黄河中游河口镇至龙门区间输沙量变化原因初步定量分析（李焯）

摘要：二十世纪八十年代以来，黄河实测径流和输沙量逐渐减少。一部分人认为主要是降雨变化引起的，另一部分人认为主要是水利水保工程引起的。本文初步建立了黄河主要产沙区河口镇～龙门区间主汛期降雨量和年输沙量关系方程，得出在输沙量减少值中，降雨变化因素占46％～65％，水利水保工程因素占35％～54％。同时90年代以后水利水保工程措施减沙作用逐步将弱。

关键词： 河龙区间 输沙量 降雨量 水利水保工程

1 问题的提出

黄河中游的河口镇～龙门区间（以下简称河龙区间）是黄河中游三大暴雨洪水最主要的来源，也是黄河泥沙的主要来源区，输沙量约占全河的55％。然而河龙区间1970实测径流年平均减少26.6％~60.9％，实测输沙量年平均减少24.1％～80.4％[1]。极大的引起了人们的关注，一方面认为1970年后河龙区间降雨量减少，导致了产沙量的减少；另一方面认为，1970年后水利水保工程等人类活动是主要因素[2]，且已有的各个研究分析结论差别较大。本文初步建立河龙区间主汛期降雨量和输沙量关系方程，希望能够揭示降雨和水利水保工程分别对泥沙的影响。

2 河龙区间降雨量变化分析

2.1基本站点的选择

河龙区间雨量站网，几十年来发生了巨大的变化，由50年代的100多个站发展为现在的400多个站，雨量观测站点密度和分布的不同，将影响到资料的一致性。因此，为尽量保持统计站点的一致，选取1966年5月前后基本连续观测的雨量站为雨量研究的基本站点，共104个。同时对个别缺测年份采用位置最近站点替代，以保证站点及资料的连续性。

2.2分析要素的选择

研究采用基准站由建站～2006年的日雨量资料进行分析，由于河龙区间降雨和泥沙主要来自主汛期（7～8月），故确定7～8月为降雨变化分析时段。

2.3主汛期降雨量变化情况

根据入选雨量站建站～2006年的日雨量资料，累加计算从而得到主汛期（7～8月）降雨量，并按照各个支流的情况，对各支流内雨量站的计算结果进行算术平均，得出各支流逐年主汛期的平均降水量。支流面积加权平均，得到河龙区间各年平均主汛期降雨量。通过点绘主汛期逐年降雨量变化图（见图1），分析降水量变化情况。从图1中可以看出：

（1）逐年主汛期降雨量呈峰谷相间，有一定的周期性；

（2）一般枯值出现的历时为2～4年；

（3）从1970年以后，枯值的大小普遍都比以前减小，同时可以看到，枯值的历时也比以前多长了；

（4）90年代中期以后，枯值历时已达10年。

同时，从河龙区间主汛期逐年代平均降雨量变化过程（见图2），看出，河龙区间逐年代主汛期平均降雨量呈减少趋势。

3 降雨量和输沙量关系的建立

河龙区间于70年代起开始大兴水利水保工程，也就是1970年前水沙受人类活动影响很小。现以1970年之前主汛期降水量与输沙量建立相关关系，并将1970年后，主汛期降水量带入关系式计算出不受人类活动影响的输沙量。该值与它所相应年份的实测输沙量比较，可以算出水利水保工程的减沙量；该值与70年代以前的平均实测输沙量比较，可以计算出因降雨变化对输沙量影响的结果。

1970年之前的主汛期降雨量和年输沙量关系图，见图3。由图3可以看出，点群明显呈现两种趋势。降雨量较小时，输沙量随降雨量变化较缓；当降雨量超过某一临界值时，输沙量随降雨量变化较快。经分析计算，取分临界值为218mm（见图3）。

