黃河中游多沙粗沙區(qū)水土保持減沙的近期趨勢及其成因

來源：水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)網(wǎng) 上傳日期:2018-07-23 打印本文章【字體】大中小

許炯心

（中國科學院地理科學與資源研究所）

摘要

本文以1950—1997年的長系列水文資料和面雨量資料，分析了黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間年輸沙量和年雨量的時間變化趨勢，發(fā)現(xiàn)在1970年以來多沙粗沙區(qū)入黃泥沙量減少的總體背景之上，出現(xiàn)了1986—1997年間入黃泥沙量增加的近期趨勢。這一增加趨勢，與20世紀80年代以后淤地壩修建量大為減少，70年代修建的筑地壩與攔沙庫已大部失效有密切關(guān)系。此外，90年代人為增沙量大幅度增加，已占水土保持減沙量的22%左右，部分抵消了水土保持措施的減沙效益，這也是90年代入黃泥沙增加的重要原因。文中并提出了若干對策建議。

關(guān)鍵詞：水土保持水沙變化黃河中游

黃河中游多沙粗沙是黃河流域的主要產(chǎn)沙區(qū)。如以河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間（以下簡稱河龍區(qū)間）代表這一地區(qū)，則其面積僅占全流域的14.8%，1950—1989年間的實測年沙量為9.08億t/a，占全河的55.7%。就對于黃河下游河道淤積影響最大的粗顆粒泥沙即大于0.05mm的泥沙而言，來自該區(qū)的粗泥沙占全河粗泥沙來量的73%[1]。因此，自從20世紀50年代末以來，國家一直將這一地區(qū)作為黃河流域水土流失的重點治理區(qū)，40余年來取得了十分顯著的成效，來自多沙粗沙區(qū)的入黃泥沙量大幅度減少。但是，我們在充分認識黃河中游多沙粗沙區(qū)水土保持減沙的成績及其對這一地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境建設(shè)乃至整個國民經(jīng)濟的戰(zhàn)略性作用的同時，也要充分認識水土保持的長期性，艱巨性和復雜性，因為這一地區(qū)位于由干旱向半干旱—半濕潤氣候的過渡區(qū)，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，人類活動對環(huán)境的壓力很大且日益增加。為此，我們應(yīng)該深入分析這一地區(qū)水土保持減沙的現(xiàn)狀和趨勢，發(fā)現(xiàn)深層次的問題，為進一步提高黃土高原水土保持減沙的有效性和可持續(xù)性，提供決策依據(jù)。

1．河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間水土保持減沙趨勢

1．1 降水量和入黃泥沙量的時間變化分析

為了揭示河龍區(qū)間入黃泥沙量的變化趨勢，我們在圖1中點繪了河龍區(qū)間入黃泥沙量（以龍門站年沙量與河口鎮(zhèn)站年沙量之差代表）的歷年變化。為了便于比較，圖中也點繪了河龍區(qū)間面平均雨量的歷年變化?？梢钥吹剑瑥?950年至1997年，河龍區(qū)間的入黃沙量呈明顯的減少趨勢，但具體而言，可以用3條直線來擬合。1970年以前，點子上下波動很大，但總體上并無明顯的單向變化趨勢。1970年至1986年，擬合直線的斜率很大，入黃泥沙量迅速減少，且年際間的波動幅度也減小。然而，值得注意的是，從1986年以來，擬合直線呈明顯的上升趨勢，說明入黃泥沙量有所增加。這一現(xiàn)象是值得人們充分注意的。

圖1 河龍區(qū)間入黃泥沙量（以龍門站年沙量與河鎮(zhèn)站年沙量之差代表）與面雨量的歷年變化 a. 實際值 b.標準化后

Fig.1 Temporal variation in the sediment produced from and the areal-averaged precipitation over the Hekouzhen-Longmen area of the middle Yellow River, based on actual (a) and standarderized (b) values

圖1中疊加的年降水量變化曲線表明，1950—1997年間河龍區(qū)間的年降水量呈減少的趨勢，說明降水特別是汛期降水的減少，是河龍區(qū)間入黃泥沙量減少的原因之一。值得注意的是，如果將降水曲線與沙量曲線比較，則可以發(fā)現(xiàn)，從1970年以來，降水在總體上是減少的，看不出從1970年至1986年減少而從1986年至1997年增加的趨勢。如果按年代計算沙量和降水量，則可以指出，20世紀80年代的平均沙量為3.72億t/a，90年代（1990—1997）增加為5.08億t/a，而80年代的年降水量平均為412.1mm，90年代為411.2mm，基本上持平。90年代以來多沙粗沙區(qū)入黃泥沙量明顯增加是值得人們充分注意的。

