黄土高原水土流失治理与黄河水沙变化

分类：论文范文 发表时间：2021-05-06 08:37

　　摘要:“黄河流域治理，重在保护，要在治理”。明晰黄土高原生态治理成效及其影响下的黄河水沙关系变化，有助于为黄河水沙关系协调提供科技支撑。通过梳理黄土高原水土流失治理历程及措施变化，辨析了治理措施的减沙效应。研究表明:(1)黄土高原历经五个典型治理阶段，主色调由黄变绿，下垫面发生不可逆的变化;(2)2000年以来，主要产沙区汛期雨量偏丰且极端降雨增加，而黄河沙量相对1919—1959年锐减了85%，中游中常洪水发生频次降低，下游河道由淤积转为冲刷;(3)林草、梯田和淤地坝减沙成效显著，溃损淤地坝淤积泥沙出库比＜15%，难以发生“零存整取”现象;(4)与历史极端降雨事件相比，2000年后相似降雨条件下，典型流域次洪水量和沙量分别减少30%～78%、53%～88%，水土保持成效显著;(5)新水沙情势下应适时调整黄土高原水土流失治理格局，并完善水沙调控体系，改造下游河道，解放滩区。

　　关键词:黄土高原;黄河;水沙关系;治理措施;淤地坝;极端降雨

　　0引言

　　九曲黄河万里沙。黄土高原生态环境禀赋条件差，土壤侵蚀强度大，大量泥沙下泄入黄，使黄河“善淤、善决、善徙”，给中华民族带来过深重灾难。黄河是中华民族的母亲河，黄河流域的保护和发展历来是安民兴邦的大事。2019年8月19—22日与9月16—18日，总书记先后在甘肃省和河南省考察调研，对黄土高原水土保持与黄河治理作了内涵丰富的指示，提出“坚持绿水青山就是金山银山”“要仅仅抓主水沙关系调节这个‘牛鼻子’”“共同抓好大保护，协同推进大治理，让黄河成为造福人民的幸福河”，黄河流域生态保护和高质量发展成为重大战略。黄土高原地区的水土流失直接影响着黄河的生态安全，长期制约区域经济社会可持续发展。因此，水土流失防治是黄河流域生态保护的主要内容和治理的根本措施，也是黄河高质量发展的基本保障。新成立70年来，经过几代人持之以恒的不懈治理，黄土高原主色调已由“黄”变“绿”，入黄沙量由1919—1959年16亿t/a锐减至2000—2018年约2.5亿t/a。本文通过梳理黄土高原水土流失治理历程及措施变化，分析了黄河水沙变化特征及其水土保持措施作用机理，并提出未来黄土高原和黄河流域治理策略，为推进黄河流域绿色发展与黄河成为幸福河提供科技支撑。

　　1黄土高原水土流失治理历程与黄河水沙变化

　　黄河干流全长5464km，流域面积79.5万km2，内蒙古河口镇(控制站头道拐)以上为上游，河口镇至郑州桃花峪(控制站花园口)为中游，桃花峪以下为下游。黄土高原水土流失面积45.4万km2，占黄河流域水土流失总面积46.5万km2的98%。黄土高原向黄河贡献了97%的泥沙。黄土高原与黄河流域位置图及干流主要水文站分布如图1所示。

　　2黄土高原水土流失治理措施减沙效益分析

　　2.1林草植被减沙作用及临界效应

　　植被通过增加降雨入渗、拦蓄径流、降低侵蚀动能等，从而减少土壤侵蚀。植被可提高流域产流的临界雨量，减水减沙作用也存在临界现象。对于坡面尺度，林草植被覆盖率在50%～60%以下时，随植被覆盖率增加其减水减沙作用显著，当大于这一临界则随覆盖率增加，减水减沙作用明显降低［5］。对于流域尺度，在自然植被覆盖率60%以上，可抑制30～50mm左右场次降雨不产生地表径流、不产沙［6］。如图10所示，黄土高原不同侵蚀类型区，遏制产沙，即流域产沙模数≤1000t/(km2·a)的林草有效覆盖率阈值为［7］:盖沙区和砾质丘陵区约45%;黄土丘陵区约55%;砒砂岩区约75%(该区域难于实现的标准)。若按产沙模数≤2500t/(km2·a)标准，丘陵区第1～4副区的林草有效覆盖率阈值约为46%～52%;而丘陵区第5副区和高塬区，林草有效覆盖率阈值大于50%，流域产沙量也渐趋稳定，但因产沙机制特殊，即使林草梯田的有效覆盖率达到70%，也难使产沙模数降低至2000t/(km2·a)以下。

　　2.2梯田工程的减沙作用及其临界效应

　　坡式水平梯田可拦蓄10～20a一遇的次降雨相邻两埂间坡面径流泥沙;20cm以上地埂梯田可保证在100mm以下场次降雨下梯田不被冲毁［2］，因此，梯田发挥其水土保持效益的前提条件是降雨量及其强度，质量则是其充分发挥水土保持作用的保证。合理的流域梯田布局(如布置在流域上游好于下游，坡面上部好于下部)能提高梯田的减沙效益20%左右［2］。选择流域梯田比(指梯田面积与轻度以上水蚀面积之比)作为评价其减蚀作用指标［8］，在流域梯田比5%～30%范围内，梯田比与减沙幅度成正比，当梯田比大于35%～40%后，其减沙作用基本稳定在90%左右(见图11)。据2017年无定河流域“7·26”特大暴雨水土保持综合考察，相对于坡耕地，农地修梯田减洪71%，反坡梯田的油松侧柏混交和反坡梯田的油松林减流84%以上、减沙达90%以上［9］。

