黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的淤地拦沙效益分析_焦菊英
淤地坝建设对改善黄土高原区域环境的影响(一)
淤地坝建设对改善黄土高原区域环境的影响(一)摘要：淤地坝是治理黄土高原水土流失的主要措施之一，可以改变微地貌，增加良田面积，有效拦截泥沙，防止沟道侵蚀，减少水土流失，能有效拦蓄洪水，减少灾害，提高水资源的利用率，有利于区域植被的恢复改善生态环境。
还可以坝代路，便利交通。
关键词：淤地坝建设区域环境黄土高原一、黄土高原区域环境特征黄土高原是我国乃至世界上水土流失最严重的地区，在内外侵蚀营力作用下，形成黄土高原沟壑纵横、峁梁密布、支离破碎、地形起伏剧烈的地貌特征，沟壑密度可以达到３．４７～５．１０ｋｍ／ｋｍ２。
据不完全统计，仅陕北地区长度在１ｋｍ以上的沟道就达近３万条。
该区以干旱、半干旱气候为主，气候干燥，四季分明，降雨集中，且多以暴雨形式出现。
由于恶劣的自然环境，再加上剧烈的人类活动，使得天然植被遭到破坏，造成严重的水土流失，自然灾害频繁，人民生活贫困。
淤地坝不仅具有防洪、拦泥、增产、淤地等功效，而且在改善农村生态环境等方面的作用也非常显著。
二、淤地坝建设对区域环境的影响淤地坝修建于沟道中，大型淤地坝坝高在３０ｍ以上，小型坝也在５ｍ以上，淤地坝的建设，改变了原沟道自然条件。
据无定河普查资料，黄土丘陵区小流域面积在３～５ｋｍ２的沟道自然比降一般为３．５％左右，而淤地坝建成后的沟道比降为０．８％。
淤地坝不但稳定了沟床，防止了沟蚀的发展，而且在沟道中形成山间小平原，有利于实现机械化和水利化，有利于农业生产。
１．改良土壤，增加良田面积该区剧烈的水土流失，不仅严重地阻碍了当地农业生产的发展，而且使耕地面积逐年减少，成为影响区域环境的重要因素。
淤地坝一般修筑于干沟和支毛沟，支毛沟多为荒沟，增地作用明显，土壤水肥条件较好。
据统计，淤地坝土壤的含氮量是坡地的１．２倍，磷是坡地的４倍，钾是坡地的５．２倍，有机肥是坡地的１．２５倍，土壤含水量是坡地的２．５倍。
２．有效拦泥、防止沟道侵蚀减少水土流失淤地坝不仅可以拦截大量的泥沙，而且可有效防止沟道侵蚀。
黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展
第37卷第6期2023年12月水土保持学报J o u r n a l o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .37N o .6D e c .,2023收稿日期:2023-05-18资助项目:国家自然科学基金项目(52179024,U 2040208) 第一作者:蒋凯鑫(1994 ),男,博士生,主要从事旱区水循环机理及水文模型研究㊂E -m a i l :j i a n g k a i z n @q q .c o m 通信作者:莫淑红(1972 ),女,博士,教授,主要从事水文水资源研究㊂E -m a i l :m o s h u h o n g@x a u t .e d u .c n 黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展蒋凯鑫1,莫淑红1,于坤霞1,李占斌1,2(1.西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室,西安710048;2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100)摘要:淤地坝是黄土高原地区水土流失治理中行之有效的沟道治理措施,其通过滞洪拦泥淤地的方式在减沙减蚀方面发挥着至关重要的作用㊂随着流域生态保护的日趋科学合理,有必要对淤地坝在不同阶段的拦沙量进行定量准确分析,以评估其在水土流失治理中真实具体的效益,为黄河流域高质量发展的精准施策提供参考依据㊂通过查阅国内外淤地坝相关研究,结合野外调查采样㊁室内上机测试以及后续相关研究经验,系统总结归纳当前淤地坝拦沙量分析的实地调查㊁地形测绘法㊁数理归因法㊁成因分析法㊁权重系数法㊁模型模拟法和指纹识别技术7种方法,阐述各方法原理㊁步骤㊁适用性㊁需要解决的问题等,并对未来淤地坝拦沙量分析进行展望,以期能为进一步精准定量分析淤地坝拦沙量提供参考㊂关键词:淤地坝;拦沙量;黄土高原;黄河中游中图分类号:S 157.1 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2023)06-0001-10D O I :10.13870/j.c n k i .s t b c x b .2023.06.001R e s e a r c hP r o g r e s s o nS e d i m e n tR e t e n t i o nA n a l ys i sM e t h o d