RS的黃河中游多沙粗沙區(qū)土地利用變化分析

本文對(duì)地處黃河中游多沙粗沙區(qū)的河口鎮(zhèn)至龍門(mén)區(qū)間(簡(jiǎn)稱河龍區(qū)間)及四大典型支流皇甫川、窟野河、無(wú)定河和三川河流域淤地壩攔減粗泥沙效果進(jìn)行了深入分析,計(jì)算了不同年代淤地壩攔減粗泥沙量。通過(guò)分析實(shí)施淤地壩等水土保持措施前后泥沙粒徑的變化、淤地壩配置比例與減沙比例關(guān)系的變化后認(rèn)為:淤地壩是快速減少入黃粗泥沙的首選工程措施和第一道防線,具有明顯的“攔粗排細(xì)”功能。只要河龍區(qū)間壩地的配置比例保持在2%左右,其減沙比例即可達(dá)到45%以上。當(dāng)四大典型支流淤地壩配置比例平均達(dá)到2.5%時(shí),淤地壩減沙比例平均可以達(dá)到60%。因此,為有效、快速地減少入黃泥沙尤其是粗泥沙,河龍區(qū)間水土保持措施應(yīng)采用以淤地壩為主的工程措施與坡面措施相結(jié)合的綜合配置模式。淤地壩的配置比例應(yīng)保持在2%以上。減少黃河粗泥沙的重點(diǎn)支流應(yīng)首選窟野河和皇甫川。

利用壩地鉆探取樣資料,對(duì)黃河中游多沙粗沙區(qū)壩地淤積泥沙粒徑的空間變化進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:淤地壩對(duì)泥沙具有分選作用,壩前泥沙粒徑小于壩尾泥沙粒徑;泥沙顆粒越粗,這種分選作用越明顯。從而認(rèn)為,在粗泥沙產(chǎn)沙區(qū)淤地壩能夠起到一定的淤粗排細(xì)作用。

黃河中游多沙粗沙區(qū)區(qū)域界定——三門(mén)峽水庫(kù)和黃河下游河道主要淤積物是粒徑ｄ≥0.05mm的粗泥沙。黃河中游多沙區(qū)有11.92萬(wàn)km2，粗沙區(qū)7.86萬(wàn)km2，兩者套繪在一起的多沙粗沙區(qū)面積7.86km2。重點(diǎn)治理該區(qū)嚴(yán)重的水土流失，是減少黃河下游淤積的關(guān)鍵。

從形成高濃度粗泥沙水流機(jī)理出發(fā)，綜合分析了不同地層侵蝕產(chǎn)沙對(duì)黃河粗泥沙的影響。分析認(rèn)為，風(fēng)沙和基巖產(chǎn)沙對(duì)黃河粗泥沙均有一定影響，但起關(guān)鍵作用的仍然是黃土。風(fēng)沙、基巖、黃土產(chǎn)沙的綜合作用是形成黃河高濃度粗泥沙水流的重要原因，因此應(yīng)從整體上綜合治理多沙粗沙區(qū)。

黃河中游多沙粗沙區(qū)水沙變化趨勢(shì)及其主控因素的貢獻(xiàn)率 作者：孫倩;于坤霞;李占斌;李鵬;張曉明;龔珺夫 作者機(jī)構(gòu)：西安理工大學(xué)西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710048;西安理工大學(xué)西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710048; 西安理工大學(xué)西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710048;中國(guó)科學(xué) 院水利部水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,楊凌 712100;西安理工大學(xué)西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710048; 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院泥沙所流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100048;西安理工大學(xué)西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安710048 來(lái)源：地理學(xué)報(bào) issn：0375-5444 年：2018 卷：073 期：005 頁(yè)碼：945-956 頁(yè)數(shù)：12

通過(guò)對(duì)黃河中游多沙粗沙區(qū)中d≥0.05mm和d≥0.10mm不同粗泥沙年輸沙模數(shù)級(jí)的區(qū)域分布及產(chǎn)沙量的分析,得出d≥0.05mm粗泥沙年輸沙模數(shù)大于等于2500、5000和10000t/km2的粗泥沙來(lái)源區(qū)面積分別為5.82萬(wàn)、1.97萬(wàn)和0.22萬(wàn)km2,對(duì)應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生的全沙量分別占黃河中游多沙粗沙區(qū)全沙量的80.0%、35.6%和5.9%;d≥0.10mm粗泥沙年輸沙模數(shù)大于等于350、700、1400和2800t/km2的粗泥沙來(lái)源區(qū)面積分別為5.80萬(wàn)、3.94萬(wàn)、1.88萬(wàn)和1.17萬(wàn)km2,對(duì)應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生的全沙量分別占黃河中游多沙粗沙區(qū)全沙量的79.8%、58.3%、34.5%和24.2%。研究不同輸沙模數(shù)級(jí)的區(qū)域分布、面積及產(chǎn)沙量,為粗泥沙集中來(lái)源區(qū)界定提供支撐。

