黄河粗泥沙集中来源区界定与治理思路
来源： 水土保持生态环境建设网 上传日期:2018-07-24 打印本文章 【字体】 大 中 小汪习军 (黄委会水土保持局)
黄河之患，患在泥沙；泥沙之祸，根在粗沙。减少黄河泥沙，特别是粗泥沙，是维持黄河健康生命，实现黄河长治久安的治本之策。
一、研究背景
黄河是世界大江大河中输沙量最大、水流含沙量最高的河流。据1919～1969年实测资料分析，黄河三门峡（陕县）站多年平均输沙量约16亿t，多年平均含沙量35kg/m3，实测最大含沙量911kg/m3（1977年），其中约1/4淤积在下游河道，使黄河下游河道成为举世闻名的“地上悬河”。近20年来，由于自然因素和人类活动因素共同的影响，使得进入黄河下游河道的水沙关系更不协调，造成主河槽泥沙淤积加重，“二级悬河”突出，呈现出“槽高于滩，滩又高于背河地面”的局面（见图1）。由于主河槽已呈“浅碟子”状，且河道横比降大于纵比降，即使发生中小洪水，主槽也难以容纳，出槽后必然造成重大河势变化，极易出现“横河”、“斜河”和“滚河”，增大了堤防冲决和溃决的危险。
图1 “二级悬河”示意图
据断面法实测分析，1950～1998年黄河下游铁谢至利津河段共淤积泥沙92亿t。经对1998～2004年6次钻孔取样资料分析，黄河下游河道主槽淤积物中，d≥0.05mm的粗泥沙占了三分之二（见表1），可以说，粗泥沙是导致河床淤积抬高的根本原因，如果控制了粗泥沙就会大大减缓黄河下游河道主槽淤积。
表1 黄河下游淤积物粒径组成分析
部位
桃花峪～艾山
铁谢～利津
总淤积量(亿t)
大于某粒径级（mm）的百分数（%）
总淤积量(亿t)
大于某粒径级（mm）的百分数（%）
0.01
0.025
0.05
0.1
0.25
0.01
0.025
0.05
0.1
0.25
主槽
18.98
94.7
88
74.8
44.4
6.8
22.53
92.2
83.2
67.1
33.5
1.9
滩地
47.05
90.6
74.4
46.4
15.8
1.9
62.81
89
71.7
42.2
13.4
2.4
全断面
66.03
91.8
78.3
54.5
24
3.3
85.34
89.8
74.7
48.8
18.7
2.3
二、黄河中游粗泥沙集中来源区界定
早在20世纪50、60年代，钱宁等老一辈泥沙专家就认识到黄河中游多沙粗沙区的洪水所携带的泥沙是造成黄河下游河道淤积的主要来源，并提出了多沙粗沙区的初步成果。1996年黄委会组织国内有关单位，开展了“黄河中游多沙粗沙区区域界定及产沙输沙规律研究”，以0.05mm为粗泥沙界限，以全沙输沙模数5000t/(km2·a)，粗泥沙输沙模数1300t/(km2·a)为指标，界定出黄河中游多沙粗沙区面积为7.86万km2，该面积占黄河上中游集水面积的11.2%，可产生的泥沙占全河输沙量的62.8%（11.82/18.81亿吨），产生d≥0.05mm的粗泥沙量占黄河总粗泥沙量的72.5%（3.19/4.40亿吨）。黄河水利委员会根据该成果，在2002年国务院批复的“黄河近期重点治理开发规划”中对该区的水土保持工作进行了规划安排。然而，相对于国家的投资能力和实际投资力度，7.86万km2仍然偏大，在该区采用低投入、小规模的治理，对减缓下游河道的淤积难以发挥明显效果。在国家当前投资条件下，宜按照“先粗后细”的策略，对多沙粗沙区分步治理，因此,找出多沙粗沙区中对黄河淤积影响最大的粗泥沙集中来源区十分必要。2004年，黄委会组织国内有关单位，展开了黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究。
1.淤积物粒径分析
（1）三门峡库区淤积物粒径分析
表2 1960-2003年三门峡库区淤积物粒径分析表
位置
部位
淤积量
（108m3）
大于某粒径（mm）百分数
0.025
0.05
0.1
0.25
0.5
潼关以上
主槽
14.05
