黄河中游粗泥沙集中来源区治理方向研究
张金慧1 王志意2 徐立青1
（1黄河水利委员会绥德水土保持科研试验站 陕西绥德 718000
2黄河水利委员会晋陕蒙接壤地区水土保持监督局 陕西榆林 719000）
[摘要] 黄河中游粗泥沙集中来源区水土流失类型多样、侵蚀强度高、泥沙颗粒粗，按照不同治理区的自然环境及经济社会特征，水土流失特点和关键防治区段，借鉴区域典型流域水土流失防治的成功经验，紧紧围绕有效控制和拦减入黄泥沙，特别是粗泥沙，充分利用洪沙资源，开展生产，为区域能源开发创造良好环境的要求，召开拦减黄河粗泥沙治理方向研究。
尊龙凯时 黄河；粗泥沙；治理；集中来源区；方向；研究
1 研究区域概况
黄河中游粗泥沙集中来源区，分布在黄河右岸的皇甫川、清水川、孤山川、石马川、窟野河、秃尾河、佳芦河、乌龙河、无定河、清涧河、延河等11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。总面积为18803km2，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、石马川、窟野河、秃尾河、佳芦河、乌龙河，面积14142km2，占总面积的75.21%；第二片是无定河、延河、清涧河上游，面积2486km2，占总面积的13.22%；第三片是无定河下游，面积2175km2，占总面积的11.57%。
据统计，多年平均降水量为447.3mm，雨量分布由东南向西北递减，其变幅为390.6～531.3mm。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。多年平均气温为8.6℃，极端最高气温为38.3℃，极端最低气温为-27.1℃，≥10℃活动积温为3327.6℃,多年平均日照时数为2797h，无霜期为156天，蒸发量为1658.4mm，多年平均大风日数为27天，平均风速为2.6m/s。
该区域涉及陕西、内蒙古两省（区），包括榆林、延安、鄂尔多斯三个市，15个县（旗）。其中内蒙古自治区鄂尔多斯市的达拉特旗、准格尔旗、伊金霍洛旗；陕西省榆林市的府谷县、神木县、榆阳区、佳县、米脂县、子洲县、横山县、靖边县、绥德县、清涧县；延安市的安塞县、子长县。区域内总人口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45万人。农村人口居住分散，近23万人仍居住在生存条件极差的山区。到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，农民人均总产值为1464.2元。
2 区域治理方向研究
治理方向是有关区域治理宏观性、战略性的构想或意见。本项研究将黄河中游粗泥沙集中来源区治理方向定义为区域治理基本思路、目标、措施数量、布局架构及治理对策的通称。
2.1 治理基本思路
为加快该区的治理速度，需要召开以治沟骨干工程和拦泥库为重点，以淤地坝（系）为主体的小流域综合治理。重点突出治沟工程体系的滞洪、拦泥、淤地及在生态建设中的作用，还要配合召开坡面治理，实现快速、稳定、持续拦泥的目的。
2.2 区域减沙目标的确定
黄河中游粗泥沙集中来源区总面积18803km2，据观测资料分析，该区1954-1969年多年平均泥沙流失量为4.08亿t，平均输沙模数为21699t/km2.a，输沙模数与土壤侵蚀模数相接近，泥沙输移比接近1。根据《黄河近期重点治理开发规划》提出的到本世纪中叶年减沙8亿t的目标和黄河中游粗泥沙集中来源区输沙比例计算，区域治理年均应该拦减的入黄泥沙量为2.04亿t，占区域多年平均泥沙流失量4.08亿t的50%；年均应该拦减的粗泥沙量为0.305亿t，占区域多年平均粗泥沙流失量0.61亿t的50%。但是，因为该区是粗泥沙的集中产区，是构筑黄河粗泥沙第一道防线的核心。因此，年减沙目标应明显高于面上平均目标，在面上平均减沙目标的基础上，提高20-25%，年减沙目标为70-75%；粒径大于0.1mm的粗泥沙提高25-30%，年减沙目标为75-80%。按此计算，区域内年拦减泥沙量为3亿t，拦减粒径大于0.1mm的粗泥沙量为0.5亿t。
2.3 治理措施及其布局
为了在短期快速拦减泥沙，第一时间召开淤地坝（系）建设，集中力量建设治沟骨干工程、拦泥库和中型坝等快速拦泥工程。其次，在快速拦泥工程建设的同时，召开沟道工程的功能配套、结构配套、规模配套工程建设，建立完整的沟道治理工程体系。第三，在治沟工程建设的基础上，召开坡面措施建设，兴修水平梯田、造林、种草和召开封禁保护措施等，保障沟道工程长期、安全、稳定发挥效益。
2.3.1 淤地坝（系）数量及布局架构架构
据典型调查及治沟骨干工程标准，一般单坝控制面积为3-5km2，按此计算可建设治沟骨干工程1000-2000座，取1500座，分布在9条支流上，其中皇甫川221座，清水川9座，孤山川135座，石马川43座，窟野河160座，秃尾河26座，乌龙河17座，无定河645座，清涧河5座，其它238座。总控制面积为7521 km2，总库容为36.26亿m3，库容密度为48.2万m3/ km2，拦泥总量为48.95亿t，年拦泥量为1.63亿t，占该区域年产沙量的40.0%，拦泥年限为30.0年。