由于圖1中降水量和入黃沙量的單位不一樣，不能對于二者的變化斜率進行直接的比較。為此，我們對于數(shù)據(jù)進行了標準化，換算為0至1之間，將其歷年變化點繪在圖1b中，

可以分別用下列直線來擬合：

P = -0.0031T + 6.6579

Qs = -0.0034T + 6.8997

式中P為年降水，Qs為沙量，T為年份。可以看到，總體上降水曲線的斜率為-0.0031，沙量曲線的斜率為-0.0034，后者大于前者。如果分段考慮，則1970—1986年間，沙量曲線的斜率遠大于降水曲線，說明水土保持措施是使入黃泥沙減少的重要因素。然而，1986年以后，入黃泥沙曲線的斜率變?yōu)檎?，而降水曲線的斜率仍為負值。還可以看出，進行數(shù)據(jù)標準化以后，1986—1997年間入黃泥沙量的增加更為觸目。

1．2 年沙量與年雨量關(guān)系分析

為了進一步對于80年代和90年代進行比較，我們在圖2中點繪了河龍區(qū)間的入黃泥沙量與年降水量的關(guān)系，并以不同的符號區(qū)分不同時段的數(shù)據(jù)。圖中還給出了不同時期的擬合直線，并且計算出了回歸方程式?？梢钥吹剑泶笠?guī)模水土保持開展以前的基準期的1950—1969年間的回歸線位置最高。1970—1979年間的回歸線有所下降，但年沙量與年降水量之間的相關(guān)系數(shù)較低，說明二者的關(guān)系正在進行劇烈的調(diào)整。80年代的擬合直線向下方大幅度移動，說明在相同降雨條件下，入黃泥沙大幅度減少，水土保持已顯著生效。80年代回歸線延長后與基準期回歸線有一交點，與之對應(yīng)的年降水量為580mm左右，超過此點后，80年代回歸點即高于基準線，說明雨量很大時（通常是特大暴雨發(fā)生年份），減沙效益仍然十分有限。

值得注意的是，1990—1997年間的回歸直線與基準期1950—1969年間的直線幾乎重合（圖2b），說明這一階段中同雨量條件下的入黃泥沙量也基本相同，意味著水土保持的減沙效益明顯衰減。

圖2c中對于1980年—1989年和1990—1997年間的入黃泥沙量一年雨量關(guān)系進行了比較?？梢钥吹?，90年代的回歸直線位于80年代直線的上方，說明在相同的降雨條件下，入黃泥沙明顯增大。進一步分析還表明，80年代的點子與90年代的點子可以用一條直線分開，90年代的點子除1990年外，均位于該直線以上，而80年代的點子除1989年外，均位于該直線以下。

圖2河龍區(qū)間的入黃泥沙量與年降水量的關(guān)系

a. 1950-1997

b. 1950-1969, 1990-1997

c. 1980-1989,1990-1997

Fig.2 Relationships between the sediment supplied to the Yellow River and annual precipitation

a.1950-1997

b.1950-1969, 1990-1997

c.1980-1989,1990-1997

在本文以下各節(jié)中，我們將對河龍區(qū)間20世紀90年代減沙效益衰減的原因進行分析，并提出對策建議。

2．河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間90年代泥沙增多的原因分析

2． 1地壩減沙作用衰減

黃河流域的水土保持措施包括梯田、造林、種草和淤地壩等數(shù)種，減沙效益取決于這些措施的綜合作用，而減沙效益的持久程度則取決于各項措施的可持續(xù)性。

圖3a中依據(jù)第二期黃河水沙變化研究基金成果點繪了各年代以來各項水土保持措施的保存面積隨年代的變化[2]?？梢钥吹?，從70年代以來，造林、梯田的面積增加十分迅速，淤地壩形成的壩地面積的增加速率卻十分緩慢，增幅呈遞減趨勢。從1969年至1979年，壩地增加量為2.4萬hm2/a；從1979年至1989年，增量為1.7萬hm2/a；從1989年至1996年，增量僅為1.2萬hm2/a。圖3b中以第二期黃河水沙變化研究基金的研究成果中提供的數(shù)據(jù)[2]，點繪了各年代淤地壩減沙量的變化。可以看到，70年代中游地壩減沙達到高峰，此后則不斷衰減，成為制約多沙粗沙區(qū)水土保持減沙效益持續(xù)發(fā)揮的重要因素。

