水土保持措施对产流和产沙的综合影响

由于地表产流、产沙以及水流泥沙运动物理过程的错综复杂，各单项水土保持措施就地拦截的水、沙量不等于是小流域出口直接减少输出的水沙量；而小流域各项水保措施综合治理减少小流域出口的水、沙量又不等于是较大流域出口减少输出的水沙量。为定量、定性相结合，以定量为主分析研究水土保持措施对流域出口河流水文过程的影响，一是根据实验小区和小流域的实测资料，采用水利、水土保持单项措施直接计算法（简称水保法），分区逐项分析实验小区内的减蚀量及其水沙变化；二是结合实测水文资料，分析产流、产沙和泥沙输移规律，推算干支流径流量和输沙量的变化（水文法）；三是采用水文法或以水文法为基础，采用统计和BP网络模型等模拟分析和预测水保措施对流域水沙的影响。下面主要以嘉陵江流域为例分析水土保持措施对流域出口水沙影响。

嘉陵江流域位于长江上游，发源于秦岭南麓，流经陕西、甘肃、四川、重庆4省（直辖市），包括76个县（市、区），于重庆市汇入长江。干流全长1120km，流域面积约为16万km2，是长江支流中流域面积最大的河流。76县（市、区）的土地总面积为158866.75km2，折合23830.01万亩。耕地面积为5852.92万亩，其中水田为2032.33万亩，梯坪地为626.73万亩，坡耕地为3193.87万亩（其中大于25°的坡耕地为575.63万亩）；经果林地为522.92万亩（其中果园为237.32万亩，经济林为285.60万亩）；林地为9016.65万亩（其中一般林地4254.17万亩，灌木林1838.03万亩，疏幼残林2924.45万亩）；草地为1350.26万亩；非农业生产用地1482.15万亩（其中居民用地856.08万亩，交通用地207.39亩，工矿用地186.99万亩，特殊用地231.69万亩）；水域为670.06万亩；未利用地为4935.23万亩（其中可利用地为4263.23万亩，难利用地为672.00万亩）。

从1989年起，嘉陵江中下游和陇南陕南地区被列为长江上游水土保持重点防治区（简称“长治”）之一，先后有50个县（市、区）开展了水土保持重点治理。截至1996年底，流域内实施各种水土保持措施累计治理水土流失面积21361.5km2，即3204.19万亩，治理程度25.8%。

14.4.3.1　流域水保措施综合治理调水减蚀（沙）作用

（1）水保治理流域与类比流域水沙对比观测及分析。为研究流域水土保持措施综合治理调水减蚀作用，选择涪江遂宁地区水保典型治理小流域（胖土地沟）与未治理类比流域（白米沟）（两相邻小流域，面积相当，未治理前两者地理和植被覆盖率等条件也基本相同）。从1998年7月10日至8月30日共进行了20场降雨的野外对比观测，其中20mm以下小雨15场、20～30mm中小雨4场、100mm以上大暴雨（8月13日）1场。

1）降雨—径流相关关系。在所观测的20场降雨中，当降雨量小于20mm时，两流域出口断面基本上无径流汇集；当降雨量为20～30mm时，未实施水保治理的本底流域出口断面出现径流，但产流量小，经采取水样分析，悬移质含沙量均小于0.015kg／m3，基本无输沙。水保治理流域出口断面，在降雨量小于30mm的19场降雨中，基本上无径流汇集，8月13日大暴雨（169.4mm）两流域出口断面均出现了汇集水沙的径流。现对观测流域出口断面产生径流的4场降雨分析如下：

8月9日降雨总量22.8mm，历时3小时10分，平均降雨强度7.19mm／h，最大30分钟降雨强度6mm，实测径流量1131m3，径流模数496m3／km2，径流系数0.02；8月12日降雨总量23.2mm，历时5小时20分，平均降雨强度4.35mm／h，最大30分钟降雨强度4.8mm，实测径流量1898m3，径流模数832m3／km2，径流系数0.04；8月13日降雨总量169.4mm，历时10小时16分，平均降雨强度16.5mm／h，最大30分钟降雨强度21.5mm，径流模数白米沟和胖土地沟流域分别为117090m3／km2和64342m3／km2，径流系数分别为0.69和0.38；8月25日降雨总量25.8mm，历时4小时30分，平均降雨强度5.73mm／h，最大30分钟降雨强度4.0mm，实测径流量7923m3，径流模数3475m3／km2，径流系数0.13。

