大凌河流域输沙量变化特征分析

金守哲

(朝阳市朝阳县六家子镇水利服务站，辽宁 朝阳 122621)

辽河三角洲的物质基础是河流入海水沙，河流影响边缘海、海岸及河口主要通过向海洋输送陆源物质来实现，其中全球95%的陆-海沉积物通量来源于河流的输送[1-3]。近年来，全球各主要河流输沙率受人类活动影响发生了极大改变，如Milliman J D[4]研究认为欧洲诸多河流入海泥沙通量在过去五十年来出现了明显减少；Meade R H等[5]认为几十年来Mississippi河的输沙量减少了75%；Loisel H等[6]研究了湄公河悬浮泥沙浓度(SSC)的变化特征，结果显示该河流SSC年下降幅度达到5%。我国河流的水沙变化与国外河流相似，近几十年发生了显著变异，如彭涛等[7]以长江干流为例，通过分析水沙数据发现，近六十年来流域年际输沙量变化较为剧烈，年际径流量变化相对平稳，大部分站点的水沙都产生有突变；张金萍等[8]通过研究1919—2015年共计97 a黄河三门峡水库入库潼关水文站的输沙量和径流数据，表明两者均表现出明显的下降趋势，且这种变化趋势在未来一段时间内将持续；府仁寿等[9]提出长江流域输沙量受人类活动、气候变化的共同影响，近几十年出现大幅减少，从而导致严重的生态环境问题。大凌河为辽西乃至整个东北地区的重要河流，由于独特的地理位置其河口处的辽河三角洲，对促进我国经济发展发挥着不可替代的作用。近年来，人类活动对三角洲地区以及大凌河流域的影响日趋显著，有学者做了大量研究，但研究输沙量历史变化的还鲜有报道。因此，本文结合大凌河流域水文站1955—2018年长序列输沙量资料，深入研究了年内与年际输沙量变化特征，并进一步探讨了输沙量受人类活动的影响，以期为流域生态环境保护和水土资源高效利用提供参考。

1 研究区概况

1.1 基本情况

大凌河流域位于辽宁省西部，上游分南、北两支，两支于喀左县大城子汇合后流经朝阳、北票、义县、凌海等地后注入渤海，大凌河东与柳河、饶阳河相邻，南有小凌河和六股河，西接青龙河，北与教来河、老哈河相邻。流域呈西东向，地处东经118°53′～121°52′、北纬40°28′～42°38′，全长453 km，流域面积为23 235 km2。其中，山地丘陵区20 992 km2，占全流域的89%；自凌海市石窗子以下进入平原区，平原面积仅占全流域的11%。

1.2 河段划分

大凌河左侧河网水系密布，有老虎山河、第二牤牛河、凉水河子河、细河等支流，结合各河段特点可以将大凌河划分成河源段、上中下游段。其中，河源段是指宫山咀水库以上段，河长45.0 km，主要有贺杖子河、新开岭河和魏家岭河等支流；上游段是指宫山咀坝下至阎王鼻子水库段，河长156.8 km，主要有第二牤牛河、老虎山河、渗津河、大凌河西支等支流汇入；中游段是阎王鼻子坝下至细河入汇口段，河长150.8 km，主要有牤牛河、凉水河、顾洞河、细河、十家子河等支流汇入；下游段是指细河入汇口至入渤海口段，河长94.3 km，主要有大业河、大定河等支流汇入，大凌河水系、测站分布。

2 输沙量变化特征

2.1 数据来源

流域内共有泥沙观测站12处，大多数测站的泥沙颗粒级配数据始测于1960年，输沙量、含沙量数据始测于1955年，各测站泥沙实测数据系列如表1。

表1 各测站实测数据系列

2.2 泥沙变化特征

2.2.1 输沙量地域分布

大凌河属辽西多沙河流，大凌河站统计资料显示多年平均含沙量为14.17 kg/m3，输沙量为1745.5万t，侵蚀模数为982.23 t/km2·a。

泥沙主要来源于大凌河中游，朝阳以下至大凌河站河段(72.35 km)的多年平均淤积达到90.8万t，牤牛河(52.6%)和凉水河子河(3.6%)来沙占56.2%，干流上游来沙占49.7%，相对大凌河站输沙量支流来沙超过5.2%；大凌河站至凌海河段(96.65 km)的支流细河来沙11%(198.15万t)加上干流上游来沙超出凌海输沙量13%(235.73万t)，两者之和进比出多24.0%共433.88万t泥沙淤积。