s o f Y u d i b aD a m s i n t h eL o e s sP l a t e a uJ I A N G K a i x i n 1,MOS h u h o n g 1,Y U K u n x i a 1,L I Z h a n b i n 1,2(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f E c o -h y d r a u l i c s i nN o r t h w e s tA r i dR e g i o no f C h i n a ,X i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,X i a n 710048;2.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g o n t h eL o e s sP l a t e a u ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100)A b s t r a c t :Y u d i b ad a m s e r v e sa sa ne f f e c t i v e m e a s u r ef o rc o n t r o l l i n gg u l l y e r o s i o na n d m i t i g a t i n g s o i l a n d w a t e r l o s s i n t h eL o e s s P l a t e a u .I t s r o l e i n r e d u c i n g s e d i m e n t y i e l d a n d t r a n s p o r t i nw a t e r s h e d s i s a c h i e v e db y t e m p o r a r i l y o b s t r u c t i n g o r s l o w i n g d o w n f l o o d w a t e r s ,t h e r e b y r e t a i n i n g s e d i m e n t a n d p r e v e n t i n g s i l t i n g i n t o t h e r i v e r .W i t h t h e e c o l o g i c a l p r o t e c t i o no f t h e b a s i nb e c o m i n g m o r e a n dm o r e s c i e n t i f i c a n d r e a s o n a b l e ,i t i s n e c e s s a r y t o q u a n t i t a t i v e l y a n d a c c u r a t e l y a n a l y z e t h e s e d i m e n t r e t e n t i o n o fY u d i b a d a m s i n d i f f e r e n t s t a g e s i n o r d e r t o e v a l u a t e t h e i r r e a l a n ds pe c if i cb e n e f i t s i nt h ec o n t r o l o fw a t e ra n ds o i l l o s s ,w h i c hc a n p r o v i d ea r e f e r e n c e f o r t h e p r e c i s e i m p l e m e n t a t i o n o f h igh -q u a li t y d e v e l o p m e n t i n t h eY e l l o wR i v e r B a s i n .B y c o n s u l t i n g t h e l i t e r a t u r e a n d d a t a o f r e l a t e d r e s e a r c ho nY u d i b a d a m s a t h o m e a n d a b r o a d ,c o m b i n e dw i t h f i e l d i n v e s t i ga t i o n a n ds a m p l i n g ,l ab o r a t o r y i n s t r u m e n tt e s t i n g a n ds u b s e q u e n tr e l a t e dr e s e a rc he x p e r i e n