黄河中游多沙粗沙区水土流失治理面临的关键问题与发展对策

黄河中游多沙粗沙区是黄土高原乃至全国水土流失最为严重、生态环境最为脆弱的地区之一。根据黄河流域生态保护和高质量发展国家战略对水土保持的新需求,在总结黄河多沙粗沙区土壤侵蚀状况、水土流失治理现状与成效基础上,分析了目前水土流失治理面临的关键问题,提出了构建区域水土流失防治新格局、建立多沙粗沙区水土保持空间管控制度、加强水土保持重大基础科技问题及关键技术研究、创新生态治理与乡村振兴融合发展模式、加快推动水土保持体制机制创新等对策建议。

基于数字平台的黄河多沙粗沙区分布式水文模型研究——以黄河岔巴沟流域为例

本文以黄河无定河水系岔巴沟流域为例,针对其气候、植被以及下垫面条件等时空变化特征,在全流域1∶1万DEM基础上,建立了具有物理基础的分布式流域水文模型,模型由网格单元的超渗产流模型和汇流模型组成,提出了考虑流域水保措施的流域汇流计算。使用该模型对1970～1989年大中场次洪水进行模拟计算,结果表明:计算值与实测值基本吻合。

黄土高原多沙粗沙区侵蚀产沙的多维临界

黄土高原多沙粗沙区侵蚀产沙受到自然要素和人文要素的综合作用。从该地区侵蚀产沙的自然和人文影响要素识别入手,比较系统地揭示了各主要影响因子侵蚀产沙过程的单维临界响应及其发生的内在机理,在此基础上建立了侵蚀产沙要素交互作用的多维临界综合集成模型,并依据该模型定量计算出目前该地区自然和人文要素及各主要影响因素分别对侵蚀产沙的贡献,最后提出了该地区水土流失治理的调控目标和现有治理措施的调整思路。研究结果表明:(1)由于该地区自然和人文要素的交互作用,使得各影响因素侵蚀产沙的单维临界响应发生位移和变化,达到复合临界极值的多维临界点趋于降低或基本保持不变。(2)该地区的侵蚀强度在自然和人文要素的交互作用下仍在加剧。其中,可分离的自然因素作用占80%左右,人为因素作用占20%左右。就自然因素而言,降水对产沙强度的贡献最大约为61%;(3)该地区水土流失的治理速度抵不上人为破坏速度;(4)在多沙粗沙区人为因素产沙贡献中,农业结构的贡献最大。这意味着该地区生态环境治理与建设首先要把农业结构调整和优化置于第一位。

坡面产沙理论模型

坡面产沙计算是水土流失预测模型的基础.本文基于泥沙运动力学的基本概念,在概化的坡面上考虑影响侵蚀产沙的主要因素及其水力学关系,推导出坡面产沙量的计算公式.通过与坡面产沙实验资料对比,说明提出的坡面产沙计算公式结构合理,待定参数确定后可以作为预测坡面产沙的计算模型.

窟野河流域暴雨侵蚀产沙研究

本文利用黄河中游多沙粗沙区窟野河流域的水沙资料，对该地区雨洪、泥沙特性及侵蚀产沙特点进行典型分析．提出了降雨分布均匀性系数的概念，并将其与前期影响雨量等定量指标一起引入暴雨侵蚀产沙过程的水沙传递关系中，建立了流域出口径流含沙量与流量、前期影响雨量和降雨空间分布均匀性系数的定量关系．此结果对多沙粗沙区流域次暴雨侵蚀产沙预报，以及多沙粗沙区的治理具有重要意义．

黄河中游粗沙区范围界定研究

黄河下游沉积泥沙主要来自黄河中游粗沙区，但至今粗沙区的范围及面积还未定论。笔者在理解粗泥沙特定内涵的基础上，提出了粗沙区、多沙区和多沙粗沙区的基本概念的内涵，确定划分粗沙区、多沙区和多沙粗沙区的指标，并进行了形态类型区划分和侵蚀产沙模型建设。在上述过程的基础上，进行了粗沙区范围界定，其结果是黄河中游粗沙区面积为９５５１５ｋｍ２，多沙粗沙区的面积为９４１２１ｋｍ２。

黄河中游粗泥沙集中来源区产沙规律综述

在前人研究的基础上分析总结了该区特有的暴雨洪水产沙规律:暴雨是侵蚀产沙的主要动力,暴雨、洪水、泥沙之间存在着必然的关系;洪水发生时间集中,峰高量大,暴涨暴落,对黄河中游大洪峰的形成具有决定性影响;侵蚀产沙强烈而粗泥沙集中,输沙能力强,洪水含沙量高,是黄河粗泥沙的集中来源地;河龙区间特别是粗泥沙集中来源区频繁或连续的暴雨洪水对黄河输沙有重要影响;随着治理水平的提高,区域洪水有减小趋势,但泥沙量变化不明显,大部分支流的洪峰流量、洪水含水量反应不敏感,说明一般规模和水平的治理工程还不能有效控制区域大洪水特别是特大洪水的泥沙。

