2005“模型黃土高原”建設(shè)的目標(biāo)和任務(wù)

來(lái)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

黃河上中游管理局李敏

2005年4月

從2003年底開(kāi)始，我局開(kāi)展了模型黃土高原建設(shè)的前期工作和部分項(xiàng)目的實(shí)施。2004年底黃委在西安召開(kāi)了模型黃土高原研討會(huì)，就模型黃土高原建設(shè)的思路、技術(shù)路線等征詢(xún)了有關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)和建議。2005年4月6日，黃委召開(kāi)模型黃土高原匯報(bào)會(huì)，就模型黃土高原建設(shè)的問(wèn)題進(jìn)行了深入的討論，提出了一些意見(jiàn)和建議。根據(jù)這些意見(jiàn)和建議，對(duì)模型黃土高原建設(shè)的目標(biāo)、任務(wù)等進(jìn)行了補(bǔ)充修改。

一、模型黃土高原建設(shè)的目標(biāo)與任務(wù)

（一）模型黃土高原的涵義

“模型黃土高原”是為研究黃土高原水土流失規(guī)律、水土保持治理模式和治理效益，借助實(shí)體模擬理論和技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和信息技術(shù)而構(gòu)建的高科技試驗(yàn)研究模型體系。

模型黃土高原通過(guò)野外原型小流域觀測(cè)，野外實(shí)體小流域模型和室內(nèi)比尺模型，全面、系統(tǒng)地反映黃土高原各自然因素及其相互間的關(guān)系，檢驗(yàn)各種治理措施的水土保持效果，為“數(shù)字黃土高原”工程建設(shè)提供物理參數(shù)，為各項(xiàng)水土保持建設(shè)和運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，為黃土高原治理開(kāi)發(fā)的重大決策提供科學(xué)依據(jù)。

（二）模型黃土高原建設(shè)的目標(biāo)

根據(jù)《“模型黃河”工程規(guī)劃》，“模型黃土高原”建設(shè)總的目標(biāo)是：在黃土高原地區(qū)選擇不同類(lèi)型區(qū)，構(gòu)建野外和室內(nèi)物理模型，開(kāi)發(fā)數(shù)學(xué)模型；探索水土流失規(guī)律；提出水土保持治理模式，研究水土保持效益。同時(shí)使模型成為治黃減沙的科研基地，成為國(guó)家研究土壤侵蝕與水土保持的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家級(jí)的水土保持高科技示范園。

（三）模型黃土高原建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)模型黃土高原建設(shè)的總體目標(biāo)，模型黃土高原建設(shè)主要由野外試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃褪覂?nèi)模型組成。具體包括三方面建設(shè)內(nèi)容：野外原型小流域觀測(cè)（簡(jiǎn)稱(chēng)“原型觀測(cè)”）、野外實(shí)體小流域模型（簡(jiǎn)稱(chēng)“實(shí)體模型”）、室內(nèi)比尺模型（簡(jiǎn)稱(chēng)“比尺模型”）。

1、原型觀測(cè)

原型觀測(cè)是在黃土高原不同類(lèi)型區(qū)選擇有代表性的小流域，布設(shè)水文、氣象和水土保持觀測(cè)設(shè)施，采集天然降雨條件下的水土流失和水土保持相關(guān)數(shù)據(jù)而建立的野外物理模型。概況的說(shuō)，原型觀測(cè)就是“天然降雨＋天然下墊面”。

2、實(shí)體模型

實(shí)體模型是在黃土高原不同類(lèi)型區(qū)選擇有代表性的小流域，布設(shè)水文、水土保持觀測(cè)設(shè)施，采用人工降雨試驗(yàn)手段，采集水土流失和水土保持相關(guān)數(shù)據(jù)而建立的野外物理模型。從研究水土流失規(guī)律方面，實(shí)體模型是揭示水土流失機(jī)理的不可缺少的組成部分；從黃土高原有效降雨較少方面，實(shí)體模型是原型觀測(cè)的補(bǔ)充。該模型的面積擬選擇0.1-1km2左右。概況的說(shuō)，實(shí)體模型就是“人工降雨＋天然下墊面”。

3、比尺模型

比尺模型就是室內(nèi)（實(shí)驗(yàn)室）物理模型，也就是將野外某一典型小流域或區(qū)域，按照一定比例縮小，建成物理模型放到實(shí)驗(yàn)室。其特點(diǎn)是人工模擬降雨（人工模擬降雨系統(tǒng)）再加上人工模擬的地形地貌（人工地形模型）。概況的說(shuō)，比尺模型就是“人工降雨＋人工下墊面”。