①当降雨量为10.1～25.0mm，平均降雨强度为4.5～7.2mm／h，最大30分钟降雨强度为4.0mm时，白米沟本底流域出口断面汇集径流，说明未治理流域拦蓄径流能力差，雨水较易流失。

②8月9日前白米沟地区基本无降雨，流域下垫面较干燥，前期影响雨量Pa小，降雨损失基本上接近于流域最大损失雨量Im。8月9日降雨22.8mm，8月12日降雨23.2mm，这两场46.0mm的降雨量基本上为土壤下渗和雨期蒸发损失。

③两流域在8月9日、12日连续降雨后（径流系数为0.02～0.04），土壤具有了一定的含水量。从两流域原型对比观测资料的初损雨量分析（初损雨量I0与降雨同时发生，结束于产流始点），8月13日大暴雨开始时，本底流域白米沟的初损雨量为16.9mm，而水保治理流域达到42.4mm。由此可以看出，水保治理流域初损雨量明显大于未治理流域。未实施水保措施治理流域（白米沟），当最大30分钟雨强（I30）仅为4.0mm时有产流发生；而典型治理流域（胖土地沟）在同一降雨条件下I30＞6mm时，出口断面仍无径流产生，这说明治理流域水保措施调蓄水作用明显。

2）降雨—输沙相关关系。观测流域出口出现输沙过程的时间为8月13日。降雨从8月13日21时32分开始，至13日24时类比流域出口断面汇集了径流，流域开始产流、产沙。而典型水保治理流域出口断面14日2时（晚2时段）径流、输沙产生。测验结果：典型流域断面平均含沙量为2.4kg／m3，最大为2.8kg／m3；未治理类比流域断面平均含沙量为7.0kg／m3，最大达到9.0kg／m3。在同次降雨条件下，典型流域与类比流域水、沙特征值见表14.21。

表14.21　典型与类比流域同次降雨、径流、输沙观测成果表

图14.13　胖土地沟与白米沟流域同次降雨量与径流量过程（8月14日）

从上述比测结果可以看出，典型治理流域与类比未治理流域出口断面水、沙量相差较大（以单位面积为基准），水保治理典型流域较未治理本底流域径流量偏小45.0%，输沙量偏小80.9%；径流系数水保治理流域明显小于本底流域。图14.13～图14.14显示了在同次降雨量条件下，两流域时段径流量、输沙量、含沙量对比关系示意图。可以看出，典型水保治理流域降雨前期雨量损失大，汇流、汇沙时间滞后，且沙峰过程坦化，水沙变化特别是输沙量，水保治理流域明显小于未治理本底流域。

图14.14　胖土地沟与白米沟流域次降雨量与输沙量过程（8月14日）

根据资料分析，流域水保措施综合治理就地减蚀拦沙作用与流域治理程度密切相关。小流域水保措施综合治理后对下游流域出口断面减水、减沙影响：当治理程度达到70%～90%时，减水效益为25%～60%，减沙效益为45%～80%。

（2）水保综合治理调水拦沙作用的沿程衰减效应。各项水土保持措施就地调水减蚀作用量不等于是对流域出口水文过程的影响量。因此要从水保法的途径得到水文控制测站流域河流水保措施的减沙量（以便与水文法对比），则需研究水保措施就地拦水、拦沙后，水沙（特别是沙）的沿程变化情况。