输沙量沿大凌河站以下递减，河道内泥沙落淤严重，通过凌海断面大凌河每年向河口区输送泥沙接近1505.43万t，从而导致大凌河口逐渐向浅海伸展，演变日趋剧烈。

2.2.2 年际与年内输沙量变化

大凌河年际输沙量变化明显，各站最大、最小输沙量之比处于60～4600倍之间，如表2。由表2可知，大凌河来沙多集中于大水大沙年份，如1962年实测输沙量最大值10 695.71万t为1992年最小值8.66万t的1235.97倍；是多年均值1745.50万t的近6.1倍；是1955—1992年共38 a 总沙量81 450.40万t的13.13%。此外，年际输沙量变幅呈现出下游比上游小、干流比支流小的特征，干流各站输沙量最大值出现时间存在一定差异，即呈现出局部暴雨产沙的特点，不同的覆盖面积、暴雨中心会改变年际和年内输沙量。

表2 各站输沙量特征值表

汛期流域内降雨集中，并且多以暴雨的形式出现，所以年内分布上输沙量极不均衡，大多数集中于汛期几场次洪水之中。统计资料显示，一般6—9月(汛期)沙量站全年的95.8%～98.2%，其中七、八月份沙量就占全年的71%～85%，一次洪水所带来的沙量占比较高。如1962年汛期大凌河站沙量为1690.79万t，占全年总量的96.87%，其中7—8月份沙量(1438.16万t)占全年总量的82.39%，7月的一次洪水沙量(7812.2万t)占全年的73%；非汛期12月、1月、2月河道封冻，来沙几近为零，3月下旬化冰之际有凌汛沙峰发生。

2.2.3 悬移质泥沙颗粒组成

悬移质泥沙颗粒组成单一，并且以粉砂为主，中值粒径d50处于0.0157～0.0219 mm，平均粒径dpj处于0.0242～0.0318 mm，只有凉水河子因掺杂细煤粉，颗粒偏细，d50=0.0127 mm。

泥沙颗粒沿上窝堡至大凌河站不断变细，老虎山河、牤牛河等支流河道偏冲，来沙较粗，下游来沙较细，细河d50=0.0161 mm，凌海d50=0.0157 mm，下游总体呈现出平原冲积河流的淤积特性。汛期暴雨侵蚀流域面上携带而来的泥沙颗粒较细，而上游河道冲刷而成的非汛期泥沙颗粒较粗。

2.3 输沙量变化原因分析

2.3.1 年际输沙量变化原因

实际上，有许多因素均可在一定程度上影响河流年际输沙量[10]，而人类活动对大凌河年际输沙量变化的影响最大，深入分析发现大凌河径流量并未出现明显的改变，由此可认为河流含沙量的改变是导致输沙量变化的主要原因。

人类活动影响流域输沙量的根本途径是改变河流的含沙量，结合大凌河流域输沙量实测资料，人类活动改变河流含沙量的方式有两种：其一，植被覆盖率的改变，流域植被覆盖率对土壤侵蚀造成影响，从而影响河流含沙量，而流域的治理情况、管理现状以及国家或地区的环境政策与植被覆盖率有关；其二，修建水库、大坝，在完成蓄水的同时，水库、大坝也使大量的泥沙聚集于水库内或大坝前，从而使得下游含沙量发生改变。

随着库容量、新建水库及大坝数量的增大，这些大工程逐渐成为改变流域含沙量的重要因素。大凌河干流上共有控制性水库三座，自上往下依次为宫山咀水库、阎王鼻子水库和白石水库，这些水库的修建能够明显地减少流域含沙量。

2.3.2 年内输沙量变化原因

实践表明[11-15]年内的河流含沙量变化和径流分配为大凌河流域年内输沙量变化的两个主要因素。通过对比分析1955—2018年各水文站的年内径流集中期和集中度发现，各水文站径流集中度与输沙量集中度具有相似的变化特征，但径流集中度要远远高于输沙量集中度。此外，年内径流变化与输沙量变化有关，而年内径流变化又与流域水库、大坝的修建有关。

3 结 语

(1) 从地域分布上，泥沙主要来源于大凌河中游，输沙量沿大凌河站以下递减，河道内泥沙落淤严重，通过凌海断面大凌河每年向河口区输送泥沙接近1505.43万t，从而导致大凌河口逐渐向浅海伸展，演变日趋剧烈。

(2) 从年际分布上，大凌河年际输沙量变化明显，各站最大、最小输沙量之比处于60～4600倍，年际输沙量变幅呈现出下游比上游小、干流比支流小的特征；从年内分布上，因汛期暴雨集中年内沙量分配不均，大多集中于汛期场次洪水之中。

(3) 从泥沙颗粒组成上，悬移质泥沙颗粒组成单一，并且以粉砂为主，中值粒径d50处于0.0157～0.0219 mm变化区间，只有凉水河子因掺杂细煤粉，颗粒偏细。

(4) 人类活动改变河流含沙量的方式有植被覆盖率的改变、修建水库和大坝两种。其中，流域植被覆盖率对土壤侵蚀造成影响，从而影响河流含沙量，而流域的治理情况、管理现状以及国家或地区的环境政策与植被覆盖率有关；水库、大坝在完成蓄水的同时也使大量的泥沙聚集于水库内或大坝前，从而使得下游含沙量发生改变。