黄河中游粗泥沙集中来源区大型拦泥库建设可行性分析
张金慧 白平良 郝凤毕
（黄河水利委员会绥德水土保持科研试验站 陕西绥德 718000）
尊龙凯时 黄河 粗泥沙 大型拦泥库 建设 集中来源区 可行性分析
[引言] 黄河中游粗泥沙集中来源区，沟壑纵横、梁峁起伏、地形支离破碎、植被稀蔬、地表组成物质松散、气候干旱、降雨集中、自然条件恶劣、生态环境脆弱、矿产资源丰富、人类活动频繁、垦殖指数高、水土流失十分严重。沟壑密度3.9～8km/km2,相对高差60～190m，土壤侵蚀以水力、重力侵蚀为主，多年平均侵蚀模数在20000t/km2.a以上。该区域是黄河多沙粗沙区治理的重中之重，是构筑拦截黄河粗泥沙第一道防线的核心。为进一步加快该区域的治理步伐,快速拦截入黄泥沙，黄河上中游管理局于2004年下达了《黄河中游粗泥沙集中来源区大型拦泥库建设可行性调查》，顺利获得实地测量与调查，该区域可建大型拦泥库86座，与已建典型坝系、在建典型坝系、已建骨干坝相比，在该区域建设大型拦泥库是经济合算的。
1 区域概况
黄河中游粗泥沙集中来源区，是指泥沙粒径大于0.1mm，且输沙模数在1400t/km2.a以上的区域，总面积18803km2，占黄河多沙粗沙区面积7.86万km2的23.9%。分布在黄河右岸的皇甫川、清水川、孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河、无定河、清涧河、延河等九条支流上。地理位置介于东经108°26′15″～110°13′08″，北纬37°04′30″～39°52′30″之间。行政区域涉及陕、蒙两省（区）的鄂尔多斯、榆林、延安三个市、15个县（旗、区）。包括三个片区，其中面积最大的一片是皇甫川、清水川、孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河，地理位置介于东经109°46′52″～111°13′08″，北纬37°51′00″～39°52′30″之间，面积14142km2，占总面积的75.21%；第二片是无定河、延河、清涧河上游，地理位置介于东经108°26′15″～109°31′53″，北纬37°06′00″～37°40′30″之间，面积2486km2，占总面积的13.22%；第三片是无定河下游，地理位置介于东经109°50′37″～110°33′45″，北纬37°04′30″～37°45′00″之间，面积2175km2，占总面积的11.57%。
该区域属干旱、半干旱大陆性季风气候，夏季炎热短促，冬季寒冷漫长，冬春干旱多风沙，夏季暴雨比较集中。据统计，多年平均气温8.6℃，极端最高气温38.3℃，极端最低气温-27.1℃，≥10℃活动积温3327.6℃,多年平均日照时数2797h，无霜期156天，蒸发量1658.4mm，多年平均大风日数27天，平均风速2.6m/s。多年平均降水量447.3mm，雨量分布由东南向西北递减，其变幅390.6～531.3mm。据统计该区域多年平均产沙量高达4.08亿t，占黄河多沙粗沙区产沙量11.82亿t的34.5%；>0.1mm的粗沙产量为0.61亿t，占黄河多沙粗沙区产量0.89亿t的68.5%。1988年黄河下游河道淤积量达到4.8亿t，超过多年平均淤积量。追溯泥沙的来源，中游其他地区未有超越平均状态的暴雨产沙。可见黄河中游粗泥沙集中来源区的侵蚀产沙对下游河道影响之大。
该区域总人口123万人，其中，城镇人口17万人，农村人口106万人，农村人口密度56人/km2，总劳力45万个。农村人口居住分散，近23万人仍居住在生存条件极差的地区。据统计资料分析，2004年的农业总产值15.52亿元，其中农业产值6.08亿元，林业产值1.42亿元，牧业产值5.15亿元，副业2.15亿元，其它0.72亿元。各业分别占总产值的39.2%、9.1%、33.2%、13.9%、其它4.6%，种植业和牧业占总产值的72.4%。农民人均总产值为1464.2元，不同地区的农民人均收入差异较大，部分地区的农民人均纯收入仅为550元左右，收入较高地区的经济收入主要来源于采煤、开采石油、天燃气、运输、粮油加工、家庭养殖等农村工副业。
2 大型拦泥库的分布
