涂安國，楊 潔，李 英，莫明浩，廖軼群

（江西省水土保持科學(xué)研究所，江西 南昌330029）

贛江流域是我國南方水土流失嚴(yán)重地區(qū)之一，其中贛江上游尤為嚴(yán)重。贛江流域水土保持工作從1980年興國縣塘背河小流域列入全國首批水土保持綜合治理試點(diǎn)小流域開始，至今已有30a余的歷史，先后實(shí)施了贛江上游國家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程，國家農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)水土保持項(xiàng)目，鄱陽湖流域水土保持重點(diǎn)治理一期工程等一批水土保持重點(diǎn)防治工程。水土保持生態(tài)建設(shè)效益評價(jià)是水土保持措施方案及政策可行性評價(jià)的依據(jù)［1］，但目前對贛江流域水土保持生態(tài)建設(shè)工程實(shí)施的效益仍未進(jìn)行系統(tǒng)的評價(jià)，并且以往的定性研究多于定量研究。本研究采用水文分析法，對贛江流域水土保持生態(tài)建設(shè)的減水減沙效益進(jìn)行定量分析，以期為該流域水土保持生態(tài)工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 流域概況

贛江為鄱陽湖流域第一大河，發(fā)源于石城縣，自南向北流經(jīng)贛州、萬安、吉安、樟樹等20多個(gè)縣市至南昌市分4支注入鄱陽湖，主河全長823km。流域范圍涉及贛州、吉安、萍鄉(xiāng)、宜春、新余等市所轄的44個(gè)縣，入湖控制站外洲水文站以上集水面積80 948km2，約占江西全省面積的50%。

贛江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，春夏之交多梅雨，秋冬季節(jié)降雨較少，春寒、夏熱、秋旱、冬冷，四季變化分明，春秋季短，冬夏季長，結(jié)冰期短，無霜期長。流域多年平均降水量1 626.8mm，平均氣溫約18℃，多年平均蒸發(fā)量約1 550mm。贛江水量豐沛，平均年徑流量6.87×1010m3（外洲站），流域多年平均徑流深849mm。徑流的年內(nèi)、年際變化巨大，連續(xù)4個(gè)月最大徑流量均發(fā)生在4—7月，其量約占年徑流的58%～61%，最小月值多出現(xiàn)在1月，比重小于年值的3%。

據(jù)江西省第3次土壤侵蝕遙感調(diào)查，贛江流域現(xiàn)有水土流失面積15 523.44km2，占流域總面積的19.92%，占鄱陽湖流域水土流失面積的48.72%。其中輕度流失面積5 810.16km2，中度流失面積4 824.2km2，強(qiáng)度及強(qiáng)度以上的流失面積4 898.08 km2。據(jù)贛江外洲站統(tǒng)計(jì)，贛江流域多年平均輸沙量9.21×106t，平均含沙量0.132kg／m3，輸沙模數(shù)為136t／km2［2］。截至2007年，贛江流域上游水土保持重點(diǎn)治理工程已完成綜合治理面積234 485.4hm2，其中修筑水平臺地1 519hm2；營造水保林79 723.6 hm2；開發(fā)經(jīng)果林19 658.5hm2；種草9 671.3hm2；封禁治理124 844.4hm2；修筑塘壩388座，谷坊6 069座，蓄水池941座；開挖水平竹節(jié)溝10 341.5km。

1.2 數(shù)據(jù)來源

選擇1956—2008年贛江流域外洲水文站的徑流泥沙和流域內(nèi)主要?dú)庀笳镜慕邓Y料作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中贛江流域外洲水文站輸沙量和徑流資料來源于江西省水文局，流域內(nèi)降水?dāng)?shù)據(jù)來源于江西省氣象局提供的流域內(nèi)14個(gè)氣象站逐年數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

