邢臺西部山區降雨與輸沙模數分析

【摘要】本文通過對邢臺西部山區1956～2000年降雨特性分析，對坡底、西臺峪兩站1991～2005年泥沙監測資料分析，以及對流域泥沙與降雨特性關系的影響分析。結果表明，在不同類型流域，流域輸沙模數與降雨侵蝕力之間存在著較好的關系。

【關鍵詞】流域產輸沙規律；影響因素；降雨特性；產沙模數；水土流失

水土流失是受降雨特性、植被類型、覆蓋度、土地利用方式、地形、地質、土壤因素和水土保持多種因素影響的結果。本文以邢臺西部山區坡底站、西臺峪站兩個小流域為例，利用實測降水與徑流泥沙資料，分析了兩個小流域的降水與水土流失的相關性。

1、區域位置與基本概況

項目研究區布設有國際級水文站坡底水文站和西臺峪水文站。坡底水文站位于邢臺縣西部山區城計頭鄉，東經114°02′，北緯37°05′。流域面積283km2。該流域農業耕作面積較小，農田面積占總面積的7.67%，山林面積較大，近年來連年綠化封山造林，基本上消滅了荒山、荒坡，植植被覆蓋率為86.3%。土壤主要以黃土黑土為主。流域內無大型水利工程，只有小型塘壩等水土保持工程。其中存在路羅站、侯家莊站等降水量高值區。流域內有被水利部第一批命名的“水土保持科技示范園區”前南峪。西臺峪水文站位于臨城縣石城鄉，東經114°17′，北緯37°25′。本站上游河網密度大，支溝分布廣，源短流急，洪枯期流量懸殊，流量暴漲暴落。流域集水面積127km2，近年實施封山育林，水土流失量有所減少，但植被覆蓋率不高，土壤主要以紅土和沙土為主。內主河道長25.3Km，流域坡度16.2‰，河道縱坡為20.4‰，流域平均寬度5.29Km。斷面以上山嶺、溝壑交錯，耕地面積較少，主要種植小麥玉米等作物。流域內有邢臺“63.8”暴雨中心獐貘站。

2、降雨特性分析

降水是影響河流水文情勢的最主要因素。降水量的大小及時間、空間上的分布，都直接影響河川徑流的變化。是地表水和地下水的主要來源。邢臺市西部山區多年平均降水量610.3mm。計算的小流域附近有禪房、獐貘等700mm以上的多雨中心。降水量年內分配集中，全年降水量75～80%集中在6～9月的汛期，而汛期降水量又集中在7月中下旬至8月上中旬的30d、甚至7d之內，特別是一些大水年份，降水量更加集中。降水量的年際變化很大，變差系數坡底和西臺峪基本相同（0.46），單站年降水量最大最小之比一般在5～9倍。

邢臺市降雨量的年際變化大，全市平均年最大面雨量水量為1963年1097.3mm，最小為1986年290.3mm，極值比為3.78，邢臺市降水量變差系數值的范圍為0.29～0.53，山區年降水量變化幅度大于平原，各站極值比在4.0以上，其中，獐貘、侯家莊站變幅最大，極值比分別高達9.4和9.2，變差系數分別為0.53、0.47。各雨量站實測最小年降水量一般為200～300mm，個別站小于200mm。

3、區域內徑流及輸沙量分析

徑流：兩個流域均為閉合流域，徑流主要以降水補給為主，其特點是全年水量集中在7～8月，年最大流量發生在7月下旬和8月上旬，在枯水期，徑流量很小，有的年份甚至河干。由于汛期降水的特點，水量主要集中在汛期，占全年水量的65～75%，非汛期水量只占全年的25～35%，反映北方季節性河流的特性。河流徑流量的多年變化與年降水量有直接關系，徑流量多年變化基本上反映了降水量的多年變化。它們變差系數Cv值分別為：坡底站1.20；西臺峪站1.25。

根據坡底、西臺峪兩個面積實驗站1991～2005年泥沙監測資料，選擇有代表性的降水過程和泥沙過程資料，對不同范圍的面雨量，次降水輸沙資料進行分析，通過分析，在流域面雨量為10～50mm范圍時，坡底站流域平均輸沙模數為4.39t/km2，西臺峪站則為44.30t/km2，平均輸沙模數兩站差將近10倍；在流域面雨量為50～100mm范圍時，坡底站流域平均輸沙模數為6.19t/km2，西臺峪站則為76.98t/km2，平均輸沙模數增大到12倍；在流域面雨量為100～150mm范圍時，坡底站流域平均輸沙模數為28.92t/km2，西臺峪站則為406.76t/km2，平均輸沙模數增大到14倍，輸沙模數隨降水量增加而增加。

通過對坡底、西臺峪兩個小面積實驗站年輸沙模數與年平均輸沙率進行分析計算，坡底站流域輸沙模數為504.39t/（km2·a），西臺峪站為849.86t/（km2·a）。西臺峪站輸沙模數比坡底站高41%。坡底站多年平均含沙量1.268kg/m3，西臺峪站則為3.686kg/m3，西臺峪站多年平均含沙量是坡底站的3倍左右。

水土流失和降雨強度和降雨歷時及降水量相關。例如1996年，邢臺西部山區發生較大洪水，兩站輸沙模數相差較小，坡底站年輸沙模數為5870t/（km2·a），西臺峪站年輸沙模數為5250t/（km2·a），而且坡底流域大于西臺峪流域。說明流域一旦發生特大洪水，流域遭到山洪侵蝕，侵蝕模數是正常年份的幾百倍，甚至上千倍。

通過分析發現，只有當單位時間內的降雨量達到一定強度，超過土壤的滲透能力時，才會產生徑流，而徑流是水力侵蝕的動力。小于4mm/h時的降雨強度，產生的土坡流失次數占土壤流失總數的71%～78%，而產流量占總徑流量的70%-78%。在降雨量相近條件下，對土壤侵蝕起著主導作用是降雨強度。由于降雨雨型的不同，導致降雨強度與徑流量和土坡流失量的相關性均有差異。中雨產生的土壤流失次數最多，而大雨以上的降雨是產生土壤流失的主要降雨類型，產流量占80%以上，土壤流失量占65%-75%。暴雨是造成嚴重水力侵蝕的主要降雨特性。暴雨由于雨滴大，動能也大，雨滴的擊濺侵蝕作用也強，因此少數強大的暴雨往往造成巨量的水土流失。通常來說，暴雨強度越大，水土流失量也越大。

4、結語

通過對不同流域幾場暴雨產流情況調查分析，在流域面雨量、降雨歷時及降雨強度基本相同的情況下，其徑流系數相差很大，西臺峪流域的次降雨徑流系數是坡底流域的3倍左右。通過對單次暴雨產流情況分析，說明流域植被對調節洪水起很大作用，不僅減少洪峰流量，而且延緩洪峰時間，增大對地下水的入滲量和入滲時間，對于涵養流域水分起重要作用。

參考文獻：

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