经实地调查，在黄河中游粗泥沙集中来源区总面积18803km2范围内涉及的九条支流中，≥30km2的Ⅰ级、Ⅱ级沟道共有129条，但有的沟道内有煤矿、油井、乡（镇）及人口密集，淹没损失很大，本次可行性调查研究未考虑，经反复比较分析论证，最终确定在黄河中游粗泥沙集中来源区，可建大型拦泥库86座。按九条支流统计，皇甫川 15座；清水川7座；孤山川5座；窟野河21座；秃尾河13座；佳芦河9座；无定河13座；清涧河无建设条件；延河3座。按行政区划分，内蒙古自治区21座，占总坝数的24.4%；陕西省65座，占总坝数的75.6%。大型拦泥库总控制面积为6581.9km2，占黄河中游粗泥沙集中来源区总面积的35.0%。在主沟道可建6座，占总坝数的6.98%；在Ⅰ级沟道可建53座，占总坝数的61.63%；在Ⅱ级沟道可建18座，占总坝数的20.93%；在Ⅲ级沟道可建9座，占总坝数的10.46%（详见表1）。
表1 黄河中游粗泥沙集中来源区大型拦泥库在各级沟道上的分布情况统计表
名称 皇甫川 清水川 孤山川 窟野河 秃尾河 佳芦河 无定河 清涧河 延河 合计
主沟 3 3 6
Ⅰ 10 4 3 15 9 6 4 2 53
Ⅱ 5 2 3 4 3 1 18
Ⅲ 3 6 9
合计 15 7 5 21 13 9 13 0 3 86
3 大型拦泥库技经指标确定
据调查、计算、分析，大型拦泥库平均坝高51.9m，总工程量17249.2万m3，其中土方17116.2万m3，占总工程量的99.2%；石方132.0万m3，占总工程量的0.8%；砼方10136m3。工程总投资209438.1万元，其中建设投资197147.3万元，占总投资的94.1%；淹没损失费12290.8万元，占总投资的5.9%。总库容387526.1万m3，其中拦泥库容268240.3万m3，占总库容的69.2%；滞洪库容119285.8万m3，占总库容的30.8%。拦泥年限30～50年，总拦泥量为362124.4万t，可淤地17060.5hm2，保护农田20016.8hm2。不考虑淹没损失时，单坝投资2292.4万元，建1m3库容投资0.51元，拦1m3投资0.73元。考虑淹没损失时，单坝投资2435.3万元，建1m3库容投资为0.54元，拦1m3投资为0.78元（各支流大型拦泥库技经指标详见表2）。
4 大型拦泥库与淤地坝（系）效益对比分析
4.1 大型拦泥库与已建成典型坝系效益对比分析
韭园沟流域面积70.7（沟道坝系控制面积70.1）km2，从1953年开始建坝，到现在共建坝204座，其中骨干坝14座，中型坝35座，小型坝155座。本次可行性研究，确定在黄河中游粗泥沙集
表2 大型拦泥库技经指标计算结果统计表
名称 皇甫川 清水川 孤山川 秃尾河 窟野河 佳芦河 无定河 延河 合计
建坝数（座） 15 7 5 13 21 9 13 3 86
控制面积（km2） 897.2 623.7 307.2 654.5 1974.7 1119.0 829.7 175.9 6581.9
工程量
(万m3) 土方 2257.3 1744.0 516.1 2189.1 7280.1 1412.7 1280.9 436.0 17116.2
石方 49.0 8.8 4.2 9.1 39.8 8.5 10.6 2.1 132.0
砼方 5121.0 969 433.0 832.0 1252.0 669.0 706.0 154.0 10136.0
小计 2306.7 1752.9 520.3 2198.3 7320.0 1421.2 1291.6 438.1 17249.2
总投资
(万元) 工程 32246.6 19179.2 5984.1 23689.8 80582.6 15791.1 14899.2 4774.8 197147.3
淹没 4468.8 2281.3 442.3 882.0 1688.6 818.7 915.5 793.2 12290.8
小计 36715.4 21460.6 6426.4 24571.8 82271.2 16609.8 15814.6 5567.9 209438.1
库容
(万m3) 总库容 51380.5 32380.3 15839.8 40022.5 149117.5 50757.9 40779.6 7248.0 387526.1
拦泥 34193.3 20790.0 10240.0 26450.1 105238.0 32410.7 33311.5 5606.7 268240.3