利用壩地鉆探取樣資料分析了泥沙空間分布規(guī)律,通過(guò)輸沙模數(shù)指標(biāo)計(jì)算了黃河中游多沙粗沙區(qū)重點(diǎn)支流中各級(jí)泥沙的產(chǎn)沙量。結(jié)果表明:受水流分選作用的影響,表現(xiàn)出壩后淤積物粒徑比壩前淤積物粒徑粗的特點(diǎn);受地表組成物質(zhì)的影響,泥沙粒徑空間上整體呈現(xiàn)出由南向北逐漸變粗的趨勢(shì);根據(jù)多沙粗沙區(qū)重點(diǎn)支流泥沙粒徑、產(chǎn)沙量分析結(jié)果和淤地壩分布情況,可有針對(duì)性的開(kāi)展溝道攔沙工程來(lái)達(dá)到有效控制泥沙的目的。

為了查清黃河泥沙特別是粗泥沙的主要來(lái)源地，探索多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙輸沙規(guī)律和治理開(kāi)發(fā)方略。黃委會(huì)1995年將“黃河中游多沙粗沙區(qū)區(qū)域界定及產(chǎn)沙輸沙規(guī)律研究”列為水土保持科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目，組織有關(guān)單位進(jìn)行協(xié)作研究。經(jīng)過(guò)黃委會(huì)水文局、水科院、陜西師大、中科院地理所、內(nèi)蒙古水科院、黃委會(huì)綏德水

《黃河中游多沙粗沙區(qū)區(qū)域界定及產(chǎn)沙輸沙規(guī)律研究》通過(guò)鑒定驗(yàn)收

通過(guò)黃河下游多斷面、多鉆孔、深層次泥沙淤積物取樣級(jí)配分析,認(rèn)為在1960年三門(mén)峽水庫(kù)運(yùn)行前,下游河道主槽淤積物中0.1mm以上泥沙占一半。以0.1mm為粗泥沙集中來(lái)源區(qū)界定研究中的粗泥沙界限,0.1mm的粗泥沙輸沙模數(shù)1400t/(km2.a)為粗泥沙集中來(lái)源區(qū)界定指標(biāo),界定出黃河中游粗泥沙集中來(lái)源區(qū)面積為1.88萬(wàn)km2。該區(qū)面積僅占黃河中游多沙粗沙區(qū)面積(7.86萬(wàn)km2)的23.9%,但該區(qū)產(chǎn)生的全沙量、d≥0.05mm和0.1mm的粗泥沙量分別占多沙粗沙區(qū)相應(yīng)輸沙量的34.5%,47.6%和68.5%,說(shuō)明該區(qū)是名符其實(shí)的產(chǎn)粗泥沙“大戶”,是當(dāng)前黃河粗泥沙“源頭”治理的重中之重。

利用d≥0.10mm的粗泥沙輸沙模數(shù)≥1400t/(km2.a)的指標(biāo)在黃河中游多沙粗沙區(qū)中界定出粗泥沙集中來(lái)源區(qū)面積為1.88萬(wàn)km2,該面積占黃河中游多沙粗沙區(qū)面積的23.9%,年產(chǎn)沙量為4.08億t,占多沙粗沙區(qū)年產(chǎn)沙總量的34.5%,產(chǎn)生d≥0.05mm和d≥0.10mm的粗泥沙量分別為1.52億和0.61億t,占多沙粗沙區(qū)相應(yīng)輸沙量的47.6%和68.5%,該區(qū)是名符其實(shí)的產(chǎn)粗泥沙“大戶”。