水土保持減水減沙效益計(jì)算方法可分為“水文法”和“水保法”［3］。由于贛江流域現(xiàn)仍缺少對各單項(xiàng)水土保持措施減洪減沙效益的有效監(jiān)測和對水保治理措施質(zhì)量的評價(jià)，應(yīng)用“水保法”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)欠準(zhǔn)確，難以進(jìn)行精確定量分析，因此，這次研究采用“水文法”對贛江流域水土保持生態(tài)建設(shè)減水減沙效益進(jìn)行計(jì)算?！八姆ā笔抢昧饔蛩哪嗌秤^測資料分析水土保持減水減沙作用的一種方法，其優(yōu)點(diǎn)是建立的模型比較直觀、簡單，計(jì)算也較方便，在目前水文資料精度的情況下，對于大面積水沙變化計(jì)算不失為一種有效方法?！八姆ā敝饕薪?jīng)驗(yàn)公式法、雙累積曲線法、不同系列對比法、單位毫米有效降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙量對比分析法和徑流系數(shù)還原法五種水文分析方法［4］。本次研究主要應(yīng)用以下兩種方法。

（1）雙累積曲線法。根據(jù)治理以前贛江外洲水文站1956—1983年的實(shí)測資料，經(jīng)回歸分析求得累積降水量與累積徑流量和累積輸沙量的線性相關(guān)方程，將治理后贛江外洲水文站1984—2008年的累積降水量值分別代入方程中，求得累積徑流量和累積輸沙量的模擬值，然后與同期實(shí)測值比較，即得減水減沙作用。

（2）不同系列對比法。將1984—2008年贛江外洲治理后［5］水文站實(shí)測年均徑流量和輸沙量與1956—1983年治理前實(shí)測年均徑流量和輸沙量的直接對比。

2 流域水沙特性分析

2.1 流域水沙變化趨勢分析

圖1表示外洲站1956—2008年的年徑流量和年輸沙量隨時(shí)間的變化。贛江流域入湖徑流和泥沙年內(nèi)分布極不均勻，尤其是輸沙量，月入湖泥沙極值比值達(dá)36以上。贛江年徑流量和輸沙量一般從1月開始逐月增加，至6月最大，然后逐月減少，至12月達(dá)到最小輸沙量。汛期4—9月輸沙量占全年的83.99%，其中4—6月輸沙量占65.82%；贛江入湖泥沙和降水量、徑流量年內(nèi)分配基本一致。

圖1 1956－2008年贛江外洲站水沙演變過程

贛江流域多年平均入湖年徑流量和泥沙量年際變化幅度較大。流域入湖年徑流量1963年最小，1970年最大，極值比為4.2，變異系數(shù)為0.25；入湖年輸沙2004年最小，1961年最大，兩者極值比達(dá)10.25，變異系數(shù)為0.5。Mann—Kendall統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)顯示，1955—1966年贛江外洲站入湖輸沙量處于增長的趨勢（圖2），尤其是在1956—1961年呈逐年增加的趨勢。1986—2008年輸沙量呈減少的趨勢，并且在1995年通過了95%的置信度檢驗(yàn)，輸沙量減少趨勢顯著。贛江外洲入湖徑流總體呈增加趨勢，尤其是1997年之后，其增加趨勢達(dá)到95%以上顯著性水平，其中1962，1981和1986年徑流增加量產(chǎn)生了突變。

圖2 贛江外洲站1956－2008年徑流量M－K統(tǒng)計(jì)（95%置信區(qū)間）

2.2 流域水沙關(guān)系及其影響因素分析

降水變化是引起徑流量變化的直接原因，而徑流量與輸沙量有著較為密切的關(guān)系。對外洲站1956—2008年年徑流量和年輸沙量與降水量進(jìn)行相關(guān)性分析的結(jié)果表明，贛江流域年徑流量、輸沙量與年降水量均呈良好的正相關(guān)，顯著性水平達(dá)99%以上，表明贛江流域來沙量主要取決于來水量的大小，即降水量大，徑流量大，產(chǎn)沙量也大。

