秦岭——黄淮平原交界带河流水沙迁移变化规律研究①，本文主要内容关键词为：秦岭论文,黄淮平原论文,河流论文,规律论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
提要 分析了秦岭——黄淮平原交界带河流水沙源地的分布规律及其成因和河流水沙迁移变化规律。得出结论：河流水沙异源，水源地主要分布于上游多雨中心地区，沙源地主要分布于上游地面坡度和降水量较大地区、地表组成物质较为疏松的地区和水库坝下河段。交界带内河流径流量沿程变化趋势与流域面积增长曲线基本一致；河流含沙量沿程变化不甚规则。
关键词 秦岭——黄淮平原交界带 水沙源地 迁移规律
中图分类号 P332.5
秦岭——黄淮平原交界带（以下简称交界带）位于河南中部，大致界于23°40＇～35°N和111°30＇～114°E之间，地形以丘陵为主，兼有低山和山前倾斜平原。特殊的自然地理部位，形成了交界带特殊的河流水沙迁移变化规律。
1 河流水沙的来源
1.1 水沙源地的分布
交界带内黄河流域主要由伊洛河流域所构成，其他流域面积皆很小，黄河流域的水沙主要形成于伊洛河流域，故这里仅分析伊洛河的情况。由伊洛河及其流域各要素沿程变化情况（表1）可知， 伊洛河的流域面积主要集中于洛河流域，其中又以洛河中下游更为集中。伊洛河的径流量主要形成于洛河的上游地区，灵口站控制流域面积占流域总面积的13.3%，而多年平均径流量占黑石关站的54.1%，产水率为23.56 万m[3]/（k[2]·a），远大于全流域的5.8万m[3]/（km[2]·a）。 洛河中下游长水至白马寺河段控制流域也为一产水区，虽然产水率仅为4.24万[3]/（km[2]·a），但流域面积较大，年产水量达2.4亿m[3]，占黑石关站年下泄水量的22.2%。伊河东湾至陆浑河段控制流域面积亦为一高产水区，产水率为7.4万m[3]/（km[2]·a）。但该区面积较小，仅869km[2]， 年产水量不大，仅0.64亿m[3]。
表1 伊洛河水系部分水文测站要素值
伊洛河全流域皆为产沙区，河流含沙量和悬移质输沙率除陆浑水库库区河段外，自上而下全程递增。主要产沙区与产水区的分布不相一致，基本上是水沙异源。伊洛河的泥沙的75%来源于洛河，主要产沙区为洛河长水站以上流域。长水站多年平均含沙量高于黑石关站0.5kg/m[3]，悬移质输沙率占黑石关站的46.2%，年输沙量达942.9万t，年侵蚀模数为1510.1t/km[2]。尤其是长水至卢氏河段， 控制流域面积仅占流域总面积的11.6%，长水站较卢氏站河流含沙量增加了3.7%， 悬移质输沙率增加了200kg/s，该区所产沙量占黑石关站输沙量的30.9%， 年侵蚀模数高达2913.3t/km[2]，为全流域年侵蚀模数1099,2t/km[2]的2.65倍。除陆浑水库库区河段外，伊河流域的产沙量自上游向下游逐渐增多，年侵蚀模数栾川站以上流域为544.5t/km[2]，栾川至东湾河段控制流域为916.2t /km[2]，陆浑至龙门镇河段控制流域为1124.3t/km[2]。由此可见，伊河流域的主要产沙区在下游地区。
表2 颖河水系部分水文测站要素值
交界带内淮河流域的大部分面积属颖河流域。由颖河及其流域要素沿程变化情况（表2）可知， 颖河流域面积较均匀地分配于其干流和主要支流之间，周口站以上颖河干流及其支流北汝河和沙河的流域面积皆是自上游向下游较为均匀地增长。周口站的下泄流量主要形成于上述各河的上、中游地区，尤以中游地区产水率更高。沙河白龟山站以上流域的产水率为102.3万m[3]/（km[2]·a），其中中汤至白龟山河段控制流域的产水率高达121.1万m[3]/（km[2]·a），分别是周口站以上流域产水率4.3万m[3]/（kkm[2]·a）的23.8倍和28.2倍。 颖河干流白沙站以上流域的产水率为5.1万m[3]/（km[2]·a），其中告成至白沙河段控制流域的产水率为6.0万m[3]/（km[2]·a）。