作者以長(zhǎng)川流域附近的阿貴廟自然保護(hù)區(qū)的主要植被類(lèi)型為對(duì)照,通過(guò)對(duì)黃河中游砒砂巖地區(qū)長(zhǎng)川流域內(nèi)的各土地利用/覆蓋類(lèi)型之間的生物多樣性的比較分析,綜合評(píng)價(jià)了人類(lèi)土地利用活動(dòng)對(duì)當(dāng)?shù)厣锒鄻有缘挠绊?。結(jié)果表明:沙棘(hippophaerhamnoides)灌叢、草地、油松(pinustabuliformis)林地和中間錦雞兒(caraganainter-media)灌叢等土地利用類(lèi)型的生物多樣性指數(shù)較高;進(jìn)一步運(yùn)用s?renson指數(shù)分析發(fā)現(xiàn),僅中間錦雞兒灌叢、草地和油松林三類(lèi)與主要自然植被類(lèi)型有著較高的相似性,其s?renson指數(shù)均在40%左右。綜合考慮shannon-wiener指數(shù)與s?renson指數(shù),草地、中間錦雞兒灌叢、油松林地等類(lèi)型對(duì)當(dāng)?shù)匚锓N多樣性的影響相對(duì)較弱,有利于當(dāng)?shù)匚锓N多樣性的保護(hù),在植被恢復(fù)和建設(shè)過(guò)程中應(yīng)相對(duì)增大種植比例。

選擇黃河中游多沙粗沙來(lái)源較為集中的皇甫川、孤山川、窟野河、禿尾河、佳蘆河、無(wú)定河等流域,對(duì)比分析了河流粗泥沙含量和平均粒徑年內(nèi)變化規(guī)律及其空間差異。結(jié)果表明:軟弱砂巖出露區(qū)的皇甫川流域,河流攜帶的粗泥沙含量及平均粒徑與徑流量年內(nèi)變化趨勢(shì)一致,軟弱易蝕巖層出露面積比例越大,這一趨勢(shì)就越明顯;風(fēng)沙區(qū)分布面積較大的禿尾河和無(wú)定河等流域,隨著夏季水流侵蝕能力的增強(qiáng),懸移質(zhì)平均粒徑并未明顯增大,甚至降水集中和多暴雨的7~8月的平均粒徑和粗泥沙含量小于冬季的,這些流域內(nèi)基巖產(chǎn)沙對(duì)河流泥沙貢獻(xiàn)不大,懸移質(zhì)中的粗泥沙應(yīng)主要來(lái)源于風(fēng)沙。

在錢(qián)寧等［１］關(guān)于黃河中游粗泥沙來(lái)源宏觀分析的基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步考慮了區(qū)域地貌特征及近年來(lái)人類(lèi)活動(dòng)因素的影響，對(duì)黃河中游粗沙來(lái)源區(qū)進(jìn)行了更為詳細(xì)的分區(qū)對(duì)比研究，并結(jié)合典型流域產(chǎn)沙及河道淤積歷史剖面分析，全面探討了入黃泥沙來(lái)源這一問(wèn)題。本項(xiàng)工作是在前人工作的基礎(chǔ)上取得的一個(gè)進(jìn)展。分析表明，７０年代以來(lái)由于水土保持工作的大規(guī)模開(kāi)展，黃河中游的粗泥沙明顯減少，但黃河中游地區(qū)仍是黃河主要的粗泥沙來(lái)源區(qū)，其中又以窟野河、皇甫川和無(wú)定河流域粗泥沙產(chǎn)量最大，占黃河中上游流域粗沙產(chǎn)量的８５％以上。這三個(gè)流域應(yīng)作為黃河中游水土保持的重點(diǎn)地區(qū)，并應(yīng)相應(yīng)提高該區(qū)域水保措施的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)來(lái)沙粒徑、輸沙模數(shù)、水土流失面積占流域面積的比例等指標(biāo)遴選出黃河粗泥沙集中來(lái)源區(qū)重點(diǎn)治理的支流。按水文站實(shí)測(cè)懸移質(zhì)粒徑粗細(xì)分析的重點(diǎn)支流的排序?yàn)?皇甫川、窟野河、禿尾河、佳蘆河、孤山川、無(wú)定河、延河和清澗河;根據(jù)各支流壩地淤積物鉆孔取樣分析的d≥0.10mm泥沙所占百分?jǐn)?shù)由大到小排序是:窟野河、皇甫川、清水川、孤山川、石馬川、禿尾河、無(wú)定河、佳蘆河、烏龍河、延河和北洛河;在此基礎(chǔ)上,再按粗泥沙輸沙模數(shù)大小最后遴選的重點(diǎn)治理支流的順序是:窟野河、皇甫川、清水川、禿尾河、孤山川、石馬川、佳蘆河、烏龍河、無(wú)定河。