c e ,t h i s p a p e rs y s t e m a t i c a l l y s u m m a r i z e s s e v e n m e t h od s f o ra n a l y z i n g t h ese d i m e n t r e t e n t i o no fY u d i b ad a m s :f i e l d i n v e s t ig a t i o n ,t o p o g r a phi c m a p p i n g m e t h o d ,m a t h e m a t i c a la t t r i b u t i o n m e t h o d ,c a u s ea n a l y s i s m e t h o d ,w e i g h tc o e f f i c i e n t m e t h o d ,m o d e l s i m u l a t i o nm e t h o da n dd a t i n g a n a l y s i s i nf i n g e r p r i n t i d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y .T h e p r i n c i p l e ,s t e ps ,a p p l i c a b i l i t y a n d p r o b l e m s t ob e s o l v e do f e a c h m e t h o da r ed e s c r i b e d ,a n d t h e f o l l o w -u p s e d i m e n t r e t e n t i o n a n a l y s i s o fY u d a iD a mi s p r o s p e c t e d ,w i t hav i e wt o p r o v i d i n g r e f e r e n c ef o rf u r t h e ra c c u r a t e q u a n t i t a t i v e a n a l ys i s o f s e d i m e n t r e t e n t i o no fY u d i b ad a m s .K e y w o r d s :Y u d i b ad a m ;s e d i m e n t r e t e n t i o n ;L o e s sP l a t e a u ;m i d d l e s t r e a mo fY e l l o w R i v e r 黄河是全世界泥沙含量最高㊁治理难度最大㊁水害最严重的河流之一[1],其泥沙问题始终是热点研究问题[2]㊂新中国成立以来,在党和国家高度重视下,黄河水沙治理取得显著成效[3-4]㊂作为黄河流域的重要组成部分[5],中游黄土高原地区贡献入黄泥沙近90%[6],是我国最严重的水土流失与生态环境脆弱区[7]㊂众多研究[8-10]表明,人类活动是黄河中游黄土高原地区近年来入黄泥沙锐减的主导因素㊂作为黄土高原地区人民群众,在长期同水土流失斗争实践中创造出可滞洪拦泥㊁淤地造田的水土保持沟道治理工程,淤地坝对控制侵蚀㊁减少入黄泥沙发挥着重要作用[11]㊂近年来,党和政府在政策等方面给予足够支持,特别是于2019年9月18日在郑州召开的黄河流域生态保护和高质量发展座谈会[12],2022年4月2日通过‘水利部国家发展改革委关于印发黄土高原地区淤地坝工程建设管理办法的通知(水保 2022 162号)“[13],2022年10月30日通过并自2023年4月1日起施行的‘中华人民共和国黄河保护法“[14],再次说明淤地坝工程对于减少黄河中游黄土高原地区入黄泥沙的重要性已毋庸置疑㊂淤地坝作为治理黄土高原地区水土流失的关键措施之一,其拦沙的准确计算是评估淤地坝减沙效益的重要衡量指标且对该地区水土流失治理㊁淤地坝安全运行管理㊁黄河水沙变化等相关研究均有实际指导意义㊂近年来,众多学者[5,8,10]对淤地坝拦沙作用及其对输沙变化的贡献率方面开展相关研究并取得大量成果,但就淤地坝拦沙量分析方面来说,多数成果[9-10]在研究区域㊁研究时段㊁研究方法㊁淤地坝类型㊁资料来源等方面均存在较大差异,难以直接对比㊂因此,从黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法的角度切入,对相关成果进行总结归纳,以期为深入理解黄河中游黄土高原地区的输沙量变化以及淤地坝实际效益提供一定的参考㊂1淤地坝总拦沙分析方法1.1实地调查法当前,黄土高原地区淤地坝相关数据源[15]基本均来自于实地调查㊂第一次全国水利普查,其数据截止时间为2011年年底,给出的骨干坝统计指标包含坝名㊁总库容㊁已淤库容㊁控制面积㊁坝高㊁坝长㊁经纬度等,但无 