為進(jìn)一步揭示贛江流域水土保持生態(tài)建設(shè)對流域水沙關(guān)系的影響，點(diǎn)繪累積年輸沙量與累積年徑流量關(guān)系圖（圖3）。河流水沙的變化主要受氣候變化所決定的自然因素和人類活動兩方面的作用。在正常情況下，輸沙累計(jì)值雖有波動，但不會有系統(tǒng)偏離，累計(jì)年徑流與累計(jì)年輸沙量的關(guān)系應(yīng)為一直線；若該直線在某一時(shí)間發(fā)生偏轉(zhuǎn)，則表明降水以外的人類活動對年輸沙量產(chǎn)生了影響。

人類活動對水沙變化的影響主要體現(xiàn)在流域水土保持措施的實(shí)施、修建水利工程及工農(nóng)業(yè)用水等水資源開發(fā)利用等方面。

圖3 1956－2008年外洲站年徑流量－年輸沙量雙累計(jì)曲線

由圖3可以看出，外洲站輸沙量—徑流量雙累積曲線主要有2個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，第1個(gè)在1965年，第2個(gè)在1990年，由此將曲線分為3個(gè)階段。流域覆被作為下墊面要素的重要組成部分對徑流和泥沙的變化有著重要的影響，植被，特別是森林植被，可以起到蓄水、保水、保土作用，削減洪峰流量，增加枯水流量。從1966年開始的十年動亂期間，贛江上游水土保持和森林保護(hù)工作遭到破壞，森林砍伐殆盡。贛江自1983年以來加強(qiáng)水土保持和興建水利工程，截止到2007年，贛江流域共修建107座中型以上水庫，總庫容7.50×109m3［6］，從而改變了贛江水文規(guī)律，尤其是贛江的泥沙變化規(guī)律。萬安水庫自1989年設(shè)立以來，每年平均淤積量達(dá)2.34×104t，每年攔截贛江上游來沙量40%，這些泥沙均淤積在水庫庫區(qū)［7］。

3 水土保持效益分析

3.1 流域降水產(chǎn)流產(chǎn)沙模型建立

近30a來，贛江流域內(nèi)開展了大規(guī)模的水土保持工作，使流域下墊面發(fā)生了巨大的變化，這種變化在水沙方面可以通過實(shí)測資料的變化來反映，可通過建立雙曲線水文模型推算水土保持措施的減水減沙效益。此次研究資料分析系列為贛江外洲1956—2008年，依據(jù)人類活動對產(chǎn)沙影響的程度及水保措施實(shí)施的階段，將分析時(shí)段劃分為1956—1983年治理前期和1984—2008年治理后期。對贛江流域外洲站1956—1983年累積年降水量與徑流量和輸沙量的累積值分別進(jìn)行擬合，得到擬合曲線方程：

式中：Q——累計(jì)年徑流量（108m3）；P——累計(jì)年降水量（mm）；S——累計(jì)年輸沙量（104t）。

3.2 效益計(jì)算與分析

將贛江流域1984—2008年年降水量的累積值分別帶入上述曲線方程，計(jì)算得到外洲站1984—2008年累積徑流量和輸沙量的模擬值，與同期實(shí)測累積值進(jìn)行比較得到1984—2008年累積徑流和輸沙的減少量。計(jì)算結(jié)果（圖4）顯示，贛江流域在水土保持生態(tài)建設(shè)的初期1983，1984年產(chǎn)沙量增加，而之后產(chǎn)生明顯的減沙效益，2008年減少入湖泥沙9.08×106t，減沙率達(dá)80.54%。但流域水土保持生態(tài)建設(shè)對徑流的減少卻不明顯，反而后期有所增加。

利用不同系列對比法研究結(jié)果顯示，1956—1983年贛江流域年均降水量為1 556.1mm，外洲站年平均徑流量為6.09×1010m3，輸沙量為1.17×107t。而治理后期1984—2008年贛江流域年均降水量為1 569.67mm，外洲站年平均徑流量為6.61×1010m3，輸沙量為6.03×106t，減沙效率為48.57%，但徑流量卻有所增加，這一結(jié)果和雙累積曲線法計(jì)算結(jié)果相似。