北汝河全流域皆为产水区， 产水率自上游向下游递减，襄城站以上流域的产水率为17.7万m[3]/（km[2]·a）， 其中紫罗山站控制流域的产水率达28.2万m[3]/（km[2]·a）。由上述可知， 颖河水系的主要产水区为沙河白龟山站以上流域，该区面积大，产水率高，年产水量达232.5亿m[3]，仅中汤至白龟山河段控制流域的年产水量就达27.2亿m[3]。北汝河流域也有较大的产水率和产水面积，年产水量达9.6 亿m[3]，其中紫罗山以上流域的年产水量就达5.1亿m[3]。颖河干流产水率较低，产水量不大，白沙站以上流域年产水量仅0.5亿m[3]。
颖河水系的产沙区分布于各河的上游地区及水库下游河段。北汝河襄城站控制流域面积占周口站以上流域面积的21%，多年平均含沙量占周口站的163.5%，悬移质输沙率占周口站的39.6%， 年输沙量为357.0万t，年侵蚀模数达657.4t/km[2]， 约是周口站以上流域年侵蚀模数349.6t/km[2]的2倍。紫罗山站以上流域产沙率更高， 年侵蚀模数达1002.1t/km[2]，约是周口站以上流域的3倍。沙河的产沙源地有两处，一是中汤站以上流域，年侵蚀模数为396.6t/km[2]，二是白龟山水库坝下至漯河河段，漯河站较白龟山站河流含沙量增加了2.871kg/m[3]，悬移质输沙率增加了517.84kg/s，年输沙量增加1633.1万t， 相当于该河段控制流域年侵蚀模数为1657.9t/km[2]。颖河干流的产沙区亦有两处， 一是告成站以上流域，年侵蚀模数为344.0t/km[2]，二是白沙水库坝下至颖桥河段，颖桥站较白沙站年输沙量增加了13.6万t， 相当于该河段控制流域的年侵蚀模数为143.7t/km[2]。在上述各产沙区中，沙河白龟山至漯河河段及其控制流域和北汝河襄城以上流域面积大，产沙率高，构成了颖河水系的主要沙源地。
1.2 水沙源地的成因
交界带的河流径流主要是由降水形成的，水源地的分布与降水量的分布直接相关。交界带及其西部山地是一西高东低的迎风坡面，降水量随地势的增高而增多的趋势较为明显，在一些山峰地区形成了数个多雨中心（图1），这些多雨中心的分布形势， 基本上决定了交界带各河水源地的分布。对交界带河流水量有较大影响的多雨中心有4个。（1）位于横跨陕豫2省的小秦岭山地区，面积较大，降水量较为丰沛， 全区年降水量皆在700mm之上，中心年降水量在1000mm之上。受其影响， 形成了洛河灵口站以上流域产水区。（2）位于嵩山地区，面积较小， 降水量较丰，全区年降水量皆在900mm之上，中心年降水量大于1000mm。 该多雨中心形成了颖河干流白沙站以上流域的产水区。（3）位于熊耳山地区，范围较大，降水丰沛，全区年降水量皆在700mm之上， 中心年降水量在1000mm之上。在其影响下，形成了洛河长水至白马寺河段控制流域的水源地和伊河东湾至陆浑河段控制流域的水源地的左岸部分。 （4）位于伏牛山和外方山地区，面积之大和降水量之丰，均为各多雨中心之首，全区年降水量均在800mm之上，中心年降水量在1200mm之上。 由其所形成的产水区有伊河东湾至陆浑控制流域的右岸部分、北汝河襄城站以上流域和白龟山站以上流域。
图1 豫西山地多雨中心分布图
交界带沙源地的形成较水源地复杂，影响因素较多，且各沙源地的成因不尽相同。前述各沙源地的成因大致可分为3 种基本类型：（1）由于地面坡度和降水量较大，地表径流侵蚀力较强而形成的沙源地，皆位于河流的上游地区，如洛河长水站以上流域、沙河中汤站以上流域、颖河告成站以上流域、北汝河紫罗山站以上流域等产沙区；（2）由于地表组成物质质地疏松，所以易被侵蚀而形成的沙源地，多处于黄土分布地区，如洛河卢氏至长水河段控制流域、伊河陆浑至龙门镇河段控制流域；（3）由于水库下泄清水冲刷河床而形成的沙源地， 位于水库坝下河段，如沙河白龟山至漯河河段、颖河白沙至颖桥河段。沙源地的成因复杂多样，某一沙源地决不会简单地属于上述基本成因类型的某一种，可能有数种成因同时存在。例如，洛河上游沙源地的成因兼有第1 种和第2种，伊河陆浑至龙门镇河段及其控制流域沙源的成因兼有第2种和第3种，沙河白龟山至漯河河段及其控制流域沙源地的成因兼有第1种和第3种。