來(lái)自黃河水利委員會(huì)等單位的最新研究成果——《黃河中游多沙粗沙區(qū)區(qū)域界定及產(chǎn)沙輸沙規(guī)律研究》表明：黃河中游7．86萬(wàn)平方千米的多沙粗沙區(qū)是造成黃河三門(mén)峽庫(kù)區(qū)和黃河下游淤積的主要泥沙來(lái)源區(qū)。該區(qū)域包括陜北、晉西、內(nèi)蒙古南部和甘肅東部的44個(gè)縣，其中55％的多沙區(qū)在陜西省。

本文首先討論了黃河粗泥沙界限的確定方法，認(rèn)為以下游淤積物中占多數(shù)的觀點(diǎn)來(lái)確定黃河粗泥沙粒徑界限較好，經(jīng)分析淤積物中００２５ｍｍ以上的泥沙占多數(shù)，００５ｍｍ以上的泥沙近半數(shù)；然后討論了中游多沙粗沙區(qū)區(qū)域界定的兩種方法，認(rèn)為指標(biāo)法能夠直觀反映出多沙粗沙區(qū)的位置；最后用００５ｍｍ和００２５ｍｍ兩種界限分析了多沙粗沙區(qū)面積，分別為８１５萬(wàn)ｋｍ２和６９９萬(wàn)ｋｍ２，兩者位置和面積比較接近，但在治理方略上有一定差異，前者強(qiáng)調(diào)治溝治基巖，后者強(qiáng)調(diào)溝坡兼治。

利用三角坐標(biāo)對(duì)黃河中游5條支流懸移質(zhì)顆粒級(jí)配資料進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)黃河中游的高含沙水流粒徑組成大致在如下范圍之內(nèi):0.010mm的粒徑占60%~90%。因各支流所在流域差異,使其高含沙水流的粒度組成也有所差異,但均集中于一定的粒徑配比范圍內(nèi)。

黃河中游粗泥沙集中來(lái)源區(qū)水土流失類(lèi)型多樣、侵蝕強(qiáng)度高、泥沙顆粒粗,按照不同治理區(qū)的自然環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征、水土流失特點(diǎn)和關(guān)鍵防治區(qū)段,借鑒區(qū)域典型流域水土流失防治的成功經(jīng)驗(yàn),緊緊圍繞有效控制和攔減入黃泥沙,特別是粗泥沙,充分利用洪沙資源,發(fā)展生產(chǎn),為區(qū)域能源開(kāi)發(fā)創(chuàng)造良好環(huán)境的要求,開(kāi)展了攔減黃河粗泥沙治理方向研究。

黃河中游粗泥沙集中來(lái)源區(qū)總面積18803km2,涉及陜西、內(nèi)蒙古兩省區(qū)的榆林、延安、鄂爾多斯3市共15個(gè)縣(旗、區(qū))的11條黃河支流。該區(qū)域可建治溝骨干工程1500座,建攔泥庫(kù)86座,治坡措施中可完成修梯田、造林、種草13162km2,三項(xiàng)措施的年攔泥沙量分別為1.63億、1.43億、1.54億t。實(shí)行以小流域?yàn)閱卧?、以支流為骨架統(tǒng)一規(guī)劃,統(tǒng)籌安排淤地壩(系)、攔泥庫(kù)、治坡措施及其他治理措施并實(shí)行不同措施的科學(xué)組合,能夠滿足黃河年減沙4.08億t的要求。

在黃河中游粗泥沙集中來(lái)源區(qū)界定研究的基礎(chǔ)上,基于數(shù)字高程模型、衛(wèi)星影像、電子地圖及有關(guān)研究成果,在地理信息系統(tǒng)軟件支持下,分析研究了窟野河、皇甫川、清水川等9條支流的特性。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為,支流內(nèi)上中下游、左右岸差異較大,從支流上游向下游坡度增大,治理措施密度減小,土壤抗蝕性增大;區(qū)域內(nèi)以自然侵蝕為主,侵蝕類(lèi)型總體表現(xiàn)以水蝕為主,有部分區(qū)域?yàn)樗g和風(fēng)蝕復(fù)合侵蝕,侵蝕等級(jí)從南向北遞增,治理難度相應(yīng)增大。

黃河中游粗泥沙集中來(lái)源區(qū)現(xiàn)狀治理措施年攔沙能力為1.03億t,占區(qū)域年泥沙流失量4.08億t的25.2%。其中:淤地壩(系)年攔沙能力為2757萬(wàn)t,占現(xiàn)狀措施年攔沙能力的26.8%;水庫(kù)年攔沙能力為2688萬(wàn)t,占現(xiàn)有措施年攔沙量的26.1%;治坡措施年攔沙能力為4842萬(wàn)t,占現(xiàn)狀措施年攔沙量的47.0%。