1）水的沿程变化。水保措施就地拦截水沙后，水的沿程变化相对沙而言就显得稍简单些（但下渗与蒸发等情况仍然十分复杂）。因长江支流河道、小河小溪和毛沟等短期内下切基准面有限，可不考虑冲刷下切增大河床比降而加大来水，流域系统水文控制站减少输出的水量等于各单项水保措施减水量之和加上流域沿程取水或灌溉引走的水量之和，再加上沿程水流蒸发和下渗水量之和。若流域内无沿程取水或灌溉引走水量，在不考虑水流沿程蒸发和下渗损失水量的情况下（假定水保治理前后水流沿程蒸发和下渗损失水量相同），流域系统出口减少输出的水量约等于各单项水保措施减水量之和。但根据有关资料初步分析，长江黄土区、丘陵区沿程引水灌溉、屯蓄、生活用水和蒸发等沿程水量损失将占一定比例，须在研究中考虑。

2）沙的沿程变化。布设在不同部位的水保措施就地拦截水沙后，沙的沿程变化相对水而言复杂得多。这是因为水流沿程是不平衡输沙。水保措施拦截泥沙后，水流含沙量减小，挟沙力增大，水流又可以从沟渠、小溪、支流河道等床面冲刷补充部分泥沙；同时水流中泥沙颗粒在沿程的输移过程中，不断发生颗粒交换，丢下粗颗粒，从床面冲起较多的细颗粒；再者沿程河床比降的变化，又可加大或减小泥沙的输移能力；此外还有众多人为因素可对沿程泥沙变化产生影响，如河道挖砂采石，沟渠、河道等清淤以及取水引水（可引起含沙量变化）等。因此泥沙的沿程变化情况相当复杂。如果单从泥沙的运动过程来研究泥沙的沿程变化，将十分困难，因为流域内缺乏完备的实际观测资料。因此不得不采用其他方法来研究沙量的沿程变化。

根据川中丘陵区内江地区和琼江流域两者（两者的流域面积分别为13340km2和4329km2）土壤侵蚀量的输移沉积等调查分析统计，流域出口（水文控制站）河流输出的泥沙只占土壤侵蚀量的6.08%～9.21%；而流域内的沙沟、沙凼和水库等部位的沉淤占土壤侵蚀量较大比重，分别达31.7%～55.8%和14%～23%。由此推断，水保措施就地拦沙减蚀后，首先受益和影响较大的是沙沟、沙凼和水库塘堰等近处部位，而河流系统输出站较远部位，由于沿程调整，影响（作用）不如近处部位明显（有一个延迟响应的过程），即水保措施的拦沙作用（水保减沙量）是沿程衰减的。

根据实际调查资料分析计算点据以及参考以往嘉陵江流域水库群拦沙影响沿程衰减实测资料计算点据，点绘水保措施拦沙影响沿程衰减曲线，如图14.15所示。图中影响系数α的实测点据计算式为

水库拦沙影响沿程衰减拟合方程为

式中：L为沿程距离，km。

图14.15　水保措施拦沙和水库影响沿程衰减曲线

计算点据与图中实际曲线吻合很好。式（14.24）表明，水保措施拦沙影响与其沿程距离成负指数关系衰减。根据不同流域出口控制站至流域水保措施治理重心（有权重概念）的距离，可由式（14.24）分别求出不同距离的水保拦沙影响系数，进而可求出水保措施对不同等级流域出口水文站的河流减沙量。

（3）中、大流域水保措施综合治理对河流出口断面水沙影响。

1）水保法计算。

①计算方法。水保法是假定流域水利、水土保持措施减沙总量分别等于流域内各单项水利、水土保持措施减蚀（沙）量之和（包括考虑沿程其他综合影响），即

式中：ΔWs为流域出口水保措施和水利工程的减沙总量，即流域出口的实际减沙量；ΔWs1为流域内各项水土保持措施的减沙总量；ΔWs2为流域内各项水利工程［主要为大、中和小（1）型水库］对河流的实际拦减沙量（包括考虑水利工程下游含沙量沿程恢复冲刷调整的影响）；ΔWs3为流域内因修路、开矿、采石等人类活动所引起的新增沙量。

式中：ΔB11为坡耕地改梯田的减蚀（沙）量；ΔB12为坡耕地改梯土的减蚀（沙）量；ΔB2为林草措施（包括水保林、经果林、封山育林和种草等增大植被覆盖度措施）的减蚀（沙）量；ΔB3为采用保土耕作方式的减蚀量；ΔB4为小型水利水保工程的拦沙量；α保为水保措施减沙沿程衰减系数，它与不同等级河流出口至水保措施治理重心的距离（L）有关［式（14.26）］。