当主汛期降雨量小于218mm时，关系线较缓，降雨量每增大50mm输沙量增加1.31亿t。当主汛期降雨量大于218mm时，由于受前期降雨量、降雨强度、降雨落区和同等降雨强度的笼罩面积等因素影响较大，降雨每增大50mm，输沙量增值的变化幅度较大，由上包线和下包线（见图3），算出最大值和最小值分别为19.6亿t和3.9亿t；由高值平均线（见图3），算出平均增加7.4亿t。

并分段建立相关方程为：

利用方程1和方程2计算得出1970以前平均输沙量为10.46亿t，与实测平均输沙量10.5亿t非常接近，并且将计算值和实测值点绘相关关系（见图4），趋势线斜率近似为1，拟合相关系数R＝0.83，说明实测值计算值相关性较好，所建立的相关方程可以满足研究的要求。

4 泥沙变化原因分析

将1970年以后的主汛期降雨量代入方程，得到输沙量计算值，并与实测值相比较，分析水利水保工程与降雨变化对输沙量的影响。1970年前实测输沙量与1970年后计算值之差，表示降雨变化对泥沙的影响；1970年后计算值与实测值之差，表示水利水保工程对泥沙的影响，计算结果见表2，现分析如下：

（1）1970年后，受降水变化而减少的输沙量呈增加的趋势，这与降水变化的趋势基本一致。70年代、80年代、90年代和2001～2005年因降水变化的减沙量分别是2.0亿t、3.2亿t、2.6亿t和4.2亿t；

（2）1970年后，水利水保工程对减沙的效益明显。河龙区间70年代，国家开始建设水利水保工程，同时群众大量自发兴起水土保持工作，年均减沙约2.1亿t；80年代和90年代，水利水保工程的减沙效益达到最高峰，年均减沙分别为3.3亿t和3.1亿t；近几年来，虽然国家投资加大，但群众自发的水土保持工作大幅度减少，并且70年代已建好的水利水保工程效益减弱（如淤地坝库容淤满等因素），新建的水利水保工程增加的减沙作用与原有的水利水保工程减弱的减沙作用相互抵消后，年均减少输沙量小于80、90年代，仅为2.4亿t。

（3）降雨变化和水利水保工程减少的年输沙量，是 70年代和80各占50％，90年代分别占46％和54％，2001～2005年占65％和35％。

5 结论

（1）河龙区间降雨量呈周期性变化，90年代中期以来枯值历时较一般情况长的多。

（2）河龙区间主汛期降雨量小于218mm时，输沙量和降雨量称单一关系，输沙量随降雨量增加而增长的幅度较小；当主汛期降雨量大于218mm时，输沙量随降雨量增加而增长的幅度较大，影响因素很多。

（3）由降雨变化减少的输沙量是45％～65％，由水利水保工程减少的输沙量是35%～54%。

（4）2000年以后水利水保工程措施减沙作用减弱，水利水保工程减沙措施的作用呈下降趋势。

6 建议

（1）当主汛期降雨超过平均降雨量后，前期降雨量、降雨强度、同等降雨强度的笼罩面积和降雨落区对输沙量的影响作用显著增强，应加入这些因素，深入研究泥沙变化的原因。

（2）鉴于从90年代以后水利水保工程减沙作用逐步减弱，建议国家进一步加大水利水保工程建设的力度，同时号召群众进行大范围的自发的水土保持工作，以遏制水利水保工程减沙作用下降的趋势。

（指导老师：徐建华）

主要参考文献

[1] 徐建华、林银平、吴成基等，黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究[M] 郑州 黄河水利出版社 2006年11月

[2] 冉大川,黄河中游河龙区间水沙变化研究综述[J] 北京 《泥沙研究》2000年03期

[3] 钱意颖、徐明权、戴明英等，黄河中游河口镇至潼关地区水利水土保持工程对洪水影响[A]，见汪岗、范昭主编《黄河水沙变化研究》第二卷[C]，郑州，黄河水利出版社，2002年9月