窟野河流域徑流輸沙特性簡析

由宇軍，宋淑紅，古明興

（陜西省水文水資源勘測局，陜西 西安 710068）

1 流域概況

窟野河為黃河右岸一級支流，全河長242.0 km，流域面積8706 km2，河道比降2.6‰[3]，其中陜西省境內河長157.9 km，流域面積4071 km2，為我省境內較大流域之一。上游稱烏蘭木倫河，發源于內蒙古伊金霍洛旗蘇布爾嘎鎮阿爾胡德梁村楊家壕四組東南。干流略呈“丫”字型，河流總體流向為自西北向東南，在活雞兔溝入河口進入陜西省境內；再向南，在房塔以西稱為烏蘭木倫河。最大支流悖牛川發源于內蒙古準格爾旗準格爾召鎮烏蘭哈達村神山活子，河流自河源向東南至暖水川入河口，向西南至沙家塔進入陜西省神木市。兩河在房塔匯合后稱為窟野河，流至陜西省神木市賀家川鎮沙峁頭村，從右側匯入黃河。神木市城區以上河段，河谷寬廣，漫灘及一級階地發育，河床平緩，河床以砂礫石為主；神木-沙頭上段，河床較平坦曲折，以泥沙質為主，巖岸與土岸相間，沿岸平地較多；沙頭上-入黃口，水流深切曲折，岸高谷深。窟野河流域地勢西北高、東南低，地處毛烏素沙地和黃土高原的過渡地帶，由礫質丘陵區、沙質丘陵區和黃土丘陵區組成。上游為礫質丘陵區，新月形沙丘和沙梁綿延起伏，川道開闊，地勢平緩，植被稀疏，人煙稀少，以畜牧業為主。中游為沙質丘陵區，位于流域東南部，地表支離破碎，溝壑縱橫，植被極差。土壤侵蝕類型屬于黃土丘陵溝壑區第一副區，是黃河流域水土流失最嚴重的區域。下游為黃土丘陵區，梁峁起伏，溝壑縱橫。

流域多年平均降水量410 mm左右，多年平均徑流總量為6.31億m3，年平均徑流深72.4 mm，年平均流量24.1 m3/s。窟野河流域水土流失嚴重，河流含沙量大，各測站多年平均含沙量為130～180 kg/m3，溫家川水文站多年平均輸沙量1.333億t，實測最大日含沙量達1700 kg/m3（1958年7月10日），居全省各河之首。

2000年以來，流域內徑流輸沙特性發生了明顯的變化，呈現出“雨多、水少、沙少”的趨勢，近年來尤為明顯。中游控制站神木站2013年年降水量642 mm，為實測系列第三大，與多年均值比較偏豐50%以上，徑流量僅為2.52億m3（60年實測系列中排位41位），與多年均值比較偏枯40%，輸沙量132萬t（60年實測系列中排位54位），與多年均值比較偏少90%。流域河口控制站溫家川站2013年年降水量606.4 mm，為實測系列第五大，與多年均值比較偏豐50%以上，徑流量僅為3.66億m3（60年實測系列中排位42位）與多年均值比較偏枯40%，輸沙量100萬t（60年實測系列中排位53位），與多年均值比較偏少90%以上。本文采用窟野河流域神木水文站、溫家川水文站兩站系列資料及流域內下墊面變化資料對本流域徑流輸沙特性變化及其原因進行分析，為流域防汛抗旱、流域治理及水資源開發利用提供技術支撐。

2 徑流輸沙特性變化分析

2.1 年降水量變化分析

從點繪的神木、溫家川歷年面平均年降雨量柱狀圖（見圖1、圖2）可以看出年降雨量系列均值整體變化不大。從兩站各年代年降雨量均值比較來看2000年以后年降水量均值略大于全系列均值和1980~1999年均值，略小于上世紀80年代以前均值（各年代年降雨量均值統計見表1）。從點繪的神木、溫家川歷年面平均年降雨量累積曲線圖（圖3、圖4）可以看出曲線斜率趨勢一致，說明系列資料一致性較好，年降雨影響因素未發生較大變化。

