黄河中游水利水土保持措施减沙作用研究的回顾与展望

　　摘要：黄河中游水利水土保持措施减沙关系黄河治理战略全局,对其进行回顾和展望,可为目前开展的黄河综合规划修编提供重要参考。结果表明:1960—1984年,平均每年拦蓄泥沙约5亿t,其中干流水库1.0亿t(19.6%)、支流水库1.2亿t(23.5%)、灌溉引沙0.6亿t(11.8%)、淤地坝拦沙2.0亿t(39.16%)、梯田拦沙0.3亿t(5.9%);到20世纪80和90年代,这种减沙构成略有变化,总体来看,水利措施减沙比例变化不大,而水土保持措施拦沙比例有所减小;70—90年代,黄河中游年均减沙3亿t左右,目前,水利水土保持措施现状减沙约3.5亿～4.5亿t。展望水利水土保持措施减沙作用后认为:近年来,黄土高原水土流失地区暴雨强度较小,实测来沙量资料不能作为黄河综合规划修编中水土保持现状减沙效果计算的主要依据;由于未来黄河中游来沙量变化取决于多种因素的组合,因此,对未来水利水土保持措施减沙作用应持慎重和偏于安全的态度,并作为今后长期认真研究的问题。

　　关键词：水利工程;水土保持;减沙作用;回顾;黄河

　　黄河中游水利水土保持措施减沙作用研究,不仅是正确评估水利水土保持措施减少入黄水沙量,全面认识水资源开发利用对水沙条件的影响,而且是做好水土保持规划和流域规划的一项重要基础工作。

　　黄河是一条受人类活动影响严重的河流,有关单位和部门对水利水土保持措施减沙作用研究十分重视。早在20世纪40年代初期就开始了水土保持减沙效益的试验研究,此后,随着水土保持工作的开展和黄河治理规划工作的需要,黄河水利委员会和有关单位,曾多次组织大量人力进行水利水土保持措施减沙效益的研究。20世纪70年代以来,特别是80年代,黄河来水来沙明显减少,引起了社会各界的关注。1986年6月,中国水利学会泥沙专业委员会和黄委会在郑州联合召开了“黄河中游近期水沙变化情况研讨会”。在这次会议的推动下,1987年,水利部拨专款设立了“黄河水沙变化研究基金”(以下简称水沙基金),进行了一、二期黄河水沙变化研究,与此同时,黄委会黄河流域水土保持科研基金“黄河中游多沙粗沙区水土保持减水减沙效益及水沙变化趋势研究”、国家自然科学基金“黄河流域环境演变与水沙运行规律研究”、“八五”国家重点科技攻关项目“黄河中游多沙粗沙区水沙变化原因及发展趋势”专题以及黄委会多项专题等都对黄河中游水利水土保持措施减水减沙效益进行了大量研究,在暴雨产流产沙规律和水利水土保持措施减水减沙效益研究方面取得了一批新成果;但由于降雨过程的多变性、水利水土保持措施的多样性以及地面物质形态(特别是其他人类活动改变下垫面)的复杂性,加之基本资料的准确性及计算方法不够完善等诸多原因,对水利水土保持措施减沙作用认识上还存在一定分歧,特别是一些新情况、新问题还在不断发生和发展,对现阶段减沙作用尚需作进一步分析论证。

　　目前,黄河水利委员会正在进行黄河综合规划修编,有关单位正在进行现状水土保持减沙作用和未来水土保持减沙目标的研究。笔者结合多年从事的水利水土保持措施减沙作用研究,对此项研究工作进行一些回顾与展望,供水土保持规划和流域规划参考。

　　1、水利水土保持措施减沙作用研究的回顾与评价

　　20世纪50年代初期,围绕三门峡水库的泥沙问题,黄河规划委员会(当时在北京)对水土保持、拦泥库工程的减沙作用及减沙速度进行了估计。苏联专家认为“凡是发动群众去做的工作,其速度及效果不宜估计过高”,当时,中国专家偏于乐观,认为一二十年内黄河输沙量可以减少1/2以上,事实证明,这样的估计不切实际,教训深刻。20世纪70年代以来,特别是80年代,黄河来水来沙明显减少,引起了社会各界的关注。黄委会和有关单位对黄河中游水利水土保持措施减水减沙效益进行了大量研究,在水利水土保持措施减水减沙效益研究方面取得了丰硕成果。

　　1.120世纪70、80年代(前期)水利水土保持措施减沙作用研究成果分析评价

　　20世纪初设立的试验小流域,到70年代,通过水文观测资料证实,各项水利水土保持措施能有效地拦截泥沙。由试验小流域(绥德韭园沟、西峰南小河沟、离石王家沟、延安大砭沟、天水吕二沟)治理资料可知,当综合治理程度达到30%～60%时,可减水24%～56%,减沙52%～97%。

　　70年代初期,通过水文观测资料分析,一些较大流域,如无定河(3万261km2)、汾河(3万9471km2)、清水河(1万4481km2)、大黑河(1万7673km2)等实施水利水土保持措施后,河流输沙量也表现出明显减少趋势。

　　为探讨黄河中游近期(1970—1984年,以下同)水沙变化情况,中国水利学会泥沙专业委员会和黄委会于1986年6月24日至27日,在郑州联合召开了“黄河中游近期水沙变化情况研讨会”。主要结论与观点归纳如下。