由于水保法是在核实确定各项水利水保措施及其他人类活动影响的基础上，通过水保试验站、实验小区和典型流域实测、调查、CS137测定等手段，确定各项措施的减蚀（沙）指标，然后逐项计算得出水保措施的就地减蚀（沙）量，并由水保措施减沙沿程衰减系数α保转化到流域出口断面的减沙作用，因而具有较好的分类和直观性。

②侵蚀源地减蚀拦沙作用。侵蚀源地减蚀拦沙作用根据水保法分析计算，计算结果见表14.22，1989～1996年嘉陵江流域“长治”工程各项水土保持措施年平均就地减蚀拦沙共约3049.38万t，其中工程措施（坡改梯、小型水利水保工程）750.78万t，占总减蚀量24.6%；林草措施（水保林、经济林、种草、封禁育林育草）1737.49万t，占总减蚀量57.0%；保土耕作措施560.73万t，占总减蚀量18.4%。到1996水平年嘉陵江流域“长治”工程各项水保措施就地减蚀拦沙约达5773.35万t，其中陇南黄土区为799.99万t，占13.9%；秦巴山地区为2208.12万t，占38.2%；川中丘陵区2765.24万t，占47.9%。由于水土保持治理面积累计逐年增大，水土保持措施就地减蚀累计拦沙量呈逐年上升趋势。

表14.22　嘉陵江流域水保措施就地减蚀计算成果表

③流域出口影响（计算结果）。嘉陵江流域水保措施就地减蚀拦沙，治理流域至水文测站之间水沙沿程发生调整。因此水保法研究水保措施治理对河流的减沙量，经综合概化计入沿程人类活动增沙、水库群拦沙和河道冲淤调整等影响，得出治理流域水保措施对不同等级流域河流的减沙幅度见表14.23。1989～1996年治理时段平均减沙效益为4.0%～17.2%，北碚站约为8.3%（1197.20万t）；1996水平年为7.5%～31.06%，北碚站约为15.5%（2244.52万t）。水土保持措施对河流的减沙幅度随河流流域面积的增大而减小。

表14.23　嘉陵江流域减沙量水保法计算成果表

2）水文法计算。

①计算方法。水文法即水文统计相关计算水保措施减沙的方法。该方法是以实测水文资料为依据，因而一般具有较好的计算精度与可靠性而被普遍应用。水文法计算水保措施减沙量主要有三种不同途径：一是建立降雨—径流、径流—泥沙相关关系，即利用未（治理）实施水保措施时计算流域的实测降雨、径流和泥沙资料，分别建立降雨与径流以及水量与沙量的相关关系（经验公式），计算出无水保措施时的年沙量，然后再与流域治理实施水保措施后的实测年沙量进行比较，即可求出水保后的减沙效益（两者差值，扣除其他影响量，即为水保减沙量）；二是降雨（径流）与泥沙的双累积曲线法，即根据流域历年实测年降雨（或径流）和年输沙量资料，点绘累积年降雨（或年径流）与累积年输沙量的双累积曲线图，双累积曲线图中其曲线斜率的改变，即反映出流域治理后水保措施（包括水利工程）对流域输沙量的影响，从而可求出治理流域实施水保措施后的减沙效益；三是水文系列对比方法，即应用实施水保措施治理前后降雨量相似的两系列实测径流量和输沙量进行对比，从而可求得实施水保治理后的减沙效益（两者差值，扣除其他影响量后，得出水保减沙量）。