圖3 河龍區(qū)間各年代以來各項水土保持措施的保存面積隨年代的變化（a）和淤地壩減沙量的變化(b)

Fig.3 The decade variations in the areas of erosion control measures (a) and in the sediment trapped by the checkdams (b)

以往各家的研究成果都表明，在各項水土保持措施中，對減少入黃泥沙的貢獻率最大的是淤地壩攔沙。依據(jù)黃河水利科學研究院1999年6月關(guān)于黃河中游水土保持減水減沙作用分析的成果[3]，我們在圖4中點繪了不同措施的減沙量和對水土保持減沙量的貢獻率（以各措施減沙量占4項水土保持措施減沙量之總和的百分比來表示），并且在80年代和90年代之間進行了比較?？梢钥闯?，淤地壩對于入黃泥沙減少的貢獻率遠遠高于其他措施，80年代高達90.7%，90年代有所下降，但仍占70.8%，造林的貢獻率居第二位，梯田的貢獻率居第三位，種草的貢獻率最小。就各措施的減沙量而言，從80年代到90年代有所變化，淤地壩攔沙量由0.97億t/a下降為0.695億t/a；造林減少量由70年代的0.046億t/a，增加為0.171億t/a，增加的百分比很大，但絕對數(shù)量仍較小。因此，淤地壩攔沙的減少不足以為其他措施減沙量的增加所抵消，與80年代相比，90年代的水土保持措施合計減沙量由1.07億t/a減少為0.981億t/a。

圖4 河龍區(qū)間不同措施的減沙量(a)和對水土保持減沙量的貢獻率(b)

Fig.4 Sediment reduction by different erosion control measures (a) and their contributions to sediment reduction (b) of the Yellow River

陜西省水土保持局1993年曾對陜北淤地壩的數(shù)量和質(zhì)量進行過系統(tǒng)的調(diào)查研究。依據(jù)所獲數(shù)據(jù)，我們將陜北淤地壩數(shù)量的變化點繪在圖5a中?？梢钥吹?，從50年代至70年代，陜北大、中小型淤地壩數(shù)量都迅速增多，70年代達到最高峰。從70年代到80年代，除興修了93座骨干壩以外，新修淤地壩數(shù)量銳減。淤地壩的攔沙效益是隨時間而衰減的，其攔沙壽命僅為10年左右。70年代大量修建的淤地壩，70年代和80年代發(fā)揮了巨大效益。然而，由于80年代中修建的淤地壩甚少，70年代所建的淤地壩，到90年代初庫容淤損率達77%，大部分已被淤滿或成為病險壩，其攔沙有效性已大部分消失，無法再發(fā)揮攔沙效益，故90年代淤地壩攔沙量大幅度減少。從圖5b中可以看出，除了大型骨干壩質(zhì)量完好以外，其余壩型的質(zhì)量狀況是十分令人擔憂的。病壩、險壩和病險壩的總數(shù)達到75.8%，完好壩不足四分之一。修建淤地壩較多的子洲縣，1977年前建有淤地壩2007座，到1993年僅存968座；1994年8月的暴雨又破壞了其中的821座，使全縣可以發(fā)揮良好攔沙效益的淤地壩所剩無幾[3]。在這場暴雨中，無定河流域發(fā)生了3次洪水，沖毀淤地壩3432座，水庫8座，共產(chǎn)沙1.47億t，較80年代白家川水文站汛期平均沙量增加1億t以上，使該年白家川站汛期沙量高達2.034億t。在特大暴雨中淤地壩大量被洪水沖毀，還會使前期攔蓄的泥沙中，有一部分被“釋放”，使產(chǎn)沙量大幅度增加，1994年無定河洪水即是一例。

圖5陜北淤地壩數(shù)量的變化(a)和質(zhì)量狀況（b）

Fig.5 Temporal variation in the numbers of all types of checkdams (a) and their quality at present (b)

