汪習軍  (黃委會水土保持局)

    黃河之患，患在泥沙；泥沙之禍，根在粗沙。減少黃河泥沙，特別是粗泥沙，是維持黃河健康生命，實現(xiàn)黃河長治久安的治本之策。

    黃河是世界大江大河中輸沙量最大、水流含沙量最高的河流。據(jù)1919～1969年實測資料分析，黃河三門峽（陜縣）站多年平均輸沙量約16億t，多年平均含沙量35kg/m³，實測最大含沙量911kg/m³（1977年），其中約1/4淤積在下游河道，使黃河下游河道成為舉世聞名的“地上懸河”。近20年來，由于自然因素和人類活動因素共同的影響，使得進入黃河下游河道的水沙關系更不協(xié)調(diào)，造成主河槽泥沙淤積加重，“二級懸河”突出，呈現(xiàn)出“槽高于灘，灘又高于背河地面”的局面（見圖1）。由于主河槽已呈“淺碟子”狀，且河道橫比降大于縱比降，即使發(fā)生中小洪水，主槽也難以容納，出槽后必然造成重大河勢變化，極易出現(xiàn)“橫河”、“斜河”和“滾河”，增大了堤防沖決和潰決的危險。

圖1  “二級懸河”示意圖

 

據(jù)斷面法實測分析，1950～1998年黃河下游鐵謝至利津河段共淤積泥沙92億t。經(jīng)對1998～2004年6次鉆孔取樣資料分析，黃河下游河道主槽淤積物中，d≥0.05mm的粗泥沙占了三分之二（見表1），可以說，粗泥沙是導致河床淤積抬高的根本原因，如果控制了粗泥沙就會大大減緩黃河下游河道主槽淤積。

 

表1  黃河下游淤積物粒徑組成分析

   

    因此，科學分析黃河下游河道淤積物的組成、準確界定其來源、研究制定治理方略，成為減少入黃泥沙特別是粗泥沙，維持黃河健康生命所面臨的重大課題。

早在20世紀50、60年代，錢寧等老一輩泥沙專家就認識到黃河中游多沙粗沙區(qū)的洪水所攜帶的泥沙是造成黃河下游河道淤積的主要來源，并提出了多沙粗沙區(qū)的初步成果。1996年黃委會組織國內(nèi)有關單位，開展了“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”，以0.05mm為粗泥沙界限，以全沙輸沙模數(shù)5000t/(km²·a)，粗泥沙輸沙模數(shù)1300t/(km²·a)為指標，界定出黃河中游多沙粗沙區(qū)面積為7.86萬km²，該面積占黃河上中游集水面積的11.2%，可產(chǎn)生的泥沙占全河輸沙量的62.8%（11.82/18.81億噸），產(chǎn)生d≥0.05mm的粗泥沙量占黃河總粗泥沙量的72.5%（3.19/4.40億噸）。黃河水利委員會根據(jù)該成果，在2002年國務院批復的“黃河近期重點治理開發(fā)規(guī)劃”中對該區(qū)的水土保持工作進行了規(guī)劃安排。然而，相對于國家的投資能力和實際投資力度，7.86萬km²仍然偏大，在該區(qū)采用低投入、小規(guī)模的治理，對減緩下游河道的淤積難以發(fā)揮明顯效果。在國家當前投資條件下，宜按照“先粗后細”的策略，對多沙粗沙區(qū)分步治理，因此,找出多沙粗沙區(qū)中對黃河淤積影響最大的粗泥沙集中來源區(qū)十分必要。2004年，黃委會組織國內(nèi)有關單位，展開了黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)界定研究。

1.淤積物粒徑分析

（1）三門峽庫區(qū)淤積物粒徑分析

表2  1960-2003年三門峽庫區(qū)淤積物粒徑分析表

   

    利用淤積物鉆孔取樣資料分析結果表明，三門峽庫區(qū)淤積物中，d≥0.05mm和0.1mm的泥沙分別占48.1%和24.0%，（見表2）。水庫主槽淤積物中d≥0.05mm的占66.2%，d≥0.10mm的占37.6%，由此可見，粗泥沙對水庫槽庫容的危害大于對灘庫容的危害。

（2）下游河道淤積物粒徑分析

根據(jù)1999年汛前黃河下游鐵謝～利津區(qū)間31個斷面，1950＿1960年（無三門峽水庫影響）“天然”水沙情況下，下游河道桃花峪～艾山主槽淤積物中d≥0.05mm的占77.7%，d≥0.10mm的占47.5%。鐵謝～利津主槽淤積物中d≥0.05mm的占76.1%，d≥0.10mm的占50.7%，見表3。