92.4
75.0
46.5
11.8
1.3
滩地
27.19
69.6
39.4
19.2
5.6
0.6
全断面
41.24
77.4
51.5
28.5
7.7
0.8
潼关以下
主槽
11.32
77.9
55.2
26.6
3.7
0.3
滩地
16.67
72.4
34.6
11.0
0.9
0.0
全断面
27.99
74.6
42.9
17.3
2.0
0.1
三门峡库区
主槽
25.37
85.9
66.2
37.6
8.2
0.9
滩地
43.86
70.7
37.6
16.1
3.8
0.4
全断面
69.22
76.3
48.1
24.0
5.4
0.6
利用淤积物钻孔取样资料分析结果表明，三门峡库区淤积物中，d≥0.05mm和0.1mm的泥沙分别占48.1%和24.0%，（见表2）。水库主槽淤积物中d≥0.05mm的占66.2%，d≥0.10mm的占37.6%，由此可见，粗泥沙对水库槽库容的危害大于对滩库容的危害。
（2）下游河道淤积物粒径分析
根据1999年汛前黄河下游铁谢～利津区间31个断面，1950＿1960年（无三门峡水库影响）“天然”水沙情况下，下游河道桃花峪～艾山主槽淤积物中d≥0.05mm的占77.7%，d≥0.10mm的占47.5%。铁谢～利津主槽淤积物中d≥0.05mm的占76.1%，d≥0.10mm的占50.7%，见表3。
表3 黄河下游不同时段各级泥沙淤积分析
时段
部位
桃花峪～艾山
铁谢～利津
总淤积量(亿t)
大于某粒径级（mm）的百分数（%）
总淤积量(亿t)
大于某粒径级（mm）的百分数（%）
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
滩地
21.2
88.6
71
41.3
12
1.4
27.9
88.6
71.2
41.5
12.6
2
全断面
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
滩地
26.65
89
71.4
41.7
12.3
1.5
35.75
89.2
72.1
42.8
14.1
2.7
全断面
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）黄河下游各级泥沙淤积比分析
利用水文站悬移质输沙量，小浪底～利津区间1960～2003年全沙及d≥0.025mm、0.05mm、0.10mm、0.25mm和0.5mm的泥沙淤积比分别为24.9%、33.5%、44.1%、83.1%、91.0%和100%。由此看出，随着粒径的变粗，淤积比逐渐增大，并且0.1mm以上泥沙淤积比较0.05mm以上泥沙淤积比大39个百分点。
综合上述分析，无论三门峡库区，还是下游河道，泥沙愈粗，淤积比愈大。综合已有研究成果和本次研究判断，确定d≥0.10mm的粗泥沙对黄河淤积影响最大，作为界定指标。
2 .粗泥沙集中来源区的界定
（1）地质地貌分析判定
在区域地质构造、地形地貌、地层岩性宏观判析的基础上，综合沟壑密度、基岩、土壤、气象水文和侵蚀产沙营力等因素的基础上认为，在多沙粗沙区中，由黄河沿岸向西，由南向北，黄土和基岩的侵蚀性增大；由南向北，黄土颗粒变粗、结构逐渐疏松、沟壑密度逐渐增大、地形破碎、因而侵蚀愈强烈。多沙粗沙区吴旗－志丹－延安－延长以北，东胜－准格尔－清水河以南，吴旗－榆林－神木－大柳塔一线以东（风沙区以东）至晋西北黄河沿岸的范围是侵蚀最为严重的地区（见图2），也是粗泥沙集中区的宏观待选范围，应在此范围内再进一步确定粗泥沙集中来源区。
图2 黄河中游粗泥沙集中来源区地质地貌分析趋势图
（2）淤积物钻勘取样分析判定
根据坡面、易发生重力侵蚀部位和坝地淤积物取样分析发现，在取样区不管是中数粒径、还是淤积物平均粒径以及粒径大于0.1mm所占百分数等空间变化趋势表明，其值均有由东南向西北逐渐变粗的趋势（见图3）。