2． 2 人為增沙

人為增沙量是指人類活動所引起的土壤和地表物質(zhì)流失量，如陡坡開荒、毀林開荒、開礦、修路、建房等等。人為增沙量在50年代至70年代，主要表現(xiàn)為毀林開荒；80年代至90年代，則主要表現(xiàn)為開礦、修路等大規(guī)?；窘ㄔO(shè)。據(jù)調(diào)查[2]，由于開發(fā)煤田，晉陜晉接壤區(qū)棄土棄渣6300萬m3，開發(fā)初期10年，來自該區(qū)的入黃泥沙以每年31%的速度遞增。晉陜蒙接壤區(qū)因開礦直接破壞植被482.3km2，棄土棄渣3774.4萬m3。

黃河水沙變化基金第二期研究中，曾對人為增沙量進行了估算[7]，依據(jù)所獲成果，我們在圖7 中點繪了人為增沙量及人為增沙量與水土保持減沙量之比（以百分比計）的時間變化。可以看到，從70年代以來，人為增沙量和和人為增沙與水土保持減沙之比值均呈增加趨勢。在90年代中，人類增沙已相當于水土保持減沙量的22%，即將近22%的水土保持減沙效益已被人為增沙所抵消。這不能不引起人們的高度重視。

圖5 人為增沙量及人為增沙量與水土保持減沙量之比（以百分比計）的時間變化（人為增沙量數(shù)據(jù)據(jù)文獻[7]，水土保持減沙量數(shù)據(jù)據(jù)文獻[8]

Fig.5 The sediment yield increased by human activities such as road construction, coal mining, house building (a) and its ratio to the sediment reduction by erosion control measures (b)

3．結(jié)論與對策建議

本文以1950—1997年的長系列水文資料和面雨量資料，分析了黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間年輸沙量和年雨量的時間變化趨勢，發(fā)現(xiàn)在1970年以來多沙粗沙區(qū)入黃泥沙量減少的總體背景之上，還疊加著1986—1997年間入黃泥沙量增加的近期趨勢；與此同時，降水量并未增加。80年代和90年代（1990—1997年），河龍區(qū)間年降水量分別為412.1mm和411.2mm，基本上持平，而入黃泥沙量卻分別為3.722億t/a和5.081億t/a，90年代入黃泥沙具有明顯的增加趨勢。這一增加趨勢，與80年代以后淤地壩修建量大為減少，70年代修建的淤地壩與攔沙庫已大部失效有密切關(guān)系。由于淤地壩攔沙對于入黃泥沙減少的貢獻率高達70—90%，目前其他措施的貢獻率較小，故淤地壩、攔沙庫減沙作用的衰減，是90年代入黃泥沙量增加的主要因素。此外，90年代人為增沙量大幅度增加，已占水土保持減沙量的22%左右，部分抵消了水土保持措施的減沙效益，也是90年代入黃泥沙增加的重要原因。

基于本文的研究成果，我們提出如下對策建議：

3．1 重視淤地壩的后續(xù)建設(shè)，實現(xiàn)其攔沙作用的可持續(xù)性

淤地壩的減沙效益是依賴于時間，隨時間而衰減的，故就單個淤地壩而言，其攔沙效益是不可持續(xù)的。針對這一特點，應(yīng)該不斷進行后續(xù)淤地壩的建設(shè)，以空間上的可持續(xù)性來彌補單個淤地壩時間上的不可持續(xù)性。應(yīng)該進行完善的規(guī)劃，以骨干壩為重點，大、中、小配套，形成完整的體系；一次規(guī)劃，分期實施，在前一期淤地壩最佳攔沙期尚未過去時，即著手下一期淤地壩的施工，以實現(xiàn)“接力式”的、可持續(xù)的攔沙效益。要高度重視淤地壩的施工質(zhì)量與后期保護，延長其使用壽命。目前陜北一些地方所實行的淤地壩使用權(quán)拍賣的做法，對于實現(xiàn)淤地壩的有效管護，起到了良好作用，應(yīng)予以推廣。

3．2 造林種草不能代替淤地壩攔沙

黃土高原水土流失治理是一項長期、艱巨的任務(wù)，有賴于各項措施的綜合配套。從80年代到90年代，造林面積增加很快，造林的減沙效益迅速增加。隨著西部大開發(fā)的實施，在黃土高原生態(tài)環(huán)境建設(shè)中退耕還林還草已大規(guī)模開展，林草的措施受到前所未有的重視。與此同時，淤地壩的建設(shè)卻受到不同程度的忽視。由于黃土高原自然地理條件和土壤侵蝕過程的特殊性，林草措施不能代替淤地壩的攔沙作用。因為在這一地區(qū)，以重力侵蝕為主導的溝谷侵蝕所產(chǎn)生的泥沙量占總量的53.6%—93.2%，而坡面侵蝕僅占總侵蝕量的6.8%—46.4%，即以溝谷侵蝕為主[4]。目前，尚無經(jīng)濟可行的直接措施去控制溝谷重力侵蝕的發(fā)生，在很大程度上只能以淤地壩攔截溝谷侵蝕產(chǎn)生的泥沙。