表1 各時段年降雨量均值統計表

圖1 神木站以上歷年年降雨量（面平均）柱狀圖

圖2 溫家川站以上歷年年降雨量（面平均）柱狀圖

圖3 神木站以上累積年降雨量（面平均）曲線圖

圖4 王道恒塔站以上累積年降雨量（面平均）曲線圖

2.2 年徑流量變化分析

從點繪的神木、溫家川歷年年徑流量柱狀圖（見圖5、圖6）可以看出2000年以后年徑流量明顯偏小。從兩站各年代均值比較來看2000年以后年徑流量均值為全系列均值的40%左右，為1980~1999年均值的40%左右，為上世紀80年代以前均值的30%（各年代年徑流量均值統計見表2）。從點繪的神木、溫家川年徑流量累積曲線圖（圖7、圖8）可以看出曲線斜率在1997年左右發生變化，說明在1997年左右本流域產流影響因素發生了較大變化，年徑流量明顯變小。

表2 各時段年徑流量均值統計表

圖5 神木站年徑流量柱狀圖

圖6 溫家川站年徑流量柱狀圖

圖7 神木站徑流量累積曲線圖

圖8 溫家川站徑流量累積曲線圖

2.3 年輸沙量變化分析

從點繪的神木、溫家川歷年年輸沙量柱狀圖（見圖9、圖10）可以看出1995年以后年輸沙量明顯偏小。從兩站各年代均值比較來看窟野河輸沙量1980年以前最大，1980年以后均值減少為1980年以前的60%左右，2000年以后年輸沙量均值減少幅度明顯變大，為全系列均值的6%~8%左右，為1980~1999年均值的6%~8%左右，為上世紀80年代以前均值的3%~5%（各年代年輸沙量均值統計見表3）。從點繪的神木、溫家川年輸沙量累積曲線圖（圖11、圖12）可以看出曲線斜率在1995年后明顯變小，說明在1995年后本流域產沙影響因素發生了較大變化。

表3 各時段年輸沙量均值統計表

圖9 神木站年輸沙量柱狀圖

圖10 溫家川站年輸沙量柱狀圖

圖11 神木站輸沙量累積曲線圖

圖12 溫家川站輸沙量累積曲線圖

2.4 年降雨徑流、輸沙量關系分析

（1）年降雨徑流量關系分析

從點繪的神木、溫家川年降雨量年徑流量相關曲線（見圖13、圖14）可以看出2000年前后點距明顯呈兩個系列帶狀分布，從點繪兩站年降水量徑流量雙累積曲線（見圖15、圖16）可以看出2000年前后曲線系列發生明顯轉折，綜上可以說明窟野河流域年降雨徑流關系在2000年前后發生了明顯變化。

圖13 神木站年降雨徑流相關關系圖

圖14 溫家川站年降雨徑流相關關系圖

圖15 神木站年降雨徑流量雙累積曲線圖

圖16 溫家川站年降雨徑流量雙累積曲線圖

（2）年降雨輸沙量關系分析

從點繪的神木、溫家川年降雨量輸沙量相關曲線（見圖17、圖18）可以看出1995年前后點距明顯呈兩個系列帶狀分布，從點繪兩站年降水量輸沙量雙累積曲線（見圖19、圖20）可以看出1995年后后曲線系列發生明顯轉折，綜上可以說明窟野河流域年降雨輸沙關系在1995年后發生了明顯變化。