表3  黃河下游不同時段各級泥沙淤積分析

時段

部位

桃花峪～艾山

鐵謝～利津

總淤積量(億t)

大于某粒徑級（mm）的百分數(shù)（%）

總淤積量(億t)

大于某粒徑級（mm）的百分數(shù)（%）

0.01

0.025

0.05

0.1

0.25

0.01

0.025

0.05

0.1

0.25

1950.7

～

1960.6

主槽

5.6

95.5

89.9

77.1

47.5

5.1

8.2

94.9

88.5

76.1

50.7

10.4

灘地

21.2

88.6

71

41.3

12

1.4

27.9

88.6

71.2

41.5

12.6

2

全斷面

26.8

90.1

75

48.8

19.5

2.2

36.1

90

75.1

49.3

21.2

3.9

1960.7

～

1999.10

主槽

17.45

93.1

80

56.3

27.2

1.6

21.64

91.6

76.8

51.5

20.4

0.3

灘地

26.65

89

71.4

41.7

12.3

1.5

35.75

89.2

72.1

42.8

14.1

2.7

全斷面

44.1

90.6

74.8

47.5

18.2

1.5

57.39

90.1

73.8

46.1

16.5

1.8

（3）黃河下游各級泥沙淤積比分析

    利用水文站懸移質輸沙量，小浪底～利津區(qū)間1960～2003年全沙及d≥0.025mm、0.05mm、0.10mm、0.25mm和0.5mm的泥沙淤積比分別為24.9%、33.5%、44.1%、83.1%、91.0%和100%。由此看出，隨著粒徑的變粗，淤積比逐漸增大，并且0.1mm以上泥沙淤積比較0.05mm以上泥沙淤積比大39個百分點。

綜合上述分析，無論三門峽庫區(qū)，還是下游河道，泥沙愈粗，淤積比愈大。綜合已有研究成果和本次研究判斷，確定d≥0.10mm的粗泥沙對黃河淤積影響最大，作為界定指標。

（1）地質地貌分析判定

    在區(qū)域地質構造、地形地貌、地層巖性宏觀判析的基礎上，綜合溝壑密度、基巖、土壤、氣象水文和侵蝕產(chǎn)沙營力等因素的基礎上認為，在多沙粗沙區(qū)中，由黃河沿岸向西，由南向北，黃土和基巖的侵蝕性增大；由南向北，黃土顆粒變粗、結構逐漸疏松、溝壑密度逐漸增大、地形破碎、因而侵蝕愈強烈。多沙粗沙區(qū)吳旗－志丹－延安－延長以北，東勝－準格爾－清水河以南，吳旗－榆林－神木－大柳塔一線以東（風沙區(qū)以東）至晉西北黃河沿岸的范圍是侵蝕最為嚴重的地區(qū)（見圖2），也是粗泥沙集中區(qū)的宏觀待選范圍，應在此范圍內(nèi)再進一步確定粗泥沙集中來源區(qū)。

圖2   黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)地質地貌分析趨勢圖

（2）淤積物鉆勘取樣分析判定

    根據(jù)坡面、易發(fā)生重力侵蝕部位和壩地淤積物取樣分析發(fā)現(xiàn)，在取樣區(qū)不管是中數(shù)粒徑、還是淤積物平均粒徑以及粒徑大于0.1mm所占百分數(shù)等空間變化趨勢表明，其值均有由東南向西北逐漸變粗的趨勢（見圖3）。

 

 

圖3 黃河中游嚴重水土流失區(qū)壩地淤積物中數(shù)粒徑（mm）變化趨勢圖

    上述兩項研究表明，在多沙粗沙區(qū)中，地質地貌分析認為越向西北侵蝕模數(shù)越大，壩地淤積物鉆孔取樣資料表明，越向西北粒徑越粗，這就充分說明粗泥沙集中來源區(qū)應在多沙粗沙區(qū)的北中部。

（3）輸沙模數(shù)指標界定

    通過產(chǎn)沙面積與產(chǎn)沙量的比較分析，選定以0.1mm的粗泥沙輸沙模數(shù)1400t/km²·a為指標，界定出黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)面積為1.88萬km²（見圖4）。

 

圖4    黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)分布圖

    在黃河中游呈一“品”字形，主要由三塊組成，一塊分布在皇甫川至佳蘆河區(qū)間，第二塊分布在無定河支流蘆河、大理河，上游地區(qū)，還有一塊分布在無定河下游。共涉及皇甫川、窟野河、禿尾河、無定河等11條支流，具體支流及涉及縣（旗、區(qū)）見表4。

