黄河粗泥沙集中来源区实施拦沙工程回顾和思考

黄河粗泥沙集中来源区是对下游淤积危害最大的粗泥沙主要来源区,也是区域水土流失治理的重中之重,其面积占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%。据统计,粗泥沙集中来源区多年平均(1954—2007年系列)输入黄河泥沙2.55亿t/a,侵蚀模数高达1.36万t/(km^(2)·a),是黄土高原强烈侵蚀的中心,因此在该区域实施拦沙工程,构建拦截入黄泥沙的第一道防线势在必行。阐述了黄河粗泥沙集中来源区的水土流失现状和治理现状,回顾和梳理了拦沙工程项目四个阶段的发展历程,从前置要件办理环节多周期长,地方配套资金未能足额到位,财政预审核减中央投资和工程勘察设计费、监理费等,竣工验收工作滞后,监测站点布局不完善、监测内容单一及信息化水平低,工程建设急需中期评估调整等6个方面分析了当前拦沙工程实施过程中存在的问题,并提出了意见和建议。

黄土高原粗泥沙集中来源区水沙变化特征及趋势性分析

黄土高原粗泥沙集中来源区为治理黄河泥沙的重点核心地区。根据1960—1999年黄土高原粗泥沙集中来源区皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河和佳芦河径流及输沙资料,以流域为单元,分析了区内各流域径流量、输沙量的年内、年际变化特征及变化趋势。结果表明,区内径流量及输沙量的年际、年内变化较大。在季节上,除秃尾河径流量集中期为6月份外,其余4条流域径流量的集中期均为8月份;5条流域输沙量的集中期均为8月份。各流域径流量、输沙量的突变时间均在20世纪70年代,说明各流域水沙量呈现减少的趋势,尤以20世纪90年代减少最明显。人类活动和气候变化是影响该区内各流域水沙变化的主要因素。

黄河粗泥沙集中来源区区域地形因子比较研究

在黄河粗泥沙集中来源区的清水川流域,以1∶10 000比例尺地形图上的小流域为基本单元,在1∶250 000比例尺DEM上提取地表起伏度、高程变异系数和等高线密度等区域土壤侵蚀地形因子,以1∶10 000比例尺计算的地形因子为真值,拟合各区域土壤侵蚀地形因子的计算方法。结果表明,等高线密度是合适的区域土壤侵蚀地形因子计算指标。应用该方法在皇甫川下游进行检验,模拟结果误差小于10%,效果良好,可作为土壤侵蚀区域地形因子计算时指标选择的参考。

不同来源区洪水对黄河下游游荡河段河床横断面形态调整过程的影响

以黄河下游实测流量过程等水文资料为基础 ,从流域系统的角度出发 ,以洪水作为联系流域系统各子系统耦合关系的指标 ,揭示了不同来源区洪水对黄河下游游荡河段洪水前后河床横断面形态变化的不同影响及其原因。上少沙来源区洪水使河床形态变宽浅为主 ,变宽浅主要由于主槽淤积所造成 ;下少沙来源区洪水使河床宽深比以变窄深为主 ,主要由于主槽冲刷所造成 ;多沙粗沙来源区洪水造成河床宽深比减小 ,主要由于高含沙洪水淤滩刷槽所造成 ;多沙细沙来源区的洪水后宽深比变化不大 ,仅略减小 。

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。

黄河粗泥沙集中来源区输沙模数研究

黄河粗泥沙集中来源区输沙模数是淤地坝拦沙库容规模设计最重要的参数。受人类活动影响,1970—2007年实测多年平均输沙模数明显偏小,必须对其还原修正后方可应用于工程设计。采用长短系列对比分析法分析黄河粗泥沙集中来源区各水文站长系列(1954—2007年)实测多年平均输沙模数较短系列(1954—1969年)变化情况,并对长系列输沙模数进行还原,得出还原后黄河粗泥沙集中来源区多年平均年输沙总量和年输沙模数分别为3.19亿t、1.7万t/(km2.a),介于短系列和长系列实测值之间,多年平均年还原量为0.64亿t。

