn)流產(chǎn)沙能力降低。1997—2011年和2012—2019年，植被改善的減沙貢獻(xiàn)分別占下墊面總減沙量的66.7%和89.1%；同期，流域產(chǎn)水能力分別降低37.1%、58.1%。

（5）大規(guī)模采煤使流域水循環(huán)路徑變化、匯流時(shí)間延長(zhǎng)、洪水過程坦化，影響窟野河入黃水量。扣除煤礦正常的生產(chǎn)生活用水后，1997—2011年采煤使入黃水量減少1.18 億m3/a。2012年后，因礦井水緩慢溢出，反使入黃的年徑流量增加。

采煤對(duì)沙量的影響主要表現(xiàn)為洪水坦化使河道淤積，2000年以來(lái)由此引起的淤積量約1330 萬(wàn)t/a。

（6）如果流域植被不發(fā)生明顯退化，預(yù)計(jì)2016年以來(lái)的窟野河水沙情勢(shì)未來(lái)將持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，入黃水量2 ～3 億m3/a、洪水大幅坦化；流域產(chǎn)沙量不超過900 萬(wàn)t/a。

與前人研究相比，本研究對(duì)可能影響窟野河入黃水沙因素進(jìn)行了更全面的梳理、關(guān)注了礦井水的來(lái)源及其循環(huán)路徑。但準(zhǔn)確地闡明采煤對(duì)流域產(chǎn)匯流的影響機(jī)制和程度，仍需開展更細(xì)致的水文地質(zhì)勘查。