表4  黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)各支流分縣面積統(tǒng)計表   單位：km²

編號

河名

流域

面積

粗泥沙集中來源區(qū)面積

涉及縣和面積

1

黃甫川

3246

3195

達旗（4）、準旗（2779）、府谷（412）

2

清水川

883

881

準旗（319）、府谷（562）

3

窟野河

8706

4001

準旗（841）、伊旗（352）、神木（2341）、府谷（467）

4

禿尾河

3294

1088

神木（513）、榆陽區(qū)（351）、佳縣（224）

5

佳蘆河

1134

932

榆陽區(qū)（130）、佳縣（802）

6

無定河

30261

5253

安塞（162）、橫山（431）、佳縣（37）、靖邊（1354）、米脂（157）、清澗（728）、綏德（1024）、榆陽區(qū)（678）、子長（285）、子洲（397）

7

石馬川

243

241

神木（4）、府谷（237）

8

孤山川

1272

1268

準旗（256）、府谷（1012）

9

烏龍河

377

101

佳縣（81）、米脂（20）

10

清澗河

4080

30

清澗（11）、子長（7）、安塞（12）

11

延  河

7687

235

安塞（136）、靖邊（99）

支流小計

49416

17225

　

其   它

 

1578

　

合   計

 

18803

　

 

    該區(qū)面積僅占黃河中游多沙粗沙區(qū)面積（1.88/7.86）的23.9%，可產(chǎn)生的泥沙達4.08億t，占多沙粗沙區(qū)產(chǎn)沙量（4.08/11.82）的34.5%，產(chǎn)生大于0.1mm的粗泥沙量高達0.61億t，占多沙粗沙區(qū)相應輸沙量（0.89億t）的68.5%（見圖5）?？梢娫搮^(qū)是粗泥沙集中來源區(qū)，也是對黃河影響最嚴重的區(qū)域。加強該區(qū)的治理，會對黃河的安瀾產(chǎn)生重大而深刻的影響。

　

圖5  黃河中游粗泥沙集中來源區(qū)在黃河中游多沙粗沙區(qū)的產(chǎn)沙地位分析

    1.粗沙集中來源區(qū)侵蝕環(huán)境及產(chǎn)沙特點

侵蝕環(huán)境是指因侵蝕而造成的特有的侵蝕景觀和生態(tài)系統(tǒng)。粗泥沙集中來源區(qū)主要位于丘陵溝壑區(qū)，其侵蝕景觀表現(xiàn)為丘陵起伏、千溝萬壑的侵蝕地貌；植被稀疏、切剖破碎、光禿裸露的地面；大面積失去植被保護的深厚的黃土或易風化侵蝕的泥質沙巖地層；大面積肥力瘠薄、生產(chǎn)力低下、水土流失嚴重的陡坡耕地?？傮w景觀構成水土資源衰減，能量、物質循環(huán)失調(diào)，旱、澇災害加劇的退化生態(tài)系統(tǒng)。侵蝕產(chǎn)沙特點為：

     該區(qū)是黃河流域土壤侵蝕最集中、侵蝕強度最高的地區(qū)。黃河流域黃土高原土壤侵蝕面積45.4萬km²，平均侵蝕模數(shù)3500 t/km²·a左右，其中有劇烈侵蝕面積2.94萬km²。而粗泥沙集中來源區(qū)平均侵蝕模數(shù)高達2.17萬t/km²·a，全部為劇烈侵蝕面積，占到黃河流域黃土高原劇烈侵蝕面積的64%?？咭昂酉掠蔚炔糠值胤角治g模數(shù)高達3～5萬t/km²·a，為世界之最。

    據(jù)相關實測資料，該區(qū)土壤侵蝕產(chǎn)沙多集中在汛期（6～9月），約占全年的60～90%。來沙又往往集中于幾場大的暴雨洪水，許多地方一次暴雨的侵蝕量占全年總侵蝕量的60%以上，部分地方可達到70%～80%。

    該區(qū)溝道侵蝕主要表現(xiàn)為溝底下切、溝岸擴張、溝頭前進等幾種形式。強烈的水土流失，特別是溝蝕，把地面切割得支離破碎、千溝萬壑。全區(qū)長度大于0.5km的溝道達1萬多條。區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)溝頭平均每年前進1～3m，有的地方一次暴雨就使溝頭前進20～30m，甚至達到100m以上。

千溝萬壑的地形地貌，崩塌、滑塌、瀉溜等重力侵蝕十分活躍，使溝壑成為泥沙的主要來源地。據(jù)有關研究成果，該區(qū)溝谷面積占總面積的45～55%，而產(chǎn)沙量卻占50～70%（見表5）。