用边际分析法确定黄河中游粗泥沙集中来源区

为进一步寻找并治理对黄河下游主槽淤积危害最严重的粗泥沙集中来源区,根据1960年未建三门峡水库前自然水沙条件下下游河槽淤积物粒径组成,确定出黄河中游粗泥沙集中来源区界定中的粗泥沙界限为0.1 mm。利用边际分析法在黄河中游多沙粗沙区确定粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2。该面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%,可产生的全沙、粒径大于0.05 mm和0.1 mm的泥沙分别占同期多沙粗沙区相应沙量的34.5%、47.6%和68.5%。由此看出,该区是名副其实的粗泥沙集中来源区。

广西热带南亚热带适宜的国外树种引种来源区选择的研究

国外树种引种是收集保存林木种质资源和丰富森林遗传多样性的重要途径之一。为了探索与广西热带南亚热带区域相对应的国外树种引种来源区的适宜程度和潜力 ,本研究以林木引种驯化和林木种质资源保存的有关理论为指导 ,在总结广西热带南亚热带 5个保存点多年来国外树种引种和种质资源保存实践的基础上 ,以气候因子的相似性为主要依据 ,结合考虑气候型、植被类型、植物区系和已引种保存树种及其种源的生长适应情况等因素 ,将该区域国外树种引种来源区划分成适宜区、较适宜区和一般区 3类来源区 。

长江上游不同水沙来源区产沙量变化对宜昌-汉口河段泥沙冲淤量的影响

长江上游流域的水沙特性表现出显著的地域分异,体现出水沙异源的特点,可以划分为两个多沙区和一个少沙清水区,即金沙江下游多沙区和嘉陵江多沙区,其余地区构成少沙清水区。以有关水文站的年系列资料为基础,研究了上游不同来源区产沙量变化对宜昌-汉口河段泥沙淤积速率的影响。研究表明,宜昌-汉口#河段冲淤量与嘉陵江产沙区产沙量的变化有很好的同步关系。宜昌-汉口#河段冲淤量与金沙江下游产沙区产沙量的变化,在20世纪80年代末以前有较好的同步关系,此后则不具有同步关系。这意味着,自从20世纪80年代以来,嘉陵江产沙区产沙量的变化对宜昌-汉口#河段冲淤量的变化起着主要的控制作用,金沙江下游江产沙区产沙量的变化对宜昌-汉口#河段冲淤量变化的控制作用较小。这一事实表明,对金沙江下游的治理亟待加强。以宜昌-汉口#河段冲淤量Sdep,Y-H作为因变量,北碚站的年输量Qs,北碚、屏山站的年输沙量Qs,屏山、宜昌站年最大流量Qmax,宜昌以及3口分沙比Rw,div为影响变量,运用1955-1997年间的资料建立了多元回归方程,在此基础上对各个影响变量的变化对河段冲淤量的变化的贡献率进行了估算。结果表明,Qs,屏山、Qs,北碚、Qmax,宜昌以及Rw,div的贡献率分别为18.75%,42.06%,36.53%,2.64%。由此可见,嘉陵江重点产沙区产沙量变化对宜昌-汉口#河段冲淤量变化的贡献率要大于金沙江下游重点产沙区。研究还得到,使宜昌-汉口#河段不淤的两个重点产沙区的年产沙量之和的临界值为2.1亿t/a。

