2005“模型黄土高原”建设的目标和任务
来源： 水土保持生态环境建设网 上传日期:2018-07-23 打印本文章 【字体】 大 中 小黄河上中游管理局 李敏
2005年4月
从2003年底开始，我局开展了模型黄土高原建设的前期工作和部分项目的实施。2004年底黄委在西安召开了模型黄土高原研讨会，就模型黄土高原建设的思路、技术路线等征询了有关专家的意见和建议。2005年4月6日，黄委召开模型黄土高原汇报会，就模型黄土高原建设的问题进行了深入的讨论，提出了一些意见和建议。根据这些意见和建议，对模型黄土高原建设的目标、任务等进行了补充修改。
一、模型黄土高原建设的目标与任务
（一）模型黄土高原的涵义
“模型黄土高原”是为研究黄土高原水土流失规律、水土保持治理模式和治理效益，借助实体模拟理论和技术、测控技术和信息技术而构建的高科技试验研究模型体系。
模型黄土高原通过野外原型小流域观测，野外实体小流域模型和室内比尺模型，全面、系统地反映黄土高原各自然因素及其相互间的关系，检验各种治理措施的水土保持效果，为“数字黄土高原”工程建设提供物理参数，为各项水土保持建设和运行提供强有力的技术支撑，为黄土高原治理开发的重大决策提供科学依据。
（二）模型黄土高原建设的目标
根据《“模型黄河”工程规划》，“模型黄土高原”建设总的目标是：在黄土高原地区选择不同类型区，构建野外和室内物理模型，开发数学模型；探索水土流失规律；提出水土保持治理模式，研究水土保持效益。同时使模型成为治黄减沙的科研基地，成为国家研究土壤侵蚀与水土保持的开放性实验室和国家级的水土保持高科技示范园。
（三）模型黄土高原建设内容
根据模型黄土高原建设的总体目标，模型黄土高原建设主要由野外试验模型和室内模型组成。具体包括三方面建设内容：野外原型小流域观测（简称“原型观测”）、野外实体小流域模型（简称“实体模型”）、室内比尺模型（简称“比尺模型”）。
1、原型观测
原型观测是在黄土高原不同类型区选择有代表性的小流域，布设水文、气象和水土保持观测设施，采集天然降雨条件下的水土流失和水土保持相关数据而建立的野外物理模型。概况的说，原型观测就是“天然降雨＋天然下垫面”。
2、实体模型
实体模型是在黄土高原不同类型区选择有代表性的小流域，布设水文、水土保持观测设施，采用人工降雨试验手段，采集水土流失和水土保持相关数据而建立的野外物理模型。从研究水土流失规律方面，实体模型是揭示水土流失机理的不可缺少的组成部分；从黄土高原有效降雨较少方面，实体模型是原型观测的补充。该模型的面积拟选择0.1-1km2左右。概况的说，实体模型就是“人工降雨＋天然下垫面”。
3、比尺模型
比尺模型就是室内（实验室）物理模型，也就是将野外某一典型小流域或区域，按照一定比例缩小，建成物理模型放到实验室。其特点是人工模拟降雨（人工模拟降雨系统）再加上人工模拟的地形地貌（人工地形模型）。概况的说，比尺模型就是“人工降雨＋人工下垫面”。
原型观测、实体模型和比尺模型构成“模型黄土高原”的有机整体，三者功能不同，相互联系，相互印证，相互补充。
（四）模型黄土高原建设的技术路线
黄土高原面积广大，千沟万壑，包括13个水土流失类型区，水土流失类型复杂多样，涉及多种气候和植被类型，经济社会条件各地差异巨大。错综复杂的自然条件很难准确、全面地模拟。不可能将其作为一个整体建立模型，进行研究。为了探索黄土高原的水土流失规律，研究水土保持治理模式和效益，首先必须在不同类型区选择典型，建立模型，研究水土流失和水土保持的机理，然后通过扩大试验区，采集相关数据，将模型外延，进而建立黄土高原模型群（体系）。
通过建立野外不同空间尺度的天然降雨原型小流域观测、建立野外人工降雨实体小流域模型和室内人工降雨比尺模型，结合遥感技术和地理信息系统，采用实体模拟理论和技术、测控技术和信息技术，把水土流失和水土保持重大的理论与技术问题体现在相关物理模型上，通过对物理模型的试验（复演、模拟、试验）与观测，研究解决这些问题的理论和方法。
由于小流域土壤侵蚀机理和过程十分复杂，为了保证模型建设和试验研究的顺利实施，实体模型建设的思路是：先简单，后复杂，从小到大，循序渐进，逐步实施。先建立小区单因子试验区，再建立全坡面试验区，然后建立微集水区（微流域）多因子试验区，最后建立实体小流域多因子、非线性试验区。
