1980—2012年渭河源區水文演變趨勢分析

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

1980—2012年渭河源區水文演變趨勢分析

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

徑流；泥沙；植被；水文演變特征；渭河源區

渭河源區是渭河重要的水源補給區，也是黃土高原水土流失最為嚴重的地區之一。基于清源河渭源站1980—2012年水文監測數據，分析徑流變化、河道泥沙變化、產沙量與歸一化植被指數(NDVI)的相關關系，結果表明：渭河源區徑流量年際波動較大，總體呈現減少趨勢，2000年后減少明顯；5—10月份是一年中徑流量較大的時段，這與降水量的分布較為一致；渭河源區河道含沙量總體處于降低的趨勢，5—9月份河道含沙量較高，這與植被生長和降雨有關；隨著NDVI值的增加，河流含沙量呈現明顯減少趨勢。

渭河是黃河的第一大支流，發源于定西市渭源縣西南，流經甘、陜、寧三省區，至陜西潼關匯入黃河，干流全長818 km，是沿線地區重要的生產生活用水源，在西部地區經濟社會發展中具有重要的戰略地位，在黃河治理開發中具有重要影響。受地質狀況特殊、環境條件嚴酷、人為破壞嚴重等影響，渭河源區成為全國最貧困的地區之一，也是黃土高原水土流失最為嚴重的地區之一。渭河源區渭河干流長66 km，渭河水文變化和演變趨勢對渭河源區生態環境治理、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年水文監測數據，通過統計分析徑流變化、河流泥沙變化、含沙量與歸一化植被指數(NDVI)的相關關系，探討渭河源區徑流量及含沙量減少的原因，以期為渭河源區的水土保持工作提供數據支持。

1 渭河源區概況

渭河源區位于甘肅省中部、定西市中西部、渭源縣西南部，地理坐標介于東經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巖、砂巖、泥炭、泥巖為主，在北部主要是新生代第三紀的紅色巖層和第四紀的黃土。屬溫帶半濕潤和中溫帶半干旱區，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，多年平均蒸發量1 119.2 mm。土壤類型豐富，南部秦嶺山區分布有黑土、灰褐土、黑鈣土、山地草甸土等，北部黃土丘陵溝壑區主要有黑土、麻壚土、黃綿土等。

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

2 徑流變化及發展趨勢

圖1為1980—2012年渭河源區年徑流量變化特征。由圖1知，1980—2012年徑流量波動較大，多年平均年徑流量為2 016萬m3，年徑流量最大值出現在1984年，達到4 325萬m3，最小值出現在1997年，僅為444萬m3。整體來看，渭河源區年徑流量變化呈持續減少趨勢，可分為幾個時間段，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個時間段進行分析，1980—1990年平均年徑流量較大，期間當地植被破壞較為嚴重，農業開墾程度較高；1991—2000年水土保持措施實施后，年徑流量明顯減少；2000年以后當地實施了大規模的退耕還林還草工程，年徑流量呈現繼續減少趨勢，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。上述數據表明水土保持措施實施后，渭河源區徑流得到了有效攔蓄。

圖1 1980—2012年渭河源區年徑流量變化特征

圖2為1980—2012年渭河源區月平均徑流量變化特征及標準差。由圖2可知，5—10月是一年中徑流量較大的時段(特別是6—8月)，這與當地降水量的分布較為一致。此外，渭河源區月徑流量年際波動較大，5—10月徑流量變異系數分別達到75%、81%、78%、77%、82%、72%。

圖2 1980—2012年渭河源區月平均徑流量變化特征及標準差

3 河道泥沙變化及發展趨勢

圖3反映了1981—2012年渭河源區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相對較為平緩，總體呈減少趨勢。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年含沙量出現高值影響；2001年以后河流含沙量總體較低， 且呈繼續減少趨勢，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。渭河源區河流含沙量最低值出現在2000年大規模退耕還林還草工程實施以后，可見水土保持措施的實施對減少入河泥沙量起到了非常重要的作用。

圖3 1981—2012年渭河源區河流含沙量變化特征

圖4為1981—2012年渭河源區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，達到11.04 kg/m3。5月份含沙量高主要是因為當時植被剛開始生長，尚未完全覆蓋地表，期間降水量又相對較多(達到63.8 mm)，遇降雨在缺少植被保護的條件下極易造成產流產沙。因此，當地大規模的土方開挖或施工活動應盡量避開5月份，同時應繼續大力加強林草植被建設。

圖4 1981—2012年渭河源區河流含沙量月變化特征

4 產沙與植被的耦合分析

圖5為1997—2000、2001—2005、2006—2010年3個時段渭河源區河流含沙量和歸一化植被指數(NDVI)的關系。由圖5知，隨著NDVI值的增加，河流含沙量呈現明顯的減少趨勢。這一關系表明，在渭河源區大規模實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，可見植被建設對減少河流泥沙、提高水土保持功能具有重要作用。

圖5 1997—2000、2001—2005、2006—2010年渭河源區河流含沙量和NDVI值的關系

(責任編輯 李楊楊)

P333;S157

A

1000-0941(2017)08-0058-02

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

2017-03-15