2 河流水沙迁移变化规律
2.1 径流沿程变化规律
河流径流沿程变化规律主要受水源地分布和地表组成物质质地、地面坡度的影响。各河这三个要素的情况不尽相同，径流沿程变化的情况也有别（图2）。
图2 水文要素沿程变化曲线
洛河灵口站以上河段受小秦岭多雨中心的补给，水量丰富。灵口至卢氏河段在多雨中心之外，流经黄土地区，补给量少而下渗量大，水量稍减。卢氏至长水河段为河流出山口段，下渗量加大，虽受熊耳山多雨中心的补给，水量仍大减。长水至白马寺河段受淆山和熊耳山2 个多雨中心补给，流经红粘土地区，下渗量小，水量明显增大。白马寺站之下，与伊河相汇，水量剧增。
伊河左岸受熊耳山多雨中心控制，右岸受伏牛山、外方山和嵩山多雨中心控制，水量沿程逐渐增大。伊河流域形状狭长，集水面积较小，沿程水量增加不多。东湾至陆浑河段流经红粘土地区，下渗量减少，流量增加幅度略大。龙门镇以下与洛河相汇，水量大增。
颖河径流量沿程变化不大。告成以上河段流域面积较小，告成之下河段已出多雨中心，水量不丰。颖桥至李湾河段地面坡度较小，地下水排泄不畅，地表径流下渗量减小，水量增加幅度。李湾至周口河段，有沙河、双洎河等较大支流汇入，水量陡增。
北汝河径流量沿程变化较大。紫罗山以上河段受外方山多雨中心补给，水量剧增，而后进入出山口段，水量大降。临汝至襄城河段。同时受外方山和嵩山两个多雨中心的补给，水量剧增。襄城至大陈河段流经砾石带，水量在很短的距离内骤然减少。之后汇入沙河。
沙河径流量沿程变化最为复杂。昭平台以上河段位于外方山多雨中心之内，水量有增，但流域面积较小，水量不大，其中上段为褐土地区，下段为沙土地区，流量沿程增加幅度上段较大，下段较小。昭平台至白龟山河段被2座水库所夹，且地表土层为沙土，地下水位较高， 河流下渗量较小，加之受外方山多雨中心的补给，水量陡增。白龟山之下河段进入砾石带，虽有北汝河汇入，水量仍然剧减。马湾至漯河河段进入平原区，地面坡度较小，上游地下来水受到顶托，抬升地下水位，甚至形成地表积水，河流下渗量甚微，径流量急剧增加。漯河至周口河段下渗量有所增加，河流径流量增加幅度有所下降。
由上述各河径流量沿程变化情况可以看出，河流径流量沿程变化有以下规律。
第一，交界带地表组成物质质地较粗，地面坡度较大，地下水排泄通畅，地表水下渗量较大。交界带内及邻近山地有多个强大多雨中心，河流的降水补给量较丰。因而，河流径流量在此不增即减，变化幅度较大。变化的方向和幅度，取决于各河段的主要影响因素及补给量和下渗量的对比关系。
第二，河流径流量沿程变化曲线与流域面积增长曲线变化趋势基本一致，说明汇水面积对径流量的影响亦较大。
第三，交界带中部地表组成物质以砂、砾为主，透水性极强，加之地面坡度较大，地下水排泄通畅，地表水大量下渗，河流径流大量转变为地下径流，径流量沿程变化曲线的斜率大多小于流域面积增长曲线的斜率和其他河段径流量沿程变化曲线的斜率。这反映出交界带中部地区的产水率较低。
第四，交界带上游及其相邻山地区多处于多雨中心的控制之下，区内河段直接受多雨中心的补给，加之地表疏松土层厚度较小，河流切割深度较大，通常是地下水补给河流，河流径流量较为丰富。
第五，交界带下游及其相邻平原地区不受多雨中心的直接补给，地表组成物质较细，地面坡度较小，地下水埋深较浅，河流下渗量较小，加之有较大支流汇入，水量一般有较大幅度的增加。
2.2 河流泥沙迁移规律
