河北省邢台县西部山区降水输沙分析

檀领革

摘要：本文分析了邢台县西部山区代表站坡底水文站的降水特性及产沙特性，探讨了降水强度和降水的时空分布对地面径流及输沙影响，揭示不同尺度下侵蚀产沙过程的变化规律和普遍规律。

关键词：降水特性；水沙关系；时空变化；坡底小流域

1研究区基本概况

1.1研究区地理位置与基本概况

邢台县位于河北省南部，东经113°45′～114°38′，北纬36°58′～37°22′，地处太行山东麓，地形起伏，形态复杂。自西向东依次呈现中低山、低丘垄岗和山前倾斜平原的地貌。中低山区：位于白岸、杨庄、浆水、冀家村、崇水峪、路罗、城计头、西枣圆、将军墓、宋家庄、西上庄、龙泉寺、北小庄、西黄村等乡镇，面积1290Km2，占全县总面积的65%。由变质岩、石英砂岩及灰岩构成，地形起伏较大，海拔500～1800m，重峦叠嶂，山坡陡峭，沟壑纵横，切割强烈。低山垄岗：位于邢台县中部，在龙华、大贾乡、谈话、张安北、羊范、南石门、皇寺、会宁等乡镇，面积515Km2，占全县总面积的26%，海拔高程100—300m。变质岩分布区有明显的立状夷平面。石英砂岩、灰岩构成低缓的低山。山前平原：位于京广铁路东部，面积为175Km2，约占全县总面积的9%，包括东汪、祝村、晏家屯、于办等乡镇。海拔高程45—80m。

1.2流域降水特性分析

利用1973～2007年坡底小流域降雨量资料系列分析计算，该区多年平均降水量605.0mm。对年降雨量系列进行频率计算，频率曲线采用皮尔逊Ⅲ型曲线，频率计算采用适线法。对于变差系数Cv值的确定，在适线中，对系列中出现的特大特小值，一般不做处理。偏差系数Cs的取值一般用Cv/Cs值来反映。坡底小流域不同频率年降水量计算成果如表1所示。

该区降水量年际变化很大，且常有连续几年降水量偏多或连续几年降水量偏少的现象。以历年年降水量最大值与最小值之间的比值K来表示年际变化，该区各雨量站监测的年降雨量资料分析，各站极值比大都在4.0～6.5之间。如路罗雨量站1963年年降水量为1753.1mm,1986年年降水量为281.8mm，相差6.22倍。

2流域产沙量时空分布特征分析

对于一个特定的流域来讲，气候是输沙量变化的主要因素。在不同的丰枯年份，年输沙量显著不同。由于季节的变化，在一年之内输沙量的分配也极不均匀。在北方地区，受降水影响，有时一次暴雨的输沙量即为全年的输沙量。

水力侵蚀的强度，决定于土壤或土体的特性、地面坡度、植被状况、降水特征及水流冲刷力的大小等。少数几次大暴雨引起的侵蚀量，往往占年总量的主要部分。河北省暴雨多发生在7月中下旬和8月上中旬。一般每年二至四次暴雨，暴雨量占全年雨量的一半左右。由于暴雨的作用，引起水土大量流失。根据该小流域1991～2007年试验站监测资料分析[1]，土壤侵蚀主要是暴雨引起的，年内几次较大的降水过程产生的输沙量，决定全年的输沙量。个别年份，一次降水过程产生的沙量即为全年的土壤侵蚀量。表3为河北省坡底小流域试验站年内一次最大暴雨的土壤侵蚀量占全年土壤侵蚀量的计算成果。

通过1991～2007年资料分析可以看出，该流域土壤侵蚀量年内分配比较集中。一次暴雨侵蚀量占全年土壤侵蚀量低于50%的有2年次，占全年侵蚀量50%～80%的有8年次，大于90%的有5年次，有2年的一次暴雨侵蚀量即为全年侵蚀量。根据1991～2007年计算成果分析，该区一次暴雨的平均土壤侵蚀量占全年土壤侵蚀量的77.7%。

3降水时空分布对水沙关系影响分析

3.1降水强度对流域水沙关系影响分析

2002年7月13日的一次降水过程，该次降水过程在流域上分布均匀，降水历时短，降水强度较大，流域平均降水量26.4mm,平均降水强度为8.8mm/h，最大1小时降水量23.6mm。通过对该流域27场降水过程分析，该次降水过程是降水强度最大的一次。由于该次降水强度大，对土壤侵蚀作用较强，导致输沙率偏大。降水强度大小，是影响输沙量的主要因素。表2为坡底小流域2002年7月13日各雨量站时段降水量摘录表。

由降水量过程分析，降水量过程第一时段，流域最下游的坡底雨量站降水强度为32.1mm/h，如此大的降水强度产生大量的泥沙率先到达监测断面，使流量过程线涨水段，出现了沙量最大值，该次最大沙量是下游局部产沙造成的。降水量的时空分布不均，导致含沙量过程线比流量过程线时间提前，最大含沙量比最大流量时间提前2个小时。由于降水过程中强度的变化，使水沙过程线关系也发生相应的变化。

4结论:

通过对太行山区典型小流域水沙关系分析，流域产沙量与降水量之间存在较大的不确定性，在相同降水量和降水强度的情况下，产沙量最大相差10倍；最大流量和最大含沙量之间也存在较大的不确定性，最大相差20多倍。通过对该小流域多次降水量、流量、含沙量过程线分析，水沙关系的这种不确定性，主要是降水量在流域上分布不均，降水在时间和空间上的变化引起的。降水强度是造成土壤侵蚀的原动力，由于降水强度在流域上分布变化，致使监测断面水沙关系产生较大的不确定性。侵蚀产沙系统是一个极其复杂的非线性系统，要揭示不同尺度下侵蚀产沙过程的变化规律和普遍规律，还需要在理论上的进一步完善和观测手段的提高。

参考文献：

[1]张广军，赵晓光．水土流失及荒漠化监测与评价[M]．北京：中国水利水电出版社，2005年．

[2]陈松生，张欧阳，陈泽方，等．金沙江流域不同区域水沙变化特征及原因分析[J]．水科学进展，2008，19（4）：457-48