　　1)1970—1984年,黄河中上游地区实测平均径流量较1950—1969年减少66.3亿m3,减少了14.8%,输沙量减少5.84亿t,减少了33.7%,相应地降雨量减少了11.0%。其中,河口镇至龙门区间减少最多,减沙38.8%,减水36.0%,降雨量减少14.5%。说明近十几年来,降雨减少和水利水土保持措施的蓄水拦沙作用是黄河水量、沙量减少的主要原因。1970年以来,黄土高原进入少雨期,年平均降雨量较前期减少10%～15%,日降雨量大于50和100mm的次数也减少,同时,各项水利水土保持措施也起到了重要作用。

　　2)1960—1984年,平均每年拦蓄泥沙约5.1亿t,其中每年干流水库拦蓄1.0亿t,支流水库拦蓄1.2亿t,灌溉引沙0.6亿t,淤地坝拦沙2.0亿t,梯田拦沙0.3亿t;但需指出,拦蓄的泥沙并不直接等于减少的入黄泥沙。张胜利等用水文法与水土保持法分析,得出1971—1983年黄河上中游水利水土保持措施减沙3亿t。

　　3)熊贵枢用“比较不受影响和受影响河流的相似泥沙过程方法”,求得1970—1984年黄河流域水利水土保持措施平均每年减少泥沙2.97亿t;陈枝霖采用“1960年前后2个时段各站天然年均径流量的差值,乘以工程修建后相应的年平均含沙量”的方法,求得1960年以来黄河上中游工程及其他措施反映在龙、华、河、状4站的年均减沙量为1.5亿～3.0亿t。经“黄河中游近期水沙变化情况研讨会”领导和专家讨论,对黄河中游水利水土保持措施减沙3.0亿t取得了共识,并被黄河治理规划采用。

　　1.220世纪80、90年代水利水土保持措施减沙作用研究成果分析评价

　　水利水土保持措施减沙作用研究属基础性应用研究范畴,需要持续不断地研究;因此,自1986年“黄河中游近期水沙变化情况研讨会”取得水利水土保持措施减沙3.0亿t共识后的20多年间,黄委会和有关单位又进行了大量研究,其中代表性的成果有水利部水沙变化研究基金的研究成果和黄河水利科学研究院为黄河流域(片)防洪规划所作的“黄河中游水土保持减沙作用分析”。

　　1.2.1水利部第2期水沙变化研究基金“水利水土保持减沙研究”成果分析评价综合第2期水沙基金研究成果,将黄河中上游各时期水利水土保持减沙量。可见,1960—1996年,龙门、河津、张家山、状头、咸阳5站合计年均减沙4.511亿t,其中水利工程减沙2.166亿t,占48.1%,水土保持减沙2.754亿t,占61.4%。水土保持减沙量大于水利工程减沙量,从不同年代减沙量来看,各种措施总减沙量是逐年增加的,而水利工程减沙量在90年代有所减少。

　　同时,该研究还对1970年后黄河中上游水利水土保持工程减沙量进行了计算,若以50、60年代为基准期(实际上60年代水利水土保持工程减沙作用已达2.47亿t),计算1970年后的水土保持工程减沙量,还原计算成果见表3。可以看出,1970—1996年与50、60年代相比,5站年均减沙量为3.077亿t。

　　1.2.2黄河水利科学研究院“黄河中游水土保持减沙作用研究”成果分析评价1999年,在进行黄河流域(片)防洪规划时,黄河水利科学研究院承担了“黄河中游水土保持减水减沙作用分析”课题,在收集、整理、核实水利水土保持措施数量的基础上,按干流水库、支流水库、大型灌区、水土保持措施、人为增沙、河道冲淤等分项计算,用求其代数和的方法,估算了20世纪80、90年代黄河中上游水利水土保持措施的减沙量。

　　80年代黄河中上游(龙华河状4站以上)水利水土保持措施年均减沙量4.190亿t,其中水土保持措施年均减沙量1.466亿t,占总减沙量的35.1%;在水土保持措施中,坝地减沙量最大,年均减沙量1.260亿t,占水土保持措施减沙量的86.0%;造林、种草、梯田仅占14.0%。

　　90年代黄河中上游水利水土保持措施年均减沙量为3.922亿t,较80年代有所减少,其中水土保持措施年均减沙量1.426亿t。

　　1.2.3近期水土保持减沙作用分析评价黄河上中游管理局2009年2月对黄河流域水土保持规划(修编)水利水土保持措施现状减沙作用进行了初步分析论证②,在总结分析了中国科学院水利部水土保持研究所科考报告及其他研究成果后认为:按照20世纪80和90年代保守的治理减沙关系(1万km2治理面积减沙0.2亿t)计算,21.5万km2减沙4.3亿t;已建骨干坝控制面积约1万km2,按侵蚀模数5000t/(km2·a)计算,骨干坝每年拦沙约0.5亿t;2项合计,黄河流域水利水土保持措施现状减沙的保守量为每年4.8亿t。因此,黄河上中游管理局认为,截至2005年底保守计算的水利水土保持措施现状减沙量取4.5亿～5.0亿t较为合适。

　　对于黄河上中游管理局提出的水利水土保持措施现状减沙4.5亿～5.0亿t的成果,黄河水利委员会科学技术委员会进行了专家咨询,被咨询专家一致认为,鉴于资料和时间问题,提出的现状减沙分析资料比较单薄,论证不够充分。专家组充分讨论后认为,水利水土保持措施减沙问题十分复杂,现有各家研究分析成果采用的资料系列、计算方法各异,考虑的因素不尽相同,得出的结果也有一定差异,都有一定的道理,但也有一定的局限性。综合考虑以往研究成果、现有水利水土保持措施拦沙作用的衰减情况以及气候因素对减沙作用的影响,黄河水利委员会科学技术委员会认为,水利水土保持措施现状减沙效果为3.5亿～4.5亿t较为合适,在计算中视具体情况可采用4.0亿t。