黄河中游多沙粗沙区粗泥沙输沙模数区域分布及产沙量分析

通过对黄河中游多沙粗沙区中d≥0.05 mm和d≥0.10 mm不同粗泥沙年输沙模数级的区域分布及产沙量的分析,得出d≥0.05 mm粗泥沙年输沙模数大于等于2 500、5 000和10 000 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.82万、1.97万和0.22万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的80.0%、35.6%和5.9%;d≥0.10mm粗泥沙年输沙模数大于等于350、700、1 400和2 800 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.80万、3.94万、1.88万和1.17万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的79.8%、58.3%、34.5%和24.2%。研究不同输沙模数级的区域分布、面积及产沙量,为粗泥沙集中来源区界定提供支撑。

韭园沟流域典型淤地坝淤粗排细作用研究

对韭园沟流域8座典型淤地坝坝内淤积物进行野外挖探坑观测取样,将坝内淤积物和马兰黄土颗粒级配进行对比,初步分析淤地坝的淤粗排细作用机理。在空间分布上,垂直分布,淤地坝坝内淤积物具有一定的沉积层理,即粉土层与黏土层相间分布;水平分布,同一沟道上游淤地坝较下游淤地坝淤积物粒径粗,单坝远坝处较近坝处淤积物粒径粗。工程结构上,有放水建筑物的淤地坝,控制面积决定了其淤粗排细效果;控制面积相近的淤地坝,有无放水建筑物决定了其淤粗排细效果;水毁坝也具有一定淤粗排细作用。

黄土高原多沙粗沙区高含沙水流发生频率的时间变化

高含沙水流的频繁发生是黄土高原多沙粗沙区产生高强度侵蚀的重要原因。本文基于1967-1989年的系列泥沙资料和面雨量资料,分析了黄土高原多沙粗沙区8个流域高含沙水流发生频率随时间的变化过程。根据其不同的变化趋势,将研究区所有流域分成了两类。第一种类型高含沙水流发生频率随时间逐渐减小;第二种类型高含沙水流随时间呈先减小后增大的变化趋势。从汛期降雨量(6-9月)及人类活动(包括人为的减沙活动和人为增沙活动)两个方面对高含沙水流随时间变化趋势的产生原因进行了分析。结果表明,第一种类型主要受到同期汛期降雨量的减少以及各种水利水保措施减沙量从上世纪60-80年代逐渐增大的影响;第二种类型的流域在上世纪60年代末到80年代初高含沙水流发生频率的减小主要是因为上世纪60、70年代大量修建的淤地坝在70年代发挥了显著的拦减泥沙的作用;但到了80年代以后,新建淤地坝很少,原有淤地坝已大部失效,另外人为的增沙活动,如修路、开矿、建窑等活动在80年代以后显著增加,上述因素促使高含沙水流发生频率在80年代初期以后呈随时间增加的趋势。

黄河多沙粗沙区高含沙水流发生频率的空间分异及其与侵蚀产沙的关系

通过对黄土高原多沙粗沙区高含沙水流发生频率的空间分异的分析,表明自北而南,高含沙水流发生频率呈现先减小后增大的趋势,这种变化趋势同时受到降雨集中度、泥沙来源以及站点控制面积等因素的影响。在研究区域内,高含沙水流发生的频率随降雨集中度的增大而减小;随流域内风沙区所占面积的增大而减小,随流域内黄土区所占面积的增大而增大;在下垫面一致的黄土区,高含沙水流的发生频率随站点面积的增大先增大后减小。以佳芦河为界,比较分析了佳芦河以北和以南(包括佳芦河)两区域产沙模数与高含沙水流发生频率的关系。结果表明这两个区域产沙模数都随高含沙水流发生频率的增大而增大,但发生相同频率的高含沙水流时,北部区域对应的产沙模数要明显高于南部区域。这种差异同时受到区域泥沙来源及流量差异的影响。

黄河流域多沙粗沙区坝地防洪保收研究

淤地坝防洪能力包含两个方面,一是工程自身的防洪能力(即防御标准);二是坝地生产的防洪能力(即指坝地的防洪保收标准).淤地坝工程自身的防御标准,在有关规范中已有过明确规定和要求.而坝地生产的保收能力、保收标准,则是随着大规模坝地的形成和生产利用逐渐提出来的.从坝地淹水深度与淹水历时及淤积厚度对作物产量的影响考虑,提出了多沙粗沙区淤地坝防洪保收的标准为:洪水频率5%、作物保收率80%以上.通过淤地坝防洪保收指标和临界值的分析计算,得到黄河中游多沙粗沙区淤地坝防洪保收条件:坝地淹水深度小于作物株高的1/3,淹水历时在7天之内,淤泥厚小于作物株高的1/5.