原型觀測(cè)、實(shí)體模型和比尺模型構(gòu)成“模型黃土高原”的有機(jī)整體，三者功能不同，相互聯(lián)系，相互印證，相互補(bǔ)充。

（四）模型黃土高原建設(shè)的技術(shù)路線

黃土高原面積廣大，千溝萬(wàn)壑，包括13個(gè)水土流失類(lèi)型區(qū)，水土流失類(lèi)型復(fù)雜多樣，涉及多種氣候和植被類(lèi)型，經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件各地差異巨大。錯(cuò)綜復(fù)雜的自然條件很難準(zhǔn)確、全面地模擬。不可能將其作為一個(gè)整體建立模型，進(jìn)行研究。為了探索黃土高原的水土流失規(guī)律，研究水土保持治理模式和效益，首先必須在不同類(lèi)型區(qū)選擇典型，建立模型，研究水土流失和水土保持的機(jī)理，然后通過(guò)擴(kuò)大試驗(yàn)區(qū)，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，將模型外延，進(jìn)而建立黃土高原模型群（體系）。

通過(guò)建立野外不同空間尺度的天然降雨原型小流域觀測(cè)、建立野外人工降雨實(shí)體小流域模型和室內(nèi)人工降雨比尺模型，結(jié)合遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)，采用實(shí)體模擬理論和技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和信息技術(shù)，把水土流失和水土保持重大的理論與技術(shù)問(wèn)題體現(xiàn)在相關(guān)物理模型上，通過(guò)對(duì)物理模型的試驗(yàn)（復(fù)演、模擬、試驗(yàn)）與觀測(cè)，研究解決這些問(wèn)題的理論和方法。

由于小流域土壤侵蝕機(jī)理和過(guò)程十分復(fù)雜，為了保證模型建設(shè)和試驗(yàn)研究的順利實(shí)施，實(shí)體模型建設(shè)的思路是：先簡(jiǎn)單，后復(fù)雜，從小到大，循序漸進(jìn)，逐步實(shí)施。先建立小區(qū)單因子試驗(yàn)區(qū)，再建立全坡面試驗(yàn)區(qū)，然后建立微集水區(qū)（微流域）多因子試驗(yàn)區(qū)，最后建立實(shí)體小流域多因子、非線性試驗(yàn)區(qū)。

模型黃土高原建設(shè)是一項(xiàng)前無(wú)古人的事業(yè)，工作難度大，挑戰(zhàn)性強(qiáng)，為能使項(xiàng)目建設(shè)順利進(jìn)行，達(dá)到預(yù)期目的，采取邊建設(shè)，邊試驗(yàn)，實(shí)施“三步走”的戰(zhàn)略：

（1）探索試驗(yàn)階段

搞好“模型黃土高原”建設(shè)論證和規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，確定合理的試驗(yàn)研究技術(shù)路線，促使早日立項(xiàng)。

（2）全面實(shí)施階段

根據(jù)項(xiàng)目試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)，全面開(kāi)展實(shí)體模型的高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，使湫溝試驗(yàn)區(qū)滿(mǎn)足進(jìn)行水土流失規(guī)律、水土保持治理模式、水土保持效益試驗(yàn)研究的所有條件。

（3）正常的試驗(yàn)階段和推廣階段

全面開(kāi)展水土流失規(guī)律及效益試驗(yàn)研究，并在黃土高原地區(qū)進(jìn)行土壤侵蝕模型的驗(yàn)證及參數(shù)修正，并在其他類(lèi)型區(qū)進(jìn)行推廣。

二、近期需要開(kāi)展的工作

1、編制模型黃土高原建設(shè)可行性研究報(bào)告

在前期工作方面，將根據(jù)《模型黃河工程規(guī)劃》，編制《模型黃土高原建設(shè)可行性研究報(bào)告》，以便列入計(jì)劃，按照基本建設(shè)程序?qū)嵤?/DIV>

2、開(kāi)展實(shí)體模型研究工作

聯(lián)合有關(guān)科研單位，開(kāi)展水土流失規(guī)律的物理模型和數(shù)學(xué)模型構(gòu)建的研究，開(kāi)展大型人工降雨裝置，以及傳感裝置、數(shù)據(jù)傳輸方式的研究。

3、調(diào)研收集國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水土保持物理模型和數(shù)學(xué)模型