河流含沙量和输沙率的沿程变化（图2）主要受沙源地的产沙率及分布、径流量大小和河流比降的影响。洛河全程比降较大，大部分河段流经黄土地区，水量较丰，河流含沙量和悬移质输沙率沿程皆有增加。卢氏以上河段水量丰沛，坡陡流急，河谷平地带有黄土分布，河流含沙量和悬移质输沙率较大并沿程有增。卢氏至长水河段控制流域黄土广布，产沙率高，河流含沙量和悬移质输沙率沿程陡增。长水之下河段比降较小，流经红粘土地区，河流含沙量和悬移质输沙率沿程增加幅度骤减。白马寺之下河段与含沙量较小的伊河相汇，河流含沙量剧降，悬移质输沙率剧增。
伊河东湾以上河段坡陡流急，流经黄土地区，河流含沙量和悬移质输沙率较大且沿程大增。东湾至陆浑河段因水库的沉淀作用，河流含沙量和悬移质输沙率猛降。陆浑之下河段因水库下泄清流对河床的冲刷，河流含沙量和悬移质输沙率迅增。龙门镇之下河段与洛河相汇，河流含沙量和悬移质输沙率剧增。
颖河上游河段坡陡流急，流经黄土地区，河流含沙量很大，但径流量较小，悬移质输沙率极低。因水库的沉淀作用，告成至白沙河段河流含沙量骤减。白沙至颖桥河段又因水库泄流对河床的冲刷而含沙量剧增，但悬移质输沙率仍因径流量不大而极小。颖桥之下河段坡降较小，河流含沙量增幅有减，但因有数条大支流汇入，径流量增大，悬移质输沙率迅增。
北汝河的含沙量和输沙率沿程变化较大。紫罗山以上河段坡陡流急，流量较大，河流含沙量和悬移质输沙率均较大。紫罗山至襄城河段径流量大增而使河流含沙量下降，输沙率增加。襄城至大陈河段，受到沙河的顶托作用，发生壅水而流速减小，并因流经砾石带而径流量大量减少，形成河流泥沙的大量淤积，河流含沙量和悬移质输沙率均发生锐减。大陈之下汇入多沙的沙河，含沙量和悬移质输沙率又陡然增加。
沙河含沙量和输沙率的沿程变化亦较大。上游流经植被条件较好的石质山地，产沙率很低，并有昭平台和白龟山2座水库的沉淀作用， 河流含沙量和悬移质输沙率很小，并沿程呈下降趋势。白龟山水库下泄清水对河床的冲刷作用和径流量的锐减，使坝下河段的含沙量和悬移质输沙率猛增。叶县至漯河河段，北汝河等较大支流相继汇入，带来大量泥沙，而径流量因在砾石带的大量下渗反而减小，河流含沙量和悬移质输沙率仍然增加。漯河之下汇入低沙的颖河，含沙量和悬移质输沙率均骤减。
由上述各河含沙量和悬移质输沙率的沿程变化情况可以看出，交界带的河流泥沙具有如下迁移规律。
第一，交界带及其相邻山地和平原地区的河流含沙量和悬移质输沙率的沿程变化趋势大致相同，变化曲线各段的倾斜方向大多相同，斜率存在着较大的差异，一般是含沙量的变化幅度大于悬移质输沙率的变化幅度。
第二，河流含沙量沿程变化较为复杂，不甚规则。影响河流含沙量的因素较多，主要的是沙源地的分布及其产沙率的大小和水库分布，其中沙源地的特征又受到降水量、地表组成物质质地、植被覆盖度、地面坡度等自然地理要素的影响。这些要素在各流域的分布和组合情况不尽相同，使得各河含沙量沿程变化的差异较大。虽然各河的含沙量具有自上游向下游逐渐增大的趋势，但不甚明显。
第三，河流悬移质输沙率具有自上游向下游递减的变化规律。影响河流悬移质输沙率的主要因素是径流量的多寡和流速的大小。此二要素分布的规律性较为明显，因此，悬移质输沙率自上游向下游逐渐增加的规律性也相应地较为明显。虽然个别河段因水库、地表组成物质变化而使悬移质输沙率发生不规则的变化，但仍不致使此规律受到破坏。
第四，交界带内河段与山地和平原区河段相比较，一般是含沙量较大而悬移质输沙率较小。这说明河流泥沙主要形成于上游山地区及交界带内，并且部分淤积于交界带内。主要产沙区为坡度和降水量较大的山地区和水库坝下河段，尤其是黄土地区的多雨中心，产沙率更大，主要淤积部位为河流出山口河段、水库和河流交汇处。
第五，水库对河流含沙量和悬移质输沙率有巨大影响。水库的沉淀作用，使河流含沙量和悬移质输沙率在库区河段急剧下降，水库下泄清流对坝下河床的冲刷，又会使一定长度范围内的坝下河段的含沙量和悬移质输沙率大幅度上升，从而破坏了自然状态下河流含沙量和悬移质输沙率的正常沿程变化规律。
来稿日期：1995-04-19
注释：
①国家自然科学基金资助项目