圖17 神木站年降雨輸沙量相關關系圖

圖18 溫家川站年降雨輸沙量相關關系圖

圖19 神木站年降雨輸沙量雙累積曲線圖

圖20 溫家川站年降雨輸沙量雙累積曲線圖

3 變化原因分析

（1）地面植被增加。上世紀90年代末，國家推行了退耕還林還草等政策，地方政府也出臺了相應的配套政策并投入大量資金，隨著退耕還林項目的實施及社會經濟結構、農業種植方式的顯著改變，窟野河流域自然植被得到了良好有效恢復，植被覆蓋率大幅增加，草地覆蓋率增加36.1%，林地覆蓋率增加110%。截止2008年神木縣林草覆蓋率達到50.8%，窟野河上游內蒙境內伊金霍洛旗和準格爾旗林草覆蓋率分別達到86%和70%。上世紀80年代窟野河神木以上林草覆蓋率為10%左右，神木以下為10%~20%。據調查上世紀80年代初烏蘭木倫河大柳塔地區幾乎看不到綠色，到處是移動沙丘和荒山禿嶺。植被覆蓋率的提高增加了降雨的蒸散發、截留及攔蓄水量，又起到了固沙作用，是流域內水沙俱減的重要原因之一。

（2）蓄水工程和水土保持工程興建。隨著當地社會經濟的快速發展，水資源消耗急劇增加，流域內興建或加固了各類蓄水、取水工程。目前，內蒙古自治區境內烏蘭木倫河流域已修建中型水庫1座，小(一)型水庫2座,上游骨干壩32處，淤地壩11處。悖牛川已修建匯能電力公司沿河水庫2座，水保骨干壩12處。陜西省境內共有水庫5座，分別為常家溝水庫、納林水庫、張三溝水庫、牛定壕水庫和石圪臺水庫。常家溝水庫為中型水庫，其余四座均為小型水庫。從上世紀70年代至2015年（主要建設期1998~2005年），窟野河（神木市境內）先后建設加固各類淤地壩1837座，其中骨干壩66座，較大型攔泥壩10座，中小型淤地壩1761座。總庫容25010萬m3，可淤地77950畝。流域內神木市城區建設橡膠壩7座，大柳塔鎮共用橡膠壩工程4座。上述蓄水工程的興建增加了河槽的蓄水、攔沙量和蒸發量，也是流域內水沙減少的重要原因之一。

（3）煤礦開采。流域內分布著為數眾多的煤礦企業，煤礦絕大多數位于山區，地形復雜，煤礦開采形成的巷道和采空塌陷區，嚴重破壞了地表水、地下水賦存的天然狀態，部分地區破壞了地下不透水層，使得地表水滲入地下或礦坑，部分露天煤礦開采后形成蓄水池增加了流域的填洼及蒸發量，是流域內水沙減少的原因之一[4]。

（4）河道采砂取土。隨著沿途城市建設的發展，窟野河流域河道采砂取土等現象較為突出，河道中規模不等的坑、洼、坎比比皆是，由于填洼作用導致洪峰、洪量急劇衰減，攜沙能力大幅降低，大部分泥沙淤積在河道中，這也是窟野河流域水沙減少的原因之一[4]。

4 結論

2000年前后，窟野河流域徑流輸沙特性發生了顯著變化，同樣量級降雨徑流量、輸沙量顯著減少。2000年以后年徑流量均值為長系列均值的40%左右，年輸沙量均值長系列均值的6%~8%左右，年降雨徑流、輸沙關系發生了明顯變化。通過分析，主要有①地面植被增加②蓄水工程和水土保持工程興建③煤礦開采④河道采砂取土等方面的原因。本文通過對流域降水徑流、輸沙關系變化及其原因進行分析，對本流域開展防汛抗旱、流域綜合治理、水資源開發利用具有一定參考意義，并對黃河陜北段其它流域產匯流規律研究具有參考價值。

[1]詹道江、徐向陽、陳元芳著，工程水文學[M].中國水利水電出版社，2010.

[2]芮孝芳著，水文學原理[M].中國水利水電出版社，2004.

[3]席雅娟，窟野河流域水沙特性初步分析[J]，地下水，2004.9.

[4]馬永來、高亞軍、王玲、徐建華，窟野河流域實測水沙量銳減原因分析[J]，人民黃河，2011.11.

[5]戴明英、陳發中，窟野河水沙特性變化分析[J]，1999.8.