大凌河流域輸沙量變化特征分析

金守哲

(朝陽市朝陽縣六家子鎮水利服務站，遼寧 朝陽 122621)

遼河三角洲的物質基礎是河流入海水沙，河流影響邊緣海、海岸及河口主要通過向海洋輸送陸源物質來實現，其中全球95%的陸-海沉積物通量來源于河流的輸送[1-3]。近年來，全球各主要河流輸沙率受人類活動影響發生了極大改變，如Milliman J D[4]研究認為歐洲諸多河流入海泥沙通量在過去五十年來出現了明顯減少；Meade R H等[5]認為幾十年來Mississippi河的輸沙量減少了75%；Loisel H等[6]研究了湄公河懸浮泥沙濃度(SSC)的變化特征，結果顯示該河流SSC年下降幅度達到5%。我國河流的水沙變化與國外河流相似，近幾十年發生了顯著變異，如彭濤等[7]以長江干流為例，通過分析水沙數據發現，近六十年來流域年際輸沙量變化較為劇烈，年際徑流量變化相對平穩，大部分站點的水沙都產生有突變；張金萍等[8]通過研究1919—2015年共計97 a黃河三門峽水庫入庫潼關水文站的輸沙量和徑流數據，表明兩者均表現出明顯的下降趨勢，且這種變化趨勢在未來一段時間內將持續；府仁壽等[9]提出長江流域輸沙量受人類活動、氣候變化的共同影響，近幾十年出現大幅減少，從而導致嚴重的生態環境問題。大凌河為遼西乃至整個東北地區的重要河流，由于獨特的地理位置其河口處的遼河三角洲，對促進我國經濟發展發揮著不可替代的作用。近年來，人類活動對三角洲地區以及大凌河流域的影響日趨顯著，有學者做了大量研究，但研究輸沙量歷史變化的還鮮有報道。因此，本文結合大凌河流域水文站1955—2018年長序列輸沙量資料，深入研究了年內與年際輸沙量變化特征，并進一步探討了輸沙量受人類活動的影響，以期為流域生態環境保護和水土資源高效利用提供參考。

1 研究區概況

1.1 基本情況

大凌河流域位于遼寧省西部，上游分南、北兩支，兩支于喀左縣大城子匯合后流經朝陽、北票、義縣、凌海等地后注入渤海，大凌河東與柳河、饒陽河相鄰，南有小凌河和六股河，西接青龍河，北與教來河、老哈河相鄰。流域呈西東向，地處東經118°53′～121°52′、北緯40°28′～42°38′，全長453 km，流域面積為23 235 km2。其中，山地丘陵區20 992 km2，占全流域的89%；自凌海市石窗子以下進入平原區，平原面積僅占全流域的11%。

1.2 河段劃分

大凌河左側河網水系密布，有老虎山河、第二牤牛河、涼水河子河、細河等支流，結合各河段特點可以將大凌河劃分成河源段、上中下游段。其中，河源段是指宮山咀水庫以上段，河長45.0 km，主要有賀杖子河、新開嶺河和魏家嶺河等支流；上游段是指宮山咀壩下至閻王鼻子水庫段，河長156.8 km，主要有第二牤牛河、老虎山河、滲津河、大凌河西支等支流匯入；中游段是閻王鼻子壩下至細河入匯口段，河長150.8 km，主要有牤牛河、涼水河、顧洞河、細河、十家子河等支流匯入；下游段是指細河入匯口至入渤海口段，河長94.3 km，主要有大業河、大定河等支流匯入，大凌河水系、測站分布。

2 輸沙量變化特征

2.1 數據來源

流域內共有泥沙觀測站12處，大多數測站的泥沙顆粒級配數據始測于1960年，輸沙量、含沙量數據始測于1955年，各測站泥沙實測數據系列如表1。

表1 各測站實測數據系列

2.2 泥沙變化特征

2.2.1 輸沙量地域分布

大凌河屬遼西多沙河流，大凌河站統計資料顯示多年平均含沙量為14.17 kg/m3，輸沙量為1745.5萬t，侵蝕模數為982.23 t/km2·a。

泥沙主要來源于大凌河中游，朝陽以下至大凌河站河段(72.35 km)的多年平均淤積達到90.8萬t，牤牛河(52.6%)和涼水河子河(3.6%)來沙占56.2%，干流上游來沙占49.7%，相對大凌河站輸沙量支流來沙超過5.2%；大凌河站至凌海河段(96.65 km)的支流細河來沙11%(198.15萬t)加上干流上游來沙超出凌海輸沙量13%(235.73萬t)，兩者之和進比出多24.0%共433.88萬t泥沙淤積。