由图14.16、图14.17可分别求得嘉陵江干流北碚站水保治理前降雨径流和径流输沙双累积趋势线的经验公式分别为

式中：∑Pi为累积年降雨量，mm；∑Wi为累积年径流量，亿m3；∑Wsi为累积年输沙量，106t。

图14.16　北碚站降雨—输沙双累积关系图

图14.17　北碚站径流—输沙双累积关系图

②计算结果。水文法分析计算嘉陵江水系各水文控制测站河流减沙量结果见表14.24。嘉陵江流域干支流主要水文控制测站实测水沙统计资料表明，水土保持治理后时段（1989～1996年）河流年输沙量均值较治理前时段（1957～1988年）年均值大幅度减小。其原因主要有：一是降雨径流（来水）的减小导致河流来沙的减小；二是流域内各种水利工程的拦截减沙作用（如宝珠寺大型水库已将白龙江流域的来沙基本全部拦截）；三是受嘉陵江流域面上各项水土保持治理的减沙作用影响；四是干支流河道的淤积和河道床沙、卵石等建筑材料的开采；五是流域引水屯蓄灌溉等。

表14.24　嘉陵江流域减沙量水文法计算成果表

注　表中平洛、碧口站减沙量仅根据水保治理前后时段实测输沙量平均值计算。

水文法因包含多种因素的综合减沙作用（但已剔除降雨因素的影响），其减沙幅度较水保法大。嘉陵江流域减沙幅度1989～1996年平均为9.1%～62.9%，北碚站水文法的综合减沙幅度约为40.7%（5900万t），见表14.24。

嘉陵江流域水文法研究的各水系各水文控制测站河流减沙量结果普遍大于水保法对河流同一测站减沙作用的结果。这是因为水保法仅仅是嘉陵江流域水保措施对河流的减沙量，而水文法（水文资料）则是整个流域各种因素综合作用的体现，即水文法计算结果的涵盖范围较水保法涵盖范围大得多，尤其是水文法计算的干流减沙量，它还包含宝珠寺、金银台、马回、青居和东西关寨等大中型水利工程拦减沙以及河道淤积和建筑砂石材料开采等影响。如上游白龙江流域（重点产沙区之一）其来沙已基本被干流碧口大型水库和宝珠寺大型水库（总库容25.5亿m3）全部拦截。由于水土保持以及全流域各种因素的减沙作用最终都集中反映在水文资料上，故体现出水文法计算的干流减沙幅度大于支流减沙幅度的现象。

水文法求出的下垫面影响，包括各种因素的影响，是综合性的，难以判别某一种水保措施影响的主次和大小；水保法通过各种治理措施的数量和拦水、拦沙指标计算得出下垫面对水沙的影响，能分清各种措施减沙效益的主次和大小，具有一定直观性，并易剔除其他因素的影响。鉴于水文法和水保法有各自的理论基础和研究方法，又各有一定的局限性。流域水文过程调水减沙研究一般采用多种方法进行，以使计算结果可相互分析和印证。

3）BP网络模型计算。人工神经网络是一门涉及数学、物理、脑科学、认知科学、计算机科学、人工智能等学科的新兴交叉学科，它力图模拟人脑的一些基本特性，如自适应性、自组织性、高度并行性、鲁棒性和容错性等智能信息处理功能，对于正确描述非线性问题具有较好的适应性。BP网络是指在具有非线性传递函数神经元构成的神经网络中采用误差反传算法作为其学习算法的前馈网络，它是一种多层前馈网络，通常由输入层、输出层和隐含层构成，层与层之间的神经元采用全互联的连接方式，通过相应的网络权系数相互联系，每层内的神经元之间没有连接。

流域水土保持前后下垫面的产流、输沙从数学上讲是降雨＋流域下垫面→径流＋输沙的高维非线性映射。鉴于BP神经网络模型具有很强的函数映射功能，因此可建立一种基于BP网络的流域产流、输沙模型。选取嘉陵江流域内的西汉水顺利峡站和大通江碧溪站进行产流、输沙的BP网络预报计算。以年降雨量、汛期降雨量、最大月降雨量或最大30日降雨量和最大日降雨量这4个表征降雨特征的参数作为网络输入向量，流域出口断面的径流量和输沙量作为网络目标输出向量。以1982年以前实测系列作为学习样本，训练网络参数，确定网络结构；以1983～1987年实测系列作为预测检验样本。采用试错法确定BP网络预报的隐含层单元数，计算结果与实测结果基本一致，其效果优于灰色模型预测结果。BP网络预报模型与灰色预报模型精度对比见表14.25。由对比可以看出，研究所建立的BP网络模型是一种精度较高的流域产流产沙预报模型。