表5典型小流域產(chǎn)沙情況表

流 域

地區(qū)

類型區(qū)

溝間地（%）

溝谷地（%）

面積

產(chǎn)沙量

面積

產(chǎn)沙量

韭 園 溝

陜西綏德

丘陵溝壑區(qū)

44.2

30.2

55.8

69.8

趙 家 溝

陜西清澗

丘陵溝壑區(qū)

53.0

27.3

47.0

72.7

 

    主要治理目標：根據(jù)本區(qū)域的水土流失特點和治黃減沙的需要，確定以支流為單元建成完善的溝道攔沙工程體系，粗泥沙集中區(qū)控制面積達60%以上，每年減少入黃泥沙達到2.50億t左右為該區(qū)治理目標。

   治理思路是：以持續(xù)、快速減少黃河泥沙，特別是粗泥沙，促進粗泥沙集中來源區(qū)生態(tài)環(huán)境整體改善和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展為目標，按照“先粗后細”的治理順序，加大淤地壩工程建設力度，合理布設攔泥庫，配合以生態(tài)修復為主的小流域綜合治理措施，建立攔截粗泥沙的第一道防線，以改善的水沙環(huán)境和水土資源的科學利用維系良好的生態(tài)環(huán)境。

   在建設基本單元上，以支流為單元，遵循其水土流失發(fā)生發(fā)展，表現(xiàn)形式，危害程度等規(guī)律；根據(jù)當?shù)刈匀?、?jīng)濟、社會、文化、人口等綜合因素，進行水土保持生態(tài)建設規(guī)劃，根據(jù)上、中、下游不同區(qū)域的地質、地貌、水文等條件，不同侵蝕特點，正確處理上下游、左右岸、干支流之間的關系，以攔減泥沙，淤地造田，合理利用水資源為目的，水土保持工程與水利工程相結合，攔泥防洪與水資源利用相結合，淤地壩建設與大型攔泥庫相結合，人工治理與自然恢復相結合，建設以淤地壩為主體，坡面工程、植被工程、農(nóng)業(yè)耕作工程相結合的綜合防護體系，實現(xiàn)減少入黃泥沙、改善生態(tài)環(huán)境和發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟的目標。　

   在生態(tài)建設整體戰(zhàn)略上，實施“以溝促坡，以坡保溝”的基本方略，即針對粗沙集中來源區(qū)重力侵蝕嚴重和溝道產(chǎn)沙為主的基本特點，根據(jù)黃河減沙的實際需要，把溝道攔沙工程體系建設作為粗沙集中來源區(qū)生態(tài)建設長遠發(fā)展的第一步，淤積溝床，抬高侵蝕基準面，穩(wěn)定溝坡，有效遏制溝岸擴張、溝底下切和溝頭前進，減輕溝道侵蝕，把泥沙攔截在千溝萬壑之中，實現(xiàn)高效、快速減少黃河泥沙，特別是粗泥沙的目標。同時，通過溝道攔沙工程體系淤地造田和調(diào)蓄水資源的功能，營造高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基本農(nóng)田，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境提供必需水資源，解決農(nóng)民基本生計問題，為坡面治理創(chuàng)造條件。在此基礎上，調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構，擴大植被建設，加強坡面治理，減少坡面產(chǎn)沙對溝道攔沙工程的壓力，延長溝道攔沙工程體系的使用壽命，增加溝道攔沙工程體系的防護效益。二者的合理配置，形成溝坡結合的綜合防護體系，促進治理區(qū)壩庫工程、生態(tài)農(nóng)業(yè)和植被建造三者協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的整體改善。

    在工程體系布局上，實施“小流域淤地壩體系＋大型攔泥庫的工程布局”，以重點支流為單元，科學規(guī)劃，在支、毛溝內(nèi)合理布設由治溝骨干工程、淤地壩和塘壩（小水庫）等不同用途的溝道壩庫工程，組成有整體防護功能的小流域溝道工程體系，滯洪攔泥、發(fā)展生產(chǎn)、防洪保收，實現(xiàn)千溝萬壑就地攔沙，促進水土資源的合理利用。在干流上因地置宜地配置攔泥庫，攔泥庫單壩控制面積大、攔泥效益高、數(shù)量少，主要布設在不宜布設骨干工程、淤地壩和塘壩等小型工程的較大支溝和干溝上，控制淤地壩無法控制的更多產(chǎn)沙面積，同時，保護其涉及范圍內(nèi)的小流域溝道工程體系，保證工程體系安全，實現(xiàn)大區(qū)域的持續(xù)減沙。