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浅析退耕还林对水文站径流的影响

2019/11/20 阅读:

[摘要]以志丹水文站1964年~2017年实测资料为基础,结合大量的相关文献资料,系统地分析降水系列和径流序列,得出退耕还林后全区平均降水量平稳无变化,平均径流量却在减小;利用降雨径流双累积曲线法分析志丹水文站年径流量的趋势,绘制相同降雨量和相同降雨强度下的流量过程线,得出2005年后洪峰及产流量明显较小。分析结果证明,退耕还林可有效减少大洪水的形成,避免山洪灾害的爆发。

[关键词]周河流域;志丹水文站;退耕还林;径流

1概况

1.1退耕还林概况

志丹县开展退耕还林建设从2002年~2017年持续近20年,2002年8月6日,时任国务院总理的朱镕基在延安提出“退耕还林、封山绿化、个体承包、以粮代赈”的十六字方针。相关数字显示,截至2017年底,志丹县完成国家上一轮(2002年~2013年)退耕还林面积115.53万亩,其中,退耕地还林62.51万亩(生态林56.12万亩、经济林6.39万亩),荒山造林52.12万亩,封山育林0.9万亩;完成市级新一轮退耕地还林面积18.75万亩(生态林17.95万亩、经济林0.8万亩),已纳入国家计划面积11.7万亩。全县林草覆盖率由2002年的29%提高到71%以上;森林覆盖率较退耕前净增14.2个百分点,达到35.2%;水土流失综合治理程度达71.1%,土壤侵蚀量减少46.6%。由此志丹县水土保持治理大致可以分三个阶段:第一阶段,1951年~2002年为近似天然状态;第二阶段,2003年~2004年为过渡阶段;第三阶段,2005年~2017年为水土保持有效修复阶段。

1.2流域概况

周河又名周水河,为北洛河左岸一级支流,发源于靖边县周家嘴的饮马坡,从延安市志丹县顺宁乡的大摆沟入境,在该县永宁乡的川口入洛河。流经志丹县的顺宁、周河、保安、双河、永宁五乡镇,64个行政村。周河总长81.3km,境内河长59.4km,总流域面积1336km2,境内流域面积1100.5km2。河流比降平缓,平均比降为3.60‰,河道宽阔,平均宽度达100m。区域气候属于中温带半湿润—半干旱区,具有明显的大陆性季风气候特征,冬季寒冷干燥,春季干旱多风,夏季旱涝相间,秋季温凉湿润。年平均气温7.9℃~10.6℃,平均降水量489.2mm,无霜期145d~209d,年蒸发量1100mm~1200mm,常年结冰期达60d以上。上游地形分布有高山、峡谷及荒滩,坡度变化大,流域植被较差,水土流失严重,河流两岸地表为黄绵土、淤沙土、盐碱土等。主要支流有厂岔沟,驸马沟,保娃沟,纸坊沟,孙岔沟,麻子沟,土墩台沟,康家沟等。主干河道上至土墩湾,下至康家沟之间,两岸有块台地,由于河流比降平缓,又是沙砾石河床,没有固定式河槽,河水来回倒置掏刷两岸台地,在刘坪到川口一段特别严重。流域区平均侵蚀模数10000t/km2,年输沙量750万t。志丹水文站始建于1960年8月,地处陕西省延安市志丹县城关镇,是黄河流域北洛河一级支流,是周河上重要控制站。本文对志丹水文站收集的降水径流序列水文资料进行分析。志丹水文站具有周河流域降水径流资料1964年~2017年共计44年观测资料。

2基本规律分析

2.1降水序列基本规律分析

对周河流域降水系列年际变化趋势基本规律进行分析研究。采用志丹水文站资料,以时间1964年~2017年为横轴,年降水量为纵轴绘制志丹水文站多年降水量变化曲线。多年降水量变化过程见图1。由图1可知,研究区域年降水量的多年平均值为491.8mm,最大740.1mm(2013年),最小242.8mm(2004年),全区年降水量较平稳,变化不大。

2.2径流序列基本规律分析

统计志丹水文站1964年~2017年期间年径流量序列,以时间年1964年~2017年为横轴,年径流量为纵轴绘制流域多年年径流量变化曲线。多年径流量变化过程见图2。由图2可知:志丹站多年平均径流量为0.2680亿m3。径流序列极大值、极小值变化剧烈,最大值0.6530亿m3(1977年),最小值0.0724亿m3(2015年)。径流序列不稳定,且2005年~2017年平均径流量为0.1176亿m3远远小于44年平均径流量0.2680亿m3和1964年~2004年平均径流量0.3157亿m3。

3影响径流的因素分析

引起径流变化的原因是多方面的,但可归为3类。①自然因素,主要指气候变化,降水和蒸发直接影响河川径流的形成和变化。降水形式、总量、强度、过程以及在空间上的分布,都会影响河川径流的变化。②流域的下垫面因素,下垫面因素主要包括地貌、地质、植被、湖泊和沼泽等;③人为因素,主要指各种人类生产活动。例如,通过人工降雨、人工融化冰雪、跨流域调水,以及植树造林。本文研究为周河流域,故排除地貌变化引起的径流量变化。绘制1964年~2017年降雨、径流序列,见图3。由图3可知:降水量与径流量丰枯变化一致。可见降雨量是影响径流的关键因素。但从2005年~2017年年降水量与年径流量曲线之间出现明显背离。可以判定此12年多年降水量值虽然变化不大但多年径流量明显偏少。

4降雨径流关系

根据志丹水文站1964年~2017年期间降雨、径流资料,以44年累积降水量为横坐标,44年累积径流量为纵坐标,绘制出44年的降雨径流双累积曲线,见图4。由图4可知:研究区域降雨径流关系在2005年有一个明显的突变点,通过多年水文数据计算:44年平均径流量0.2680亿m3,1964年~2004年平均径流量0.3157亿m3,2005年~2017年平均径流量为0.1176亿m3。多年平均降雨量几乎无变化,排除降雨过程造成的突变,那么可判断突变是由径流量突变造成的。

5退耕还林前后相同降雨量和雨强下径流变化

在降雨变化不大的情况下,为研究志丹径流过程变化究竟有多大,本文对1964年~2017年的8次降雨量与降雨强度基本相同(P=18.0mm~22.2mm,I=3.2mm/h~4.4mm/h)的降水过程进行对比分析,绘制径流量过程线,见图5。由图5可知:研究区域流量过程线在1964年~2002年洪峰在500m3/s上下,2007年和2010年则明显减少至100m3/s上下。进一步证明了2005年以后相同降雨过程产流明显低于2005年以前,流量变化明显。同时1964年、1966年、1970年、1973年、1991年、2002年曲线所围成的面积远远大于2007年和2010年曲线所围成的面积,面积越大表明其产流量也越大。综上可得,1964年~2004年水土流失严重,无植被截流,降雨量很大一部分直接产流;2005年~2017年植被覆盖面积增加,植物截流,一部分降雨下渗,从而产流量减少。

6结论

通过对志丹水文站1964年~2017年共44年实测资料进行系统降水序列及径流序列的变化规律,利用降雨径流双累积曲线法分析志丹水文站年径流量,得出退耕还林可有效减少大洪水的形成,避免山洪灾害的爆发。

作者:杨洁 单位:陕西省延安水文水资源勘测局

浅析退耕还林对水文站径流的影响

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