調(diào)研收集國(guó)內(nèi)外不同研究資料、不同區(qū)域模型，進(jìn)行分析、預(yù)研，借鑒國(guó)內(nèi)外的研究成果，探索適合黃土高原水土流失規(guī)律的模型。

4、全面加強(qiáng)原型觀測(cè)，完成歷史資料整編

按照黃委2004年下達(dá)的計(jì)劃，完成原型觀測(cè)測(cè)站的建設(shè)，開(kāi)展原型觀測(cè)工作。西峰站完成原型觀測(cè)自動(dòng)化裝置安裝。三站完成歷史資料的整編工作。

5、開(kāi)展專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)

模型黃土高原建設(shè)涉及水文學(xué)、水力學(xué)、水土保持學(xué)，以及氣象學(xué)、土壤學(xué)、植物學(xué)、生態(tài)學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科。為了能夠完成模型黃土高原建設(shè)和研究，需要開(kāi)展專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)包括專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)、專(zhuān)題講座、學(xué)術(shù)討論和國(guó)內(nèi)外考察培訓(xùn)。

三、一期工程建設(shè)任務(wù)

由于模型黃土高原是一項(xiàng)前無(wú)古人的事業(yè)，又是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，其中有很多懸而未決，甚至是有爭(zhēng)議的課題，為了使模型黃土高原建設(shè)與研究順利實(shí)施，計(jì)劃將模型黃土高原建設(shè)項(xiàng)目分期實(shí)施。一期工程首先建設(shè)以徑流小區(qū)為主、人工降雨為實(shí)驗(yàn)手段的物理模型體系，完善原型觀測(cè)系統(tǒng)，以及實(shí)體小流域模型建設(shè)的前期工作。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展以水土流失規(guī)律為主的科學(xué)研究，初步建立以徑流小區(qū)數(shù)據(jù)支持的土壤侵蝕數(shù)學(xué)模型和小流域水沙模型，為模型黃土高原的二期工程建設(shè)提供技術(shù)支撐。

四、需要探索論證的問(wèn)題

1、模型黃土高原與黃土高原治理重點(diǎn)區(qū)域相結(jié)合的問(wèn)題

今年，黃委提出黃土高原治理的重點(diǎn)是1.88萬(wàn)km2的粗泥沙集中來(lái)源區(qū)。模型黃土高原應(yīng)當(dāng)為這一區(qū)域的科學(xué)治理提供技術(shù)支撐。下一步需要在這一區(qū)域選擇實(shí)驗(yàn)區(qū)，開(kāi)展粗泥沙治理區(qū)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究。

2、模型黃土高原建設(shè)與研究的關(guān)系問(wèn)題

目前開(kāi)展的模型黃土高原建設(shè)，主要是指模型黃土高原的物理模型體系（群）的建設(shè)，這一模型體系是為掌握黃土高原的自然特性，研究治理黃土高原技術(shù)問(wèn)題等而建立實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。在近期，模型黃土高原研究的內(nèi)容主要涉及模型黃土高原物理模型體系建立的技術(shù)問(wèn)題，基本不包括水土流失預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型的構(gòu)建和水土保持重大技術(shù)問(wèn)題的研究。

3、模型黃土高原物理模型體系建設(shè)問(wèn)題

“模型黃土高原”在《“模型黃河”工程規(guī)劃》中是“黃土高原模型”。以后之所以稱(chēng)為“模型黃土高原”，是因?yàn)辄S土高原的模型與“河道模型”、“水庫(kù)模型”等存在性質(zhì)上的差異。目前建設(shè)的黃土高原模型包括原型觀測(cè)、實(shí)體模型、比尺模型三部分，這三部分各有特點(diǎn)，各成體系，又互相關(guān)聯(lián)。為了科學(xué)合理地表述這一模型黃河重要組成部分的屬性和特點(diǎn)，目前稱(chēng)為“模型黃土高原”。

組成模型黃土高原物理模型體系的三部分中，原型觀測(cè)在技術(shù)上最傳統(tǒng)，由于黃土高原天然降雨有限，且天然降雨在空間和時(shí)間上的隨機(jī)性，使原型觀測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量基本“靠天吃飯”；實(shí)體模型在技術(shù)上較先進(jìn)，實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)度和精度可以有效控制，需要論證和研制大規(guī)模人工降雨裝置和微型傳感器；比尺模型在技術(shù)上最復(fù)雜，相似性模擬理論、實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)等需要探索研究。

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