很顯然，如果只強調(diào)坡面林草、梯田措施，最多只能控制入黃泥沙量的一半，這是遠遠不夠的，故在當前的西部大開發(fā)中退耕還林還草的同時，必須高度重視淤地壩的建設(shè)[5]，在經(jīng)費投入上予以保證，使之產(chǎn)生可持續(xù)的攔沙效益。溝道工程措施與坡面植物措施的有機結(jié)合與合理配套，是黃土高原水土保持的必由之路。

3．3 新增水土流失不容忽視

20世紀80年代到90年代，人為新增水土流失呈急劇增大態(tài)勢。隨著西部大開發(fā)的實施，基本建設(shè)的規(guī)模增大，勢必加劇人為水土流失。為此，必須嚴格執(zhí)行水土保持法，強化監(jiān)督預(yù)防，盡量減少和避免西部大開發(fā)基建工程的人為水土流失，使經(jīng)濟建設(shè)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。因為西部大開發(fā)的主要目標之一，正是搞好西部的生態(tài)環(huán)境建設(shè)，而生態(tài)環(huán)境建設(shè)的中心環(huán)節(jié)則是搞好水土保持。

參考文獻

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[2] 冉大川等. 黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間水土保持與水沙變化[M]. 鄭州：黃河水利出版社，2000年.

[3] 張勝利等. 黃河中游水土保持減水減沙作用分析[R].黃河水利科學研究院研究報告（ZX-9908-18）,1999年.

[4] 張勝利等. 黃河中游多沙粗沙區(qū)1994年暴雨后水利水土保持工程作用和問題的調(diào)查報告[R]. 黃河水利委員會中游調(diào)查組，1994.

[5] 唐克麗（主編）. 黃土高原地區(qū)土壤侵蝕區(qū)域特征及其防治途徑[M]. 北京：中國科學技術(shù)出版社，1990.

[6] 許炯心. 黃土高原生態(tài)環(huán)境建設(shè)的若干問題與研究需求，水土保持研究[J]，2000，7( 2): 10-13.

[7] 水利部黃河水沙變化研究基金會. 黃河水沙變化及其影響的綜合分析報告[A]. 見：汪崗, 范昭（主編），黃河水沙變化研究[C]，第二卷，黃河水利出版社，2002，1-106.

[8] 冉大川, 柳林旺, 趙力儀, 等. 河龍區(qū)間水土保持措施減水減沙作用分析[A]. 見：汪崗, 范昭（主編），黃河水沙變化研究[C]，第二卷，黃河水利出版社，2002，198-260.

RECENT TENDENCY OF SEDIMENT REDUCTION IN THE MIDDLE YELLOW RIVER AND SOME COUNTERMEASURES

Xu Jiongxin

(Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research,

Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)

Abstract

Based on the hydrometric and rainfall data in the period 1950-1997, this study deals with the temporal variation in sediment yield and precipitation in the drainage area fbetween Hekouzhen and Longmen, the coarse sediment producing area in the middle Yellow River. An increase in sediment yield in recent years from 1986 to 1997 has been found which is superposed on the long-term tendency since the 1970s. This can be related to the fact that most of the chekdams built in the 1970s and 1980s have been filled up and are no longer effective for sediment trapping. After 1980, few new checkdams have been built, and thus the sediment supplied to the Yellow River increases. Another cause for the recent increase in sediment yield is that the enhanced human activities such as road construction, coal mining, house building has increased erosion significantly. The increase of sediment thereby amounts to 22% of the sediment reduction by erosion control measures, partly offsetting the benefit induced by the latter. Some counter measures are suggested for sustainable sediment reduction in the Yellow River basin.

Keywords: Soil and Water conservation, Water and sediment change, The middle Yellow River

本工作為國家自然科學基金與黃河水利委員會聯(lián)合資助的重點項目（50239080）和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目（編號：G1999043604）項目成果。

作者簡介：許炯心（1948-），男，研究員，博士生導師。從事河流地貌研究工作。共發(fā)表論文140余篇，出版專著4部（含合著）。

E-mail：xujx@igsnrr.ac.cn

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