将模型应用到嘉陵江流域，得到嘉陵江全流域（北碚站）1989～1998年水土保持措施和其他人类活动因素综合年均减沙量为7500万～10050万t，与北碚站实际输沙量减小值基本一致。

表14.25　BP网络预报模型与灰色模型（GM）计算精度对比表

4）典型流域水沙变化影响分析。

①西汉水。西汉水发源于秦岭南坡，北与黄河流域相邻，流经陇南地区的礼县、西和县、成县、康县，于陕西省略阳市汇入嘉陵江，是“长治”工程首批重点治理流域之一，自1989～1996年，西和、礼县、康县、成县、徽县和天水市的秦城、北道两区累计治理水土流失面积3808.3km2，占7县区水土流失面积的39.5%。

西汉水上游北部地区，以黄土梁状丘陵为主，基本可划分为沟间与沟谷两大单元和梁峁顶、梁峁坡、沟谷坡和沟床等地貌类型。南部区由黄土丘陵沟壑区过渡到土石质山区，有轻切割黄土梁峁中山区的类型特征。

西汉水顺利峡水文站集水面积为3439km2，流域内有雨量站11个，根据治理前1969～1989年实测资料，平均年径流量为3.04亿m3，平均年输沙量为943万t，分别建立年降雨量与年径流量关系模型、汛期降雨量与年径流量关系模型、最大3个月和4个月降雨量与年径流量关系模型。通过模型分析，该站自1990～1996年治理后，减少径流量0.64亿m3，减少输沙量567万t。共分析了7种降雨输沙模型，分别反映不同雨强累积雨量与产沙、汛期各个级别的累积雨量与产沙、最大30天降雨量和汛期降雨量与年输沙量、流域降雨模比系数与产沙、不同时段降雨量与产沙的关系等。根据降雨产沙模型分析，1990～1996年顺利峡总减沙量为3500万～4300万t，减沙效益在60%左右。治理前后实测和模型计算输沙量比较，降雨变化引起的输沙量减少约占总减沙量的17%，人类活动影响引起的减沙量约占83%，说明中小流域水保治理的减沙效益是明显的。流域治理前后水沙量变化对比见表14.26。

表14.26　嘉陵江流域水保治理沿程减水、减沙表

续表

②平洛河。平洛河为西汉水下游支流，位于甘肃省康县境内，属高山峡谷河流。出口控制站平洛站流域面积为741km2，多年平均径流量为1.8亿m3，输沙量为109.3万t。实测资料比较，治理前后多年平均降水量基本一致，实测径流量治理后比治理前减少5.5%，输沙量减少62.1%。平洛河流域农耕地基本分布在河谷内，梯田、梯地相对较少，坡面、河道汇流迅速，因此水保治理对径流的影响不如对输沙影响显著。

③大通江。大通江为渠江水系通江支流，位于大巴山和米仓山南麓，属川中丘陵山地。岩性以棕紫色砂泥岩为主，气候温和、雨量充沛、夏秋多暴雨，植被覆盖度不均衡，水土流失比较严重。大通江出口控制站碧溪站流域面积为1970km2，治理前1960～1989年实测年均径流量为16.7亿m3，实测年均输沙量为138.7万t，实施水保治理后的1990～1996年实测年均径流量为11.5亿m3，实测年均输沙量为61万t。通过模型分析，受降雨变化和人类活动影响，大通江碧溪站1990～1996年平均每年减少径流量1.3亿m3，平均每年减少输沙量6.42万t。为了进一步分析水保减水、减沙效益，选择治理前降雨量与20世纪90年代近似的13个年份，其中60年代3年、70年代7年、80年代3年，选取的13年年平均降雨量与治理后的7年平均降雨量相差4.6%，相应年径流量相差不到1%，相应的年输沙量治理后的1990～1996年比治理前13年平均减少31.5万t，减沙幅度达34.1%。综合分析大通江水保治理减水效益在10%以内，减沙效益在5%～35%。