輸沙量沿大凌河站以下遞減，河道內泥沙落淤嚴重，通過凌海斷面大凌河每年向河口區輸送泥沙接近1505.43萬t，從而導致大凌河口逐漸向淺海伸展，演變日趨劇烈。

2.2.2 年際與年內輸沙量變化

大凌河年際輸沙量變化明顯，各站最大、最小輸沙量之比處于60～4600倍之間，如表2。由表2可知，大凌河來沙多集中于大水大沙年份，如1962年實測輸沙量最大值10 695.71萬t為1992年最小值8.66萬t的1235.97倍；是多年均值1745.50萬t的近6.1倍；是1955—1992年共38 a 總沙量81 450.40萬t的13.13%。此外，年際輸沙量變幅呈現出下游比上游小、干流比支流小的特征，干流各站輸沙量最大值出現時間存在一定差異，即呈現出局部暴雨產沙的特點，不同的覆蓋面積、暴雨中心會改變年際和年內輸沙量。

表2 各站輸沙量特征值表

汛期流域內降雨集中，并且多以暴雨的形式出現，所以年內分布上輸沙量極不均衡，大多數集中于汛期幾場次洪水之中。統計資料顯示，一般6—9月(汛期)沙量站全年的95.8%～98.2%，其中七、八月份沙量就占全年的71%～85%，一次洪水所帶來的沙量占比較高。如1962年汛期大凌河站沙量為1690.79萬t，占全年總量的96.87%，其中7—8月份沙量(1438.16萬t)占全年總量的82.39%，7月的一次洪水沙量(7812.2萬t)占全年的73%；非汛期12月、1月、2月河道封凍，來沙幾近為零，3月下旬化冰之際有凌汛沙峰發生。

2.2.3 懸移質泥沙顆粒組成

懸移質泥沙顆粒組成單一，并且以粉砂為主，中值粒徑d50處于0.0157～0.0219 mm，平均粒徑dpj處于0.0242～0.0318 mm，只有涼水河子因摻雜細煤粉，顆粒偏細，d50=0.0127 mm。

泥沙顆粒沿上窩堡至大凌河站不斷變細，老虎山河、牤牛河等支流河道偏沖，來沙較粗，下游來沙較細，細河d50=0.0161 mm，凌海d50=0.0157 mm，下游總體呈現出平原沖積河流的淤積特性。汛期暴雨侵蝕流域面上攜帶而來的泥沙顆粒較細，而上游河道沖刷而成的非汛期泥沙顆粒較粗。

2.3 輸沙量變化原因分析

2.3.1 年際輸沙量變化原因

實際上，有許多因素均可在一定程度上影響河流年際輸沙量[10]，而人類活動對大凌河年際輸沙量變化的影響最大，深入分析發現大凌河徑流量并未出現明顯的改變，由此可認為河流含沙量的改變是導致輸沙量變化的主要原因。

人類活動影響流域輸沙量的根本途徑是改變河流的含沙量，結合大凌河流域輸沙量實測資料，人類活動改變河流含沙量的方式有兩種：其一，植被覆蓋率的改變，流域植被覆蓋率對土壤侵蝕造成影響，從而影響河流含沙量，而流域的治理情況、管理現狀以及國家或地區的環境政策與植被覆蓋率有關；其二，修建水庫、大壩，在完成蓄水的同時，水庫、大壩也使大量的泥沙聚集于水庫內或大壩前，從而使得下游含沙量發生改變。

隨著庫容量、新建水庫及大壩數量的增大，這些大工程逐漸成為改變流域含沙量的重要因素。大凌河干流上共有控制性水庫三座，自上往下依次為宮山咀水庫、閻王鼻子水庫和白石水庫，這些水庫的修建能夠明顯地減少流域含沙量。

2.3.2 年內輸沙量變化原因

實踐表明[11-15]年內的河流含沙量變化和徑流分配為大凌河流域年內輸沙量變化的兩個主要因素。通過對比分析1955—2018年各水文站的年內徑流集中期和集中度發現，各水文站徑流集中度與輸沙量集中度具有相似的變化特征，但徑流集中度要遠遠高于輸沙量集中度。此外，年內徑流變化與輸沙量變化有關，而年內徑流變化又與流域水庫、大壩的修建有關。

3 結 語

(1) 從地域分布上，泥沙主要來源于大凌河中游，輸沙量沿大凌河站以下遞減，河道內泥沙落淤嚴重，通過凌海斷面大凌河每年向河口區輸送泥沙接近1505.43萬t，從而導致大凌河口逐漸向淺海伸展，演變日趨劇烈。

(2) 從年際分布上，大凌河年際輸沙量變化明顯，各站最大、最小輸沙量之比處于60～4600倍，年際輸沙量變幅呈現出下游比上游小、干流比支流小的特征；從年內分布上，因汛期暴雨集中年內沙量分配不均，大多集中于汛期場次洪水之中。

(3) 從泥沙顆粒組成上，懸移質泥沙顆粒組成單一，并且以粉砂為主，中值粒徑d50處于0.0157～0.0219 mm變化區間，只有涼水河子因摻雜細煤粉，顆粒偏細。

(4) 人類活動改變河流含沙量的方式有植被覆蓋率的改變、修建水庫和大壩兩種。其中，流域植被覆蓋率對土壤侵蝕造成影響，從而影響河流含沙量，而流域的治理情況、管理現狀以及國家或地區的環境政策與植被覆蓋率有關；水庫、大壩在完成蓄水的同時也使大量的泥沙聚集于水庫內或大壩前，從而使得下游含沙量發生改變。