　　3极端降雨事件下的水土保持成效

　　3.1典型极端降雨下的流域洪水输沙特性

　　开展极端降雨事件下的洪水输沙特性分析，对于深刻认识水土流失治理成效具有重要意义［12］。选取极端降雨事件频发的黄甫川、无定河和湫水河等典型流域为研究对象，通过对比分析历史不同时段相似极端降雨下的典型场次洪水事件产洪产沙特征(见表4)表明:2000年以来各流域同等极端降雨条件下次洪水量以及泥沙量较上世纪60—80年代均显著减少，其中，洪水量减少范围30%～78%，泥沙量减少范围53%～88%，减沙幅度大于减洪程度，水土流失治理下的流域下垫面变化发挥了重要作用。

　　3.2不同时段流域雨洪、雨沙关系演变

　　雨洪、雨沙关系变化是客观反映下垫面变化对流域洪水输沙影响的重要方面［13］。为进一步阐明不同历史时期相似极端降雨事件产洪产沙异同，甄别极端降雨条件下的流域雨洪雨沙关系演变特征，选取不同流域洪峰流量＞1000m3/s的洪水事件进行分析发现，2000年后，雨洪雨沙关系发生明显变化(见图16)。其中，无定河、黄甫川、湫水河流域2000年以后次洪水量、次输沙量均位于拟合直线下方，说明2000年以后黄河中游地区极端降雨－洪水－泥沙关系发生明显变化。进一步以2017年无定河“7·26”特大暴雨为研究对象，选取无定河白家川站有观测数据以来洪峰流量大于2000m3/s的洪水事件，分析表明:与1977年特大暴雨相比，在面降雨量大致相同，降雨强度增加1倍条件下，“7·26”特大暴雨洪水量减少34%，产沙量减少更为显著，减幅达53%。因此，黄河流域极端降雨事件下的大雨大沙现象趋少，水土保持生态建设主导下的流域下垫面变化对黄河流域极端降雨洪水事件泥沙减少发挥了重要作用。

　　4结论与建议

　　4.1结论

　　本文在对建国70年以来黄土高原水土流失治理及措施变化梳理的基础上，分析了黄河水沙关系变化特征与林草、梯田和淤地坝减蚀作用及临界效应，辨析了典型流域极端降雨条件下流域治理成效，得到如下认识:

　　(1)黄土高原历经五个典型治理阶段，成效显著，治理水土流失面积近50%，林草覆被率由总体不到20%增加到63%，梯田面积由1.4万km2提至5.5万km2，建设淤地坝5.9万座，黄河沙量也从1919—1959年平均16亿t/a降为2000年后的2.5亿t/a。

　　(2)2000年以来黄土高原主要产沙区汛期雨量偏丰、极端降雨增加，但2000—2018年黄河沙量相对1919—1959年锐减了85%，且黄河中游中常洪水发生频次降低，下游河道由淤积转为冲刷。

　　4.2建议

　　(1)适时调整黄土高原水土流失治理格局。2000年以来，黄土高原通过实施退耕还林(草)、坡改梯和淤地坝系工程建设等，水土流失治理取得显著成效。随着水沙情势变化与黄河流域生态保护和高质量发展新需求，黄土高原水土流失治理现存的问题凸显，如宜封禁恢复草被的区域过度植树、宜平衡人粮矛盾的地区梯田化不足、宜拦沙减蚀的流域淤地坝工程缺失，而城镇化率高的地区大规模坡改梯、生态环境趋好的流域沟系布坝过密等，导致区域治理不平衡，缺乏新水沙条件下的分区分类综合治理方略统筹指导。因此，建议适时调整黄土高原水土流失治理格局，在强化治理措施的区域差异性、灾害防治的系统性和城乡发展、人口转移的协调性，精准布局适宜措施类型和规模，因地制宜，分区施策，分区精准治理，协同推进乡村振兴和绿色发展。

　　(2)完善黄河水沙调控体系。黄河水沙关系不协调是黄河难治的症结所在，紧紧抓主水沙关系调节这个“牛鼻子”，完善水沙调控体系。现阶段宜加快古贤等重点水库建设的研究与论证，推进工程早日建设。古贤水库在水沙调控体系中具有承上启下战略地位，建成后与小浪底水库联合运用可较长期维持河道中水河槽行洪输沙功能，扭转小北干流河道淤积局面，降低潼关高程并长期维持。同时，改造下游河道，缩窄河槽，解放滩区，推进滩区分类治理与生态保护，保障滩区居民脱贫，以保障黄河长治久安，让黄河成为造福人民的幸福河。

　　参考文献:

　　［1］姚文艺.黄河流域水沙变化情势分析与评价［M］.郑州:黄河水利出版社，2011.

　　［2］刘晓燕.黄河近年水沙锐减成因［M］.北京:科学出版社，2017.

　　［3］赵阳，胡春宏，张晓明，等.近70年黄河流域水沙情势及其成因分析.农业工程学报［J］.2018，34(21):112-119.

　　胡春宏，张晓明

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