图3 黄河中游严重水土流失区坝地淤积物中数粒径（mm）变化趋势图
上述两项研究表明，在多沙粗沙区中，地质地貌分析认为越向西北侵蚀模数越大，坝地淤积物钻孔取样资料表明，越向西北粒径越粗，这就充分说明粗泥沙集中来源区应在多沙粗沙区的北中部。
（3）输沙模数指标界定
通过产沙面积与产沙量的比较分析，选定以0.1mm的粗泥沙输沙模数1400t/km2·a为指标，界定出黄河中游粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2（见图4）。
图4 黄河中游粗泥沙集中来源区分布图
在黄河中游呈一“品”字形，主要由三块组成，一块分布在皇甫川至佳芦河区间，第二块分布在无定河支流芦河、大理河，上游地区，还有一块分布在无定河下游。共涉及皇甫川、窟野河、秃尾河、无定河等11条支流，具体支流及涉及县（旗、区）见表4。
表4 黄河中游粗泥沙集中来源区各支流分县面积统计表 单位：km2
编号
河名
流域
面积
粗泥沙集中来源区面积
涉及县和面积
1
黄甫川
3246
3195
达旗（4）、准旗（2779）、府谷（412）
2
清水川
883
881
准旗（319）、府谷（562）
3
窟野河
8706
4001
准旗（841）、伊旗（352）、神木（2341）、府谷（467）
4
秃尾河
3294
1088
神木（513）、榆阳区（351）、佳县（224）
5
佳芦河
1134
932
榆阳区（130）、佳县（802）
6
无定河
30261
5253
安塞（162）、横山（431）、佳县（37）、靖边（1354）、米脂（157）、清涧（728）、绥德（1024）、榆阳区（678）、子长（285）、子洲（397）
7
石马川
243
241
神木（4）、府谷（237）
8
孤山川
1272
1268
准旗（256）、府谷（1012）
9
乌龙河
377
101
佳县（81）、米脂（20）
10
清涧河
4080
30
清涧（11）、子长（7）、安塞（12）
11
延 河
7687
235
安塞（136）、靖边（99）
支流小计
49416
17225
其 它
1578
合 计
18803
该区面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积（1.88/7.86）的23.9%，可产生的泥沙达4.08亿t，占多沙粗沙区产沙量（4.08/11.82）的34.5%，产生大于0.1mm的粗泥沙量高达0.61亿t，占多沙粗沙区相应输沙量（0.89亿t）的68.5%（见图5）。可见该区是粗泥沙集中来源区，也是对黄河影响最严重的区域。加强该区的治理，会对黄河的安澜产生重大而深刻的影响。
图5 黄河中游粗泥沙集中来源区在黄河中游多沙粗沙区的产沙地位分析
三、粗泥沙集中来源区治理的基本思路
1.粗沙集中来源区侵蚀环境及产沙特点
侵蚀环境是指因侵蚀而造成的特有的侵蚀景观和生态系统。粗泥沙集中来源区主要位于丘陵沟壑区，其侵蚀景观表现为丘陵起伏、千沟万壑的侵蚀地貌；植被稀疏、切剖破碎、光秃裸露的地面；大面积失去植被保护的深厚的黄土或易风化侵蚀的泥质沙岩地层；大面积肥力瘠薄、生产力低下、水土流失严重的陡坡耕地。总体景观构成水土资源衰减，能量、物质循环失调，旱、涝灾害加剧的退化生态系统。侵蚀产沙特点为：
（1）侵蚀强度高、粗泥沙比重大
该区是黄河流域土壤侵蚀最集中、侵蚀强度最高的地区。黄河流域黄土高原土壤侵蚀面积45.4万km2，平均侵蚀模数3500 t/km2·a左右，其中有剧烈侵蚀面积2.94万km2。而粗泥沙集中来源区平均侵蚀模数高达2.17万t/km2·a，全部为剧烈侵蚀面积，占到黄河流域黄土高原剧烈侵蚀面积的64%。窟野河下游等部分地方侵蚀模数高达3～5万t/km2·a，为世界之最。
（2）侵蚀产沙时间集中
据相关实测资料，该区土壤侵蚀产沙多集中在汛期（6～9月），约占全年的60～90%。来沙又往往集中于几场大的暴雨洪水，许多地方一次暴雨的侵蚀量占全年总侵蚀量的60%以上，部分地方可达到70%～80%。