黄土高原多沙粗沙区侵蚀产沙的临界问题

黄土高原多沙粗沙区高强度产沙是自然因素和人文因素综合作用的结果。该产沙过程对其影响要素存在着多个维度的临界响应。在对多沙粗沙区侵蚀产沙影响要素进行识别的基础上,比较系统地阐述了该地区侵蚀产沙存在的自然临界和社会经济临界问题及其产生的内在机理,以便为该地区的水土流失治理和生态环境建设提供一定的理论和调控依据。

数字流域河网编码方法应用实例

数字流域模型的河网编码方法使河网中河段的直接定位和拓扑关系运算更为方便。将此方法应用于黄土高原多沙粗沙区的河网,按河网自然的拓扑形态和流域的天然分界将该地区河网划分为4级37区。数字流域河网编码方法在多沙粗沙区的水沙模型计算和并行计算调度中的应用表明,该方法能够使产流产沙和演进的模拟过程更符合自然河流的发育规律,并易于高效并行调度算法的实现。

黄土高原多沙粗沙区侵蚀模型探讨

国内外曾研究出不同类型的坡面侵蚀计算模型，但还没有一个成熟的流域侵蚀计算模型，至今流域侵蚀量仍以输沙量替代。本文充分利用黄河中游不同区域具有大量淤地坝的条件，再通过侵蚀影响因素机理的分析、在侵蚀形态类型区的划分等基础上探讨侵蚀变权模型的建设。首先选择了１５５个“闷葫芦”淤地坝，采集每个坝的年均淤积量，以及相应流域的侵蚀影响因素：植被盖度、降雨量、沟谷密度、切割深度、地表组成物质、＞１５°的坡耕地面积比等资料，采用变权形式，建立侵蚀强度宏观估算模型。最后用年降水量与年输沙量的关系对模型进行改进。得到如下适用于多沙粗沙区的侵蚀量计算模型：ｌｏｇ（Ｔｍ）＝２１．３／（３／Ｇｍ＋５５／Ｑｓｄ＋９／Ｚｘ＋１０／Ｗｘ）＋（０．９２－１．６９／（３／Ｇｍ＋７０／Ｑｓｄ＋８／Ｚｘ＋９／Ｗｘ））＊ｌｎ（Ｐｓ＊Ｐｄ）＋０．６７＊Ｒｄ－６．

黄河中游多沙粗沙区基础边界数据集

黄河中游粗泥沙集中来源区是对黄河下游河道主槽危害最大的地区,通过界定具体范围,有针对性地加强区域水土流失治理,是减少下游河道泥沙淤积的关键所在。本数据集是在黄河中游多沙粗沙区、粗泥沙集中来源区界定研究成果基础上,采用人工目视解译方法提取黄河中游多沙粗沙区、多沙粗泥沙集中来源区边界矢量数据。本数据集包括黄河中游多沙粗沙区区界和粗泥沙集中来源区边界矢量数据,基本反映了黄河中游多沙粗沙区、粗泥沙集中来源区的具体位置,可作为黄河中游水土流失治理的基础数据支撑。

秃尾河、窟野河、孤山川产流输沙模型研究

依据秃尾河、窟野河、孤山川三条河流域降雨时空分布极不均匀及产流输沙多集中汛期的特点,将流域分为若干单元,以各单元面积内的时段最大降雨、雨强、地貌参数为影响产流输沙综合指标,最后叠加成总指标的方法,建立了产流输沙次和年经验模型。统计结果表明,模型计算与实测值相比,平均相对误差分别为:年清水模数0.69％～4.5％;年浑水模数0.2％～8.4％;年输沙模数0.05％～11.5％。

黄河中游多沙粗沙区高含沙水流流变特性研究

在黄河中游多沙粗沙区 2 5条支流大量实验资料的基础上进行了分析研究 ,提出了不同河流形成高含沙水流的定量条件 ,并给出不同地区。

康平县高大棚小流域侵蚀性降雨与产沙关系分析

文章以康平县高大棚小流域为例,结合径流小区监测数据和降雨资料,选择2017-2019年的降雨历时、平均雨强、最大60min雨强、最大30min雨强、降雨量5个指标,研究了各侵蚀性降雨特征指标、降雨量、场次、降雨频率与产沙之间的相关性。结果表明:研究小流域降雨变化总体呈正态分布,从季节分布上,夏秋两季降雨集中,具有明显的干湿季节;0-5mm/h降雨强度范围内大豆地的降雨量与产沙量存在显著相关性,天然次生林的降雨量、最大60min雨强与产沙存在显著正相关性;对于降雨径流与泥沙拦截等不同覆盖度的土地利用方式存在明显差异,农作物和耕作方式影响土壤流失的程度也存在一定差异。