滞洪 17187.2 11590.3 5599.8 13572.4 43879.5 18347.2 7468.0 1641.4 119285.8
平均坝高（m） 34.8 47.7 53.0 59.3 59.8 56.7 48.2 59.3 51.9
效益 拦泥(万t) 46161.0 28066.5 13824.0 35707.6 142071.3 43754.4 44970.5 7569.0 362124.4
可淤地(hm2) 3205.6 1398.7 632.3 1584.6 5969.3 1956.0 2017.3 296.7 17060.5
保护(hm2) 6977.0 686.0 185.0 1492.0 7581.0 2351.3 703.2 41.3 20016.8
不考虑淹没 单坝投资(万元) 2149.8 2739.9 1196.8 1822.3 3837.3 1754.6 1146.1 1591.6 2292.4
1m3库容投资（元） 0.63 0.59 0.38 0.59 0.54 0.31 0.37 0.66 0.51
拦1m3泥投资（元） 0.94 0.92 0.58 0.90 0.77 0.49 0.45 0.85 0.73
考虑
淹没 单坝投资（万元） 2447.7 3065.8 1285.3 1890.1 3917.7 1845.5 1216.5 1856.0 2435.3
1m3库容投资（元） 0.71 0.66 0.41 0.61 0.55 0.33 0.39 0.77 0.54
拦1m3泥投资（元） 1.07 1.03 0.63 0.93 0.78 0.51 0.47 0.99 0.78
中来源区建设大型拦泥库86座，与多年以沟道坝系建设为中心的韭园沟相比，单位面积有总库
容大型拦泥库58.9万m3/km2，韭园沟坝系有总库容39.9万m3/km2，大型拦泥库较韭园沟坝系多19.0万m3/km2；大型拦泥库建1m3库容需投资0.54元，拦1m3需投资0.78元，较韭园沟坝系分别少投资0.27元、0.23元（详见表3）。从与韭园沟坝系建设对比分析知，黄河中游粗泥沙集中来源区建设大型拦泥库从经济上讲是可行的。
表3 大型拦泥库与骨干坝、已建与在建坝系效益对照表
工程名称 控制面积(km2) 坝数(座) 总库容
(万m3) 拦泥库容
(万m3) 可淤(hm2) 工程量
(万m3) 总投资
(万元)
大型拦泥库 数量 6581.9 86 387526.1 268240.3 17060.5 17249.2 209438.1
单坝 76.5 1.0 4506.1 3119.1 198.4 200.6 2435.3
单位
投资 31.8 2435.3 0.54 0.78 121914 12.1
韭园沟坝系 数量 70.1 204 2796.9 2253.0 333.8 352.6 2270.8
单坝 0.3 1 13.7 11.0 1.6 1.7 11.1
单位
投资 32.4 11.1 0.81 1.01 68029 6.44
山西五条坝系 数量 77.5 35 1139.1 639.6 129.6 155.1 1244.8
单坝 2.2 1 32.5 18.3 3.7 4.4 35.6
单位
投资 16.1 35.6 1.09 1.95 96049 8.0
骨干坝 数量 456.3 116 9919.0 5056.0 736.7 830.2 5519.5
单坝 3.9 1.0 85.5 43.6 6.4 7.2 47.6
单位
投资 12.1 47 0.56 1.09 74922 6.6
备注 控制面积万元/km2，总库容、拦泥库容元/m3,可淤地元/hm2，工程量元/m3。
4.2 大型拦泥库与在建典型坝系效益对比分析
据对山西省黄土高原淤地坝建设现状调查，本次调查选择了5条有代表性的坝系，分别是岢岚县的寨子沟、保德县的腰庄、方山县的店坪沟、吉县的高楼沟、乡宁县的龙鼻沟等5条坝系，总控制面积为77.5km2，2003~2004年共建淤地坝35座，其中骨干坝13座，中型坝16座，小型坝6座（详见表3）。86座大型拦泥库，与山西省五条有代表性的在建小流域坝系相比，单位面积有总库容大型拦泥库58.9万m3/km2，五条坝系有总库容14.7万m3/km2，大型拦泥库较五条坝系多44.2万m3/km2；大型拦泥库建1m3库容需投资0.54元，拦1m3需投资0.78元，较五条坝系分别少投资0.55元、1.17元（详见表3）。从与五条坝系建设对比分析知，黄河中游粗泥沙集中来源区建设大型拦泥库从经济上讲是可行的，其效益是十分显著的。