（3）泥沙主要来自沟道侵蚀
该区沟道侵蚀主要表现为沟底下切、沟岸扩张、沟头前进等几种形式。强烈的水土流失，特别是沟蚀，把地面切割得支离破碎、千沟万壑。全区长度大于0.5km的沟道达1万多条。区内大部分地区沟头平均每年前进1～3m，有的地方一次暴雨就使沟头前进20～30m，甚至达到100m以上。
千沟万壑的地形地貌，崩塌、滑塌、泻溜等重力侵蚀十分活跃，使沟壑成为泥沙的主要来源地。据有关研究成果，该区沟谷面积占总面积的45～55%，而产沙量却占50～70%（见表5）。
表5典型小流域产沙情况表
流 域
地区
类型区
沟间地（%）
沟谷地（%）
面积
产沙量
面积
产沙量
韭 园 沟
陕西绥德
丘陵沟壑区
44.2
30.2
55.8
69.8
赵 家 沟
陕西清涧
丘陵沟壑区
53.0
27.3
47.0
72.7
2.治理目标与思路
主要治理目标：根据本区域的水土流失特点和治黄减沙的需要，确定以支流为单元建成完善的沟道拦沙工程体系，粗泥沙集中区控制面积达60%以上，每年减少入黄泥沙达到2.50亿t左右为该区治理目标。
治理思路是：以持续、快速减少黄河泥沙，特别是粗泥沙，促进粗泥沙集中来源区生态环境整体改善和区域经济社会发展为目标，按照“先粗后细”的治理顺序，加大淤地坝工程建设力度，合理布设拦泥库，配合以生态修复为主的小流域综合治理措施，建立拦截粗泥沙的第一道防线，以改善的水沙环境和水土资源的科学利用维系良好的生态环境。
在建设基本单元上，以支流为单元，遵循其水土流失发生发展，表现形式，危害程度等规律；根据当地自然、经济、社会、文化、人口等综合因素，进行水土保持生态建设规划，根据上、中、下游不同区域的地质、地貌、水文等条件，不同侵蚀特点，正确处理上下游、左右岸、干支流之间的关系，以拦减泥沙，淤地造田，合理利用水资源为目的，水土保持工程与水利工程相结合，拦泥防洪与水资源利用相结合，淤地坝建设与大型拦泥库相结合，人工治理与自然恢复相结合，建设以淤地坝为主体，坡面工程、植被工程、农业耕作工程相结合的综合防护体系，实现减少入黄泥沙、改善生态环境和发展区域经济的目标。
在生态建设整体战略上，实施“以沟促坡，以坡保沟”的基本方略，即针对粗沙集中来源区重力侵蚀严重和沟道产沙为主的基本特点，根据黄河减沙的实际需要，把沟道拦沙工程体系建设作为粗沙集中来源区生态建设长远发展的第一步，淤积沟床，抬高侵蚀基准面，稳定沟坡，有效遏制沟岸扩张、沟底下切和沟头前进，减轻沟道侵蚀，把泥沙拦截在千沟万壑之中，实现高效、快速减少黄河泥沙，特别是粗泥沙的目标。同时，通过沟道拦沙工程体系淤地造田和调蓄水资源的功能，营造高产稳产的基本农田，为农业生产和生态环境提供必需水资源，解决农民基本生计问题，为坡面治理创造条件。在此基础上，调整农村产业结构，扩大植被建设，加强坡面治理，减少坡面产沙对沟道拦沙工程的压力，延长沟道拦沙工程体系的使用寿命，增加沟道拦沙工程体系的防护效益。二者的合理配置，形成沟坡结合的综合防护体系，促进治理区坝库工程、生态农业和植被建造三者协调发展，实现生态环境的整体改善。
在工程体系布局上，实施“小流域淤地坝体系＋大型拦泥库的工程布局”，以重点支流为单元，科学规划，在支、毛沟内合理布设由治沟骨干工程、淤地坝和塘坝（小水库）等不同用途的沟道坝库工程，组成有整体防护功能的小流域沟道工程体系，滞洪拦泥、发展生产、防洪保收，实现千沟万壑就地拦沙，促进水土资源的合理利用。在干流上因地置宜地配置拦泥库，拦泥库单坝控制面积大、拦泥效益高、数量少，主要布设在不宜布设骨干工程、淤地坝和塘坝等小型工程的较大支沟和干沟上，控制淤地坝无法控制的更多产沙面积，同时，保护其涉及范围内的小流域沟道工程体系，保证工程体系安全，实现大区域的持续减沙。
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