5）河流沿程水沙变化影响分析。除前述典型流域外，还分别选择了嘉陵江干流和主要支流控制站镡家坝、谈家庄、亭子口、武胜、小河坝、罗渡溪、北碚等站分析流域沿程水沙变化。降雨径流和降雨输沙模型分析，结果见表14.26。

镡家坝站7年中年平均减水0.9亿m3，减水幅度为6.0%；年平均减沙893万t，减沙幅度为37.5%。渠江出口控制站罗渡溪站年平均减水4.1亿m3，减水率为1.7%；年平均减沙1313万t，减沙率为42.4%。嘉陵江干流中游亭子口站年平均减水5.4亿m3，减水率为2.8%；年平均减沙1285万t，减沙率为24.7%。武胜站年平均减水6亿m3，减水率为2.3%；年平均减沙1815万t，减沙率为27.3%。流域出口北碚站1992～1998年平均减水11.2亿m3，减水率为1.6%；平均减沙5500万t，减沙率为41.4%。

从整个流域沿程情况看，20世纪90年代以来，河流输沙量明显减少，减沙幅度一般在20%以上。减水幅度在上游半干旱地区，特别是黄土地区较为显著，而中下游湿润地区，减小幅度则不太明显。例如西汉水减水率可以达到20%以上，而在中下游则在3%以下。流域内的减水差异与流域产流特性是相应的。西汉水流域多年平均降水量在500mm左右，多年平均径流系数在0.17左右，属超渗产流系统，水土保持治理以前，暴雨后较易形成超渗产流；治理后，植被截雨量增加，坡地改造成平整的梯地，加大了下渗量，塘、坝、蓄水窖和凼等拦蓄径流量增加，使汇入河道的径流量减少。中下游属蓄满产流系统，各种水保治理措施截流损失与治理前相比不明显，因此水保减水作用较小。

14.4.3.2　流域水沙变化影响趋势研究

为研究嘉陵江水沙变化对三峡工程的影响，分别运用统计模型和BP网络模型对嘉陵江流域水沙变化趋势进行了预测。

（1）统计预测和BP网络预测模型。顺利峡、镡家坝、罗渡溪、小河坝、武都、碧口、谈家庄、亭子口、武胜、北碚等站统计预测表明，武都、小河坝输沙量变化趋势不明显，其余各站在水保治理后输沙量都有减小的趋势。据北碚站含沙量系列神经网络模型分析，从短期看，含沙量是一个起伏不定的脉动过程，从长期看，北碚站的含沙量具有缓慢下降的趋势，说明嘉陵江流域输沙量因受人类活动和气候变化等因素影响，自20世纪90年代以来输沙量呈现出减少的趋势。

采用流域1957～1988年逐年降雨量作为模型的输入向量，以北碚站相同年份的年径流量和输沙量作为模型的输出向量，利用已建立的BP网络模型进行学习、训练，确定模型结构和有关参数，预报北碚站1989～1998年的径流量和输沙量。模型计算北碚站1989～1998年年均径流量约为680.6亿～692亿m3，年均输沙量约为1.295亿～1.55亿t。据此可得出嘉陵江流域内水利工程、水土保持综合治理、人类活动以及河道冲淤等因素对北碚站径流量、输沙量影响为：径流年均减少约96.2亿～107.6亿m3，减少百分比为14%～15.5%；年均输沙量减少为0.75亿～1.005亿t，减沙幅度为57.9%～64.5%。

（2）双累积曲线预测。水沙双累积曲线可反映流域水沙系统的变化特性，流域水沙特性如发生趋势性变化时，双累积曲线将出现转折，曲线斜率将发生变化。顺利峡、镡家坝、亭子口、武胜、小河坝、罗渡溪、北碚等站据降雨～输沙或径流～输沙双累积曲线分析，各站斜率在20世纪90年代均发生较明显转折，表明实施水土保持治理以来，各站具有较明显的减沙现象，经分析计算各站减沙率在24.2%～62.5%，与水沙关系模型分析成果基本一致。