黄河中游粗泥沙集中来源区重点支流的遴选

通过来沙粒径、输沙模数、水土流失面积占流域面积的比例等指标遴选出黄河粗泥沙集中来源区重点治理的支流。按水文站实测悬移质粒径粗细分析的重点支流的排序为:皇甫川、窟野河、秃尾河、佳芦河、孤山川、无定河、延河和清涧河;根据各支流坝地淤积物钻孔取样分析的d≥0.10 mm泥沙所占百分数由大到小排序是:窟野河、皇甫川、清水川、孤山川、石马川、秃尾河、无定河、佳芦河、乌龙河、延河和北洛河;在此基础上,再按粗泥沙输沙模数大小最后遴选的重点治理支流的顺序是:窟野河、皇甫川、清水川、秃尾河、孤山川、石马川、佳芦河、乌龙河、无定河。

黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究中粗泥沙界限的确定

针对黄河粗泥沙界限问题,介绍了粗泥沙界限0.05 mm的由来,利用下游河床质钻孔资料分不同时段研究主槽淤积物粒径组成,利用输沙率平衡法计算下游河道不同时段的区间淤积比和排沙比,利用小浪底水库运用以来下游河床质淤积物钻孔资料分析淤积物粒径变化。依据1960年以前天然情况下、对长系列资料分析结果显示、小浪底水库运用以来的黄河下游主槽淤积物中d≥0.10 mm的泥沙淤积特点,确定应以0.10 mm作为黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究中的粗泥沙界限。

黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程布局

利用黄河粗泥沙集中来源区水文、地质研究成果以及实地调查和勘测资料,采用典型分析和综合对比分析的方法,依据现行规范和规定,以及提出的工程布局原则,通过对典型小流域建设目标分析、单坝工程设计、布局方案设置、控制面积对比、防洪能力对比、拦沙能力对比、淤地面积对比等,论证确定每条典型小流域中小型拦沙坝布局与规模成果。利用典型小流域布局成果,确定黄河粗泥沙集中来源区布置拦沙坝10 165座,其中中型拦沙坝1 995座、小型拦沙坝8 170座。

黄河中游粗泥沙集中来源区的确定

利用d≥0.10 mm的粗泥沙输沙模数≥1 400 t/(km2.a)的指标在黄河中游多沙粗沙区中界定出粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2,该面积占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%,年产沙量为4.08亿t,占多沙粗沙区年产沙总量的34.5%,产生d≥0.05 mm和d≥0.10 mm的粗泥沙量分别为1.52亿和0.61亿t,占多沙粗沙区相应输沙量的47.6%和68.5%,该区是名符其实的产粗泥沙“大户”。

黄河粗泥沙集中来源区洪水泥沙阶段变化研究

黄河粗泥沙集中来源区为治理黄河泥沙的核心区域。根据建站至2016年黄河中游粗泥沙集中来源区皇甫川、窟野河、孤山川、秃尾河、佳芦河、大理河和延河等支流次暴雨洪水泥沙资料,以支流为分析单元,通过Pettitt检定法把各支流划分为早期、中期和近期三个时段,按照暴雨洪水和暴雨泥沙的关系分析了区内各支流的变化特征。结果表明:各支流中期和近期时段不完全一致,这主要是与支流下垫面治理有关;按照支流入选标准在研究区内各支流中共选取486场洪水参与计算,对建立的暴雨洪水和暴雨泥沙关系进行分析得出,与早期下垫面相比,中期和近期所表现出来的减洪减沙比例不尽相同,总体上次洪径流量中期减少1/3、近期减少3/4,次洪输沙量中期减少2/5、近期减少9成以上,减沙比例大于减洪比例。

粗泥沙集中来源区拦沙工程存在问题及对策

粗泥沙集中来源区修建大量的拦沙工程。依据水土保持治沟骨干工程技术规范规定,库容>100万m3的库坝必须有溢洪道、泄水建筑物、土坝"三大件",库容<100万m3的单坝可以分为泄水建筑物和土坝的"两大件"。但据2008年12月对神木县四条小流域内淤地坝尤其是骨干坝进行调查发现"两大件"组成的坝数,不到总坝数的30%。淤地坝建设和管理中存在质量的问题。国家投资建设的淤地坝同样存在质量问题,或不符合技术规范要求。库区已淤满,没有泄水建筑物,或溢洪道设在沙壤土上……存在诸多隐患。建议应加强对淤地坝的行政管理及技术管理。

黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程规划关键技术研究

黄河难治的症结是泥沙,其中关键在粗泥沙。经多年研究,黄河中游1.88万km2的粗泥沙集中来源区是控制入黄粗泥沙的重点区域。在这一区域建设拦沙工程,对改善当前水沙关系不协调矛盾加剧的局面,遏制主槽萎缩和"二级悬河"不断发展的态势,减少下游河道泥沙的淤积和延长干流水库拦沙库容使用年限具有十分巨大的作用。围绕黄河粗泥沙集中来源区拦沙工程规划实践中需要解决的重大技术问题,分析了拦沙工程建设对减少黄河下游河道泥沙淤积的重大影响,研究了拦沙工程设计洪水关键参数、侵蚀模数计算等核心设计指标的合理取值,论证了工程总体布局与建设规模确定的方法和成果,探讨了工程地质对工程建设的影响、工程监测任务和工作内容、工程建设对水资源的影响等关键问题。

黄河中游粗泥沙集中来源区治理方向初探

黄河中游粗泥沙集中来源区总面积18803km2,涉及陕西、内蒙古两省区的榆林、延安、鄂尔多斯3市共15个县(旗、区)的11条黄河支流。该区域可建治沟骨干工程1500座,建拦泥库86座,治坡措施中可完成修梯田、造林、种草13162km2,三项措施的年拦泥沙量分别为1.63亿、1.43亿、1.54亿t。实行以小流域为单元、以支流为骨架统一规划,统筹安排淤地坝(系)、拦泥库、治坡措施及其他治理措施并实行不同措施的科学组合,能够满足黄河年减沙4.08亿t的要求。

黄河中游粗泥沙集中来源区现有治理措施拦沙能力分析

黄河中游粗泥沙集中来源区现状治理措施年拦沙能力为1.03亿t,占区域年泥沙流失量4.08亿t的25.2%。其中:淤地坝(系)年拦沙能力为2757万t,占现状措施年拦沙能力的26.8%;水库年拦沙能力为2688万t,占现有措施年拦沙量的26.1%;治坡措施年拦沙能力为4842万t,占现状措施年拦沙量的47.0%。

黄河粗泥沙集中来源区沙棘生态项目减沙效果分析

自1985年将沙棘作为黄土高原治理的突破口以来,黄河水利委员会在黄河粗泥沙集中来源区北部砒砂岩地区大规模开展了沙棘资源建设工程,并取得显著成效;水利部1998年以来相继在国家立项实施了晋陕蒙砒砂岩区沙棘生态工程和晋陕蒙砒砂岩区窟野河流域生态减沙工程,形成了更大规模的治理效益。总结了3个沙棘治理项目的完成情况,分析了其建设效益和减沙效果。3个项目在粗泥沙集中来源区累计保存沙棘面积22.679万hm2,平均每年减沙2 414.6万t。

辽河各水沙来源区对下游泥沙沉积的影响

以辽河中下游有关水文站年系列资料为基础,运用泥沙收支平衡法,研究辽河中下游泥沙时空分布,结果表明:巨流河至六间房河段为辽河中下游强烈沉积区。运用统计学方法,研究巨流河—六间房河段泥沙沉积量与上游不同水沙来源区水沙量相关关系。分析结果表明:辽河下游巨流河—六间房河段沉积量与辽河支流柳河产沙区产沙量具有较好的相关关系,柳河产沙量的变化对辽河下游河道泥沙沉积量的变化起着主要的控制作用,且柳河汛期单位来水来沙量较全年单位来水来沙量对辽河下游沉积量的贡献率更大。因此,为缓解辽河下游河道沉积问题,柳河水土流失的治理亟待加强。