模型黄土高原建设是一项前无古人的事业，工作难度大，挑战性强，为能使项目建设顺利进行，达到预期目的，采取边建设，边试验，实施“三步走”的战略：
（1）探索试验阶段
搞好“模型黄土高原”建设论证和规划设计工作，确定合理的试验研究技术路线，促使早日立项。
（2）全面实施阶段
根据项目试验研究设计，全面开展实体模型的高标准建设，使湫沟试验区满足进行水土流失规律、水土保持治理模式、水土保持效益试验研究的所有条件。
（3）正常的试验阶段和推广阶段
全面开展水土流失规律及效益试验研究，并在黄土高原地区进行土壤侵蚀模型的验证及参数修正，并在其他类型区进行推广。
二、近期需要开展的工作
1、编制模型黄土高原建设可行性研究报告
在前期工作方面，将根据《模型黄河工程规划》，编制《模型黄土高原建设可行性研究报告》，以便列入计划，按照基本建设程序实施。
2、开展实体模型研究工作
联合有关科研单位，开展水土流失规律的物理模型和数学模型构建的研究，开展大型人工降雨装置，以及传感装置、数据传输方式的研究。
3、调研收集国内外现有水土保持物理模型和数学模型
调研收集国内外不同研究资料、不同区域模型，进行分析、预研，借鉴国内外的研究成果，探索适合黄土高原水土流失规律的模型。
4、全面加强原型观测，完成历史资料整编
按照黄委2004年下达的计划，完成原型观测测站的建设，开展原型观测工作。西峰站完成原型观测自动化装置安装。三站完成历史资料的整编工作。
5、开展专业培训
模型黄土高原建设涉及水文学、水力学、水土保持学，以及气象学、土壤学、植物学、生态学、数学等学科。为了能够完成模型黄土高原建设和研究，需要开展专业技术培训。培训包括专业学习、专题讲座、学术讨论和国内外考察培训。
三、一期工程建设任务
由于模型黄土高原是一项前无古人的事业，又是一项庞大的系统工程，其中有很多悬而未决，甚至是有争议的课题，为了使模型黄土高原建设与研究顺利实施，计划将模型黄土高原建设项目分期实施。一期工程首先建设以径流小区为主、人工降雨为实验手段的物理模型体系，完善原型观测系统，以及实体小流域模型建设的前期工作。在此基础上，开展以水土流失规律为主的科学研究，初步建立以径流小区数据支持的土壤侵蚀数学模型和小流域水沙模型，为模型黄土高原的二期工程建设提供技术支撑。
四、需要探索论证的问题
1、模型黄土高原与黄土高原治理重点区域相结合的问题
今年，黄委提出黄土高原治理的重点是1.88万km2的粗泥沙集中来源区。模型黄土高原应当为这一区域的科学治理提供技术支撑。下一步需要在这一区域选择实验区，开展粗泥沙治理区关键技术的实验研究。
2、模型黄土高原建设与研究的关系问题
目前开展的模型黄土高原建设，主要是指模型黄土高原的物理模型体系（群）的建设，这一模型体系是为掌握黄土高原的自然特性，研究治理黄土高原技术问题等而建立实验研究平台。在近期，模型黄土高原研究的内容主要涉及模型黄土高原物理模型体系建立的技术问题，基本不包括水土流失预测预报模型的构建和水土保持重大技术问题的研究。
3、模型黄土高原物理模型体系建设问题
“模型黄土高原”在《“模型黄河”工程规划》中是“黄土高原模型”。以后之所以称为“模型黄土高原”，是因为黄土高原的模型与“河道模型”、“水库模型”等存在性质上的差异。目前建设的黄土高原模型包括原型观测、实体模型、比尺模型三部分，这三部分各有特点，各成体系，又互相关联。为了科学合理地表述这一模型黄河重要组成部分的属性和特点，目前称为“模型黄土高原”。
组成模型黄土高原物理模型体系的三部分中，原型观测在技术上最传统，由于黄土高原天然降雨有限，且天然降雨在空间和时间上的随机性，使原型观测数据的数量和质量基本“靠天吃饭”；实体模型在技术上较先进，实验研究进度和精度可以有效控制，需要论证和研制大规模人工降雨装置和微型传感器；比尺模型在技术上最复杂，相似性模拟理论、实验研究技术等需要探索研究。
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