圖4 贛江流域水土保持減水減沙效益

贛江流域水土保持建設(shè)對入湖徑流不但沒減少，反而在后期有所增加，這是因?yàn)橼M江流域?yàn)槲覈戏郊t壤地區(qū)，該地區(qū)的水土保持會明顯增大壤中流和地下徑流在徑流中的比例［8］。水土保持生態(tài)建設(shè)能改變流域產(chǎn)、匯流的下墊面，通過森林植被的林冠截留，枯枝落葉層和水土保持工程措施的攔蓄，增加土壤入滲，減少地表徑流，削減洪峰流量，延長匯流時(shí)間，起到防洪減災(zāi)效果，但對總的入湖徑流量卻沒有減少。程冬兵等［9］對江西紅壤坡地研究結(jié)果顯示，年均地表徑流與地下徑流調(diào)配比值百喜草覆蓋、百喜草敷蓋和裸露對照處理分別為1／51.7，1／35.5和1／1.4。植被的作用減少了地表蒸散使得流域出口徑流量增大，這與鄱陽湖流域在氣溫上升背景下蒸散量呈現(xiàn)顯著下降趨勢相吻合［10］。

4 結(jié)論

（1）近50a來，贛江入湖徑流呈增加趨勢，而泥沙呈減少趨勢，水沙的變化主要受氣候變化和人類活動兩方面的作用。人為活動，尤其是水利水保工程措施對流域入湖泥沙有極為重要的影響。

（2）贛江流域水土保持生態(tài)建設(shè)前期泥沙的產(chǎn)生會有所增加，但在措施生效期后能夠有效減少流域輸沙量，治理后期1984—2008年平均減沙5.70×106t左右，減沙效率為48.57%。隨著水土保持措施的生效，減沙率有逐年上升而后穩(wěn)定的趨勢，2008年減沙率達(dá)80.54%。

（3）贛江流域水土保持生態(tài)建設(shè)對流域年徑流量的影響不大，后期徑流量會有所增加。但水土保持生態(tài)建設(shè)能增加土壤入滲，減少地表徑流，削減洪峰流量，延長匯流時(shí)間，起到防洪減災(zāi)效果。

［1］ 陳萬鈴.水土保持綜合效益及治理措施的探討［J］.中國水土保持，1992（8）：46-48.

［2］ 龔向明，李昆，劉筱琴，等.贛江流域水土流失現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢研究［J］.人民長江，2006，37（8）：48-50.

［3］ 王存榮，冉大川.三川河流域水沙變化水文分析［J］.水土保持通報(bào)，2002，22（6）：16-19.

［4］ 王冉冉.水土保持措施對水資源與水環(huán)境的影響研究［D］.大連：大連理工大學(xué)，2009.

［5］ 鄭海金，方少文，楊潔，等.近40年贛江年徑流泥沙變化及影響因素分析［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2012，26（1）：28-32.

［6］ 熊小群，楊榮清.江西水系［M］.武漢：長江出版社，2007：1-94.

［7］ 歐陽球林，程洪，龔向民.贛江河流懸移質(zhì)泥沙與水土流失的耦合關(guān)系動態(tài)分析［J］.水土保持通報(bào)，2007，27（6）：134-137.

［8］ 尹忠東，左長清，高國雄，等.江西紅壤緩坡地壤中流特征研究［J］.西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，21（4）：47-49.

［9］ 程冬兵，張平倉，楊潔.紅壤坡地覆蓋與敷蓋徑流調(diào)控特征研究［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2012，29（1）：30-34.

［10］ 郭華，姜丹，王國杰，等.1961—2003年間鄱陽湖流域氣候變化趨勢及突變分析［J］.湖泊科學(xué)，2006，18（5）：443-45.