根据区域侵蚀产沙特点，该区域11条支流都可建设淤地坝（系）工程，淤地坝（系）重点应布设在各支流的一、二、三级支沟上，并优先布设水土流失最严重的区段。布设次序为：第一时间是窟野河支流神木－温家川区间和石马川流域支流；其次是窟野河中下游新庙－庙圪区间、佳芦河中下游杨路畔－石咀峰区间，清水川、乌龙河；第三是皇甫川、孤山川、秃尾河流域；第四是延河、无定河、清涧和其它直接入黄小支流。
2.3.2 拦泥库数量及其布局架构
据调查，该区域可建拦泥86座，分布在8条支流上，其中皇甫川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，延河3座。总控制面积为6582 km2，平均单库控制面积为30-375km2，总库容为38.75亿m3，库容密度为58.9万m3/ km2，拦泥总量为52.32亿t，年拦泥量为1.43亿t，占该区域年产沙量的35.0%，拦泥年限为36.6年。
根据区域侵蚀产沙特点，拦泥库应重点布设在各支流的干、支流上，并优先布设在该区域水土流失最严重的区段，布设次序为：窟野河下游的一级支流；佳芦河主沟及一级支流，窟野河中、下游左岸一级支流，清水川主沟及一级支流；皇甫川、秃尾河、孤山川；无定河上、中游一、二级支流，延河一、二级支流，无定河下游一、二级支流。
2.3.3 坡面治理措施数量及其分布
据韭园沟、孙家岔、高西沟、对岔等典型小流域资料分析，该区水平梯田分布密度较高地区的分布密度为32hm2/km2，面上按70%的折减系数折算后的建设密度为22.5hm2/km2，可兴修水平梯田4239km2。
该区一般土地均可开展草、灌，因此，影响区域林草建设的主要因素是人口密度与年总降水量及其在年内的分配等。大量研究说明，在土地数量一定的情况下，人口密度大的地区生产粮食所需要的土地多，同时用于林草建设的土地减少。据典型调查，宜林宜草建设密度分别为32hm2/km2、15 hm2/km2。届时造林面积可开展为6044km2，种草面积可开展2879km2。
按上述措施布局实施后，该区域可实现治坡措施13162km2，占区域总面积的70%，其中修建水平梯田为4239km2，占治坡措施面积的32.2%；造林为6044km2，占治坡措施面积的45.9%；种草面积为2879 km2，占治坡措施面积的21.9%。实现治坡措施拦泥量1.54亿t，占该区域年产沙量的37.7%。
根据区域侵蚀产沙特点、治理分区及治理措施适应性分析结果，并结合区域内人口的分布情况进行各项坡面治理措施的布局。水平梯田优先布设在该区域人口密度较大的区段，布设次序为：第一时间布设无定中、下游，延河上游一带；其次布设佳芦河中、上游，秃尾河中、下游，乌龙河；第三布设窟野河中、下游，石马川支流；第四布设孤山川中、下游和其它直接入黄小支流。各支流水平梯田布设在人口较密集的村庄附近。林草措施的布设与水平梯田相反，先布设各支流水土流失最严重的区域，且人口密度偏小的区段；后布设水土流失较轻，且人口密度大的区段。其布设次序是：第一时间布设窟野河、石马川支流；其次布设佳芦河、清水川、乌龙河支流；第三布设皇甫川、秃尾河、孤山川支流；第四布设延河、无定河、清涧河支流及其它区域。
3 实现区域减沙目标分析
从上述各项措施拦泥能力来看，都实现不了黄河减沙要求，因此，要实现黄河减沙目标，在措施布局时必需进行组合。
3.1 淤地坝(系)与拦泥库组合
淤地坝（系）建成并投入运用后，可拦蓄所控制7521km2区域的全部泥沙，年拦泥能力为1.63亿t；拦泥库建成并投入运用后，可拦蓄所控制6528km2区域的全部泥沙，年拦泥能力为1.43，区域两项措施年总拦泥能力达到3.06亿t，占该区域年流失量4.08亿t的75.0%。淤地坝（系）与拦泥库淤满后，有加高条件的可继续加高，若无加高条件的可增设溢洪道，从而保障沟道工程的安全运行。顺利获得沟道工程的建设，抬高了侵蚀基准面，稳定了沟床，加上坡面治理措施的实施，基本制止重力侵蚀的发生，长期拦泥效益达到70%是有保证的。实现了黄河拦泥目标（见表3-1）。
表3-1 黄河中游粗泥沙集中来源区治理措施拦泥效益分析表
名称 皇甫川 清水川 孤山川 石马川 窟野河 秃尾河 佳芦河 乌龙河 无定河 延河 清涧河 其它 合计
面积(km2) 3195 881 1268 241 4001 1088 932 101 5253 235 30 1578 18803
全沙(万t) 5783 1917 2655 780 10899 2083 2696 206 9454 403 52 3878 40800
粗沙（万t） 1300 300 359 89 2360 318 328 31 753 35 4 223 6100
拦泥库 数量(座) 15 7 5 0 21 13 9 13 3 0 0 86
控制面积(km2) 897 624 307 0 1975 655 1119 0 830 176 0 0 6582
库容(万m3) 51381 32380 15840 0 149118 40022 50758 0 40779 7248 0 0 387526
库容密度
(万m3//km2) 57.3 51.9 51.6 0 75.5 61.1 45.4 0 49.1 41.2 0 0 58.9