4.3 大型拦泥库与骨干坝经济效益对比分析
为了进一步探求大型拦泥库建设的可行性，我们又选择了黄河水土保持生态工程窟野河与县川河项目中的骨干工程进行对比分析。窟野河与县川河项目区于2001年启动，到2004年共建骨干坝116座，其中窟野河57座，县川河59座。黄河中游粗泥沙集中来源区可建大型拦泥库86座，与黄河生态工程窟野河与县川河骨干坝相比，单位面积有总库容大型拦泥库58.9万m3/km2，窟野河与县川河骨干坝有总库容21.7万m3/km2，大型拦泥库较黄河生态工程窟野河与县川河骨干坝多37.2万m3/km2；大型拦泥库建1m3库容需投资0.54元，拦1m3需投资0.78元，较黄河生态工程窟野河与县川河骨干坝分别少投资0.02元、0.31元（详见表3）。从与黄河生态工程窟野河、县川河项目已建治沟骨干工程对比分析知，黄河中游粗泥沙集中来源区建设大型拦泥库是可行的。
从上述分析知，大型拦泥库与已建、在建典型坝系、骨干坝相比，具有单坝控制面积大、单位面积库容大、拦泥投资小等优点，其效益是十分显著的。据有关资料分析，黄河下游挖1m3泥沙投资约15～20元；调水调沙排1m3泥沙投资约50～60元。因此，为尽快减少入黄泥沙，在黄河中游粗泥沙集中来源区召开大型拦泥库建设是可行的，也是十分经济合算的。
5 结论
5.1 大型拦泥库是尽快减少入黄泥沙的关键措施
大型拦泥库是水土保持治理措施中的最后一道防线，它承担着所控制面积内的洪水泥沙。从本次大型拦泥库建设可行性论证结果来看，大型拦泥库具有控制面积大、布设沟道级别高、设计标准高、建设规模大、建设投资大、工程寿命长、淹没损失大、拦泥效益大、拦泥投资小、工程数量少、易管理等特点。是水土保持综合治理措施中，其它措施无法代替的重要措施。从大量调查分析知，大型拦泥库的拦泥效益是相当可观的，建设1座大型拦泥库，平均单坝总库容为4506.1万m3，相当于建设骨干57.1座；相当于建设中型坝195.9座；相当于建设小型淤地坝1669.0座。由此可见，大型拦泥库的防洪及拦泥效益是十分显著的，工程效益是其它措施无法替代的，是尽快减少入黄泥沙的关键措施。
5.2 大型拦泥库是加快生态环境建设的重要措施
众所周知，坝地是由坡面肥沃的表土冲淤而成，因此，坝地具有土肥、墒好、适宜多种作物生长的特点，所以，坝地是本地区高产稳产的基本农田。据黄土丘陵沟壑区第一副区有代表性的王茂沟小流域1960～1998年37年的观测资料分析，水地、坝地、水平梯田、坡地单产分别为7374、4750、1606、566kg/hm2，坝地产量仅低于水地，且分别是水平梯田的及坡地的2.96、8.39倍，也就是说每增加1 hm2坝地，在粮食总产不减少的情况下，可退耕坡地8.39 hm2，可退耕梯田2.96 hm2,在有水源的情况下可变为水地，其产量更高。高产保证了少种，少种为退耕还林还草创造了条件。因此，要加快黄河中游粗泥沙集中来源区生态环境建设的步伐，必须加快该区域大型拦泥库工程的建设步伐。
5.3 大型拦泥库建设对促进当地经济开展具有重要的意义
大型拦泥库前期是水库，该区域制约各业开展的主要因素是水资源。黄河中游粗泥沙集中来源区有丰富的矿产资源，特别是煤碳、石油、天燃气资源非常丰富，随着开采规模的加大，该区域的水是严重制约各业开展的主要原因。而大型拦泥库建成后，就能拦蓄所控制范围内的洪水，洪水经澄淀后变为清水，可解决人们生活、生产、工业用水。所以说，大型拦泥库在运用前期是水库，对严重缺水的该区域来说，对促进该区域的经济开展具有十分重要的意义。大型拦泥库建成后，当地政府及群众在其上游加强水土保持治理尊龙凯时，采取有效措施拦蓄上游来的泥沙，就大大延长了大型拦泥库作为水库的使用寿命，大型拦泥库就延长了给当地给予水资源的年限，对当地产生的经济效益会更大。
[作者简介]张金慧（1962-），男，陕西绥德人，工程师，总监理工程师，主要从事水政水资源管理及水土保持科研尊龙凯时。