拦泥量(万t) 69364 43713 21384 0 201309 54030 68523 0 55052 9785 0 0 523160
拦泥年限(a) 42.7 32.2 33.2 0 37.4 43.1 21.2 0 36.9 32.4 0 0 36.6
淤地坝 控制面积(km2) 1420 36 610 180 972 126 0 76 2945 0 24 1133 7521
骨干坝(座) 221 9 135 43 160 26 0 17 645 0 5 238 1500
库容(万m3) 57100 1717 28374 12946 58822 5356 0 3445 117791 0 924 61897 362662
库容密度
(万m3//km2) 40.2 48.4 46.5 71.9 60.5 42.5 0 45.3 40 0 38.5 54.6 48.2
拦泥量(万t) 77085 2317 38305 17477 79409 7231 0 4650 159017 0 1248 83561 489593
拦泥年限(a) 30 30 30 30 30 30 0 30 30 0 30 30 30
小计 控制面积(km2) 2317 660 917 180 2947 781 1119 76 3775 176 24 1133 14103
库容(万m3) 108481 34097 44214 12946 207940 45378 50758 3445 158570 7248 924 61897 750188
库容密度
(万m3//km2) 46.8 51.7 48.2 71.9 70.6 58.1 45.4 45.3 42.0 41.2 38.5 54.6 53.2
拦泥量(万t) 146449 46030 59689 17477 280718 61261 68523 4650 214069 9785 1248 83561 1012753
拦泥年限(a) 34.9 32.1 31.1 30.0 35.0 41.0 21.2 30.0 31.5 32.4 30.0 30.0 33.1
梯田 面积(km2) 479 132 254 66 800 218 233 28 1576 59 8 386 4239
拦泥量(万t) 612 203 375 151 1539 295 476 40 2002 71 10 670 6494
造林 面积(km2) 1278 352 444 66 1400 381 233 28 1313 59 8 482 6044
拦泥量(万t) 1136 376 456 105 1873 358 331 28 1160 50 7 582 6439
种草 面积(km2) 479 132 190 36 600 163 186 15 788 47 6 237 2879
拦泥量(万t) 342 113 157 46 644 123 212 12 559 32 4 229 2461
小计 面积(km2) 2236 616 888 168 2800 762 652 71 3677 165 22 1105 13162
拦泥量(万t) 2089 692 989 302 4055 776 1019 80 3722 153 21 1481 15394
3.2 淤地坝（系）与治坡措施组合
淤地坝（系）建成投入运行后可拦蓄所控制面积的全部泥沙，年拦泥能力为1.63亿t；区域治坡措施的可能完成面积为13162km2，年拦泥量能力为1.54（实际进入沟道淤地坝中的泥沙为0.75）亿t。区域两项措施年总拦泥能力为2.29亿t，占区域多年平均泥沙流失量4.08亿t的56.1%,不能满足黄河减沙要求。
3.3 拦泥库与治坡措施组合
拦泥库全部建成并投入运行后，可拦蓄所控制区域的全部泥沙，年拦泥量为1.43亿t，可完成治坡措施13162km2，拦泥量为1.54亿（在治沟措施控制范围内沟道实际来沙量为0.66亿t），拦泥库与治坡措施年总拦泥量为2.20亿t，占该区域年流失量4.08亿t的53.9%，不能满足黄河减沙要求。
3.2.4 治沟措施与治坡措施组合
黄河中游粗泥沙集中来源区淤地坝（系）和拦泥库建成并投入运行后，将控制大部分来沙区域、特别是粗泥沙来源区域，加之加高维护和坡面治措施的实施，将使沟道工程能够长期、持续、安全地发挥拦减泥沙与生产的作用。区域淤地坝（系）、拦泥库和治坡措施的年拦泥能力为4.60亿t，足以满足和保证拦沙目标的实现。
4 结论
总之，根据快速拦减黄河粗泥沙和长期、稳定、持续发挥拦沙生产效益的要求，区域治理措施需要以小流域为单元，以支流为骨架，统一规划，根据不同治理区侵蚀地貌特点，统筹安排淤地坝（系）、拦泥库、治坡措施及其它治理措施及其不同措施组合。为了既节约投资，又达到快速拦泥的目的，在黄河中游粗泥沙集中来源区治理措施的布局上第一时间以治沟措施为主，也就是淤地坝（系）与拦泥库建设相结合，然后有计划、有目的地安排坡面治理措施，同时配套完善其它治理措施。坡面治理重点依靠生态自然修复为主，并加大水土保持监督执法力度，制止人为新增水土流失。
[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。
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