建坝时间 信息㊂近年来,黄河水利委员会完成以服务于淤地坝防汛安全检查为目的的统计资料,其统计的骨干坝信息包括坝名㊁总库容㊁设计拦沙库容㊁控制面积㊁经纬度,但无截至目前的淤积总量信息和相关省(自治区)的逐年淤地坝年报数据㊂1990年以来,黄河水利委员每年下达的淤地坝建设任务㊂2022年黄河水利委员会完成黄土高原中型以上淤地坝首次大规模系统风险隐患排查,其数据截至2020年年底,排查结果显示,黄土高原地区有16788座中型以上淤地坝,其中大型坝6265座㊁中型坝10523座㊁下游有人淤地坝1356座[16]㊂2000年以来,黄河中游淤地坝大规模详查主要有黄河上中游管理局组织实施的涉及陕甘宁晋及内蒙古5个省(自治区)的黄河中游多沙粗沙区水利水土保持工程现状调查,截止时间为1999年;水利部组织实施的黄土高原淤地坝安全大检查专项行动,其数据截止时间为2008年;第一次全国水利普查[17],其数据截止时间为2011年,其中各省(自治区)淤地坝数量见表1,共有淤地坝58446座,淤地面积927.57 k m2,其中库容50万~500万m3的治沟骨干工程5655座,总库容57.01亿m3㊂此外,部分行政区也对辖区内进行淤地坝详查,2014年底,内蒙古鄂尔多斯市启动全市范围内淤地坝拦蓄泥沙效益调查及隐患排查工作,经统计,全市共完成淤地坝调查1616座(有23座损毁),累计淤积泥沙量1.38亿m3,占设计拦泥库容的28%㊂实地调查内容包括淤地坝的数量㊁建成时间㊁库容和已淤积库容等,具有较强的可信度㊂但此方法耗时耗力耗财,外加黄土高原地区淤地坝数量过于庞大,特别是中小型淤地坝,很难做到事无巨细,同时调查间隔时间较长也导致错过淤地坝中途发生的变化㊂表1第一次全国水利普查各省(自治区)淤地坝数量省(自治区)淤地坝数量座数/座比例/%淤地面积面积/k m2比例/%治沟骨干工程数量座数/座比例/%总库容库容/(万m3)比例/%山西1800730.81257.5127.76111619.7392418.016.21内蒙古21953.7538.424.1482014.5089810.415.75河南16402.8130.833.321352.3912470.32.19陕西3325256.89556.9060.04253844.88293051.651.41甘肃15712.6923.882.575519.7438066.46.68青海6651.140.720.081703.019622.11.69宁夏11121.9018.972.053255.7534630.66.07新疆40.010.340.04////合计58446100.00927.57100.005655100.00570069.4100.00注:淤地坝常按库容划分为大型淤地坝㊁中型淤地坝和小型淤地坝㊂大型淤地坝一般由坝体㊁放水建筑物和泄洪建筑物及配套工程组成,而小型淤地坝一般仅包括坝地[18];此处治沟骨干工程,也称骨干坝,等同于2021年2月28日实施的‘淤地坝技术规范“中的大型淤地坝㊂2水土保持学报第37卷1.2地形测绘法地形测绘法借助淤地坝所处沟道的实测地形图或采用3S技术等提取淤地坝信息并对沟道进行概化或地形插值后,结合不同年份的坝地淤积高程,利用棱台或圆台等体积计算公式估算淤地坝的总淤积泥沙量㊂弥智娟等[19]在皇甫川流域内,采用地形图㊁T M 影像㊁G o o g l eE a r t h影像等多源数据,利用遥感及G I S技术提取流域内淤地坝座数㊁位置㊁坝控面积等主要信息,结果表明基于多源数据的淤地坝主要信息提取技术可行且准确;马煜栋等[20]在无定河流域(榆林地区)内,采用卫星影像㊁踏勘㊁资料收集等方式,利用3S技术提取流域内淤地坝座数㊁位置㊁水面和坝控面积等主要信息,结果显示,研究区内所解译出的疑似淤地坝图斑1257个,主要分布在下游区域且沟道内多为水域或耕地;魏艳红等[21]在延安市安塞区马家沟流域内,概化淤地坝地形图等高线之间的立体形状为圆台,以高程为自变量㊁等高线间体积为因变量得到淤地坝库容曲线,进而依据实测淤积高程㊁面积得到淤地坝已淤泥沙量;Z e n g等[22]在黄土高原地区选取102条无坝沟道,借助无人机摄影测量建立D E M(分辨率为0.12~0.24m),通过淹没分析对无坝沟道淤地坝修建及泥沙淤积进行研究,并对地形因子和拦沙量进行量化,进一步基于回归分析建立不同的淤地坝拦沙量估算模型,并验证模型的准确性,结果表明,该方法在黄土高原地区具有较好的适用性,能准确计算不同尺度淤地坝拦沙量;F a n g等[23]基于多源遥感数据的面向对象分类方法,获取黄土高原淤地坝的空间分布,然后结合无人机摄影测量和虚拟淤地坝建设进而建立经验公式,以此关联泥沙淤积面积和泥沙量,之后基于从地表到深层测量的土壤容重数据,进一步估算每个淤地坝相对应的泥沙淤积量,结果显示,黄土高原地区50226座淤地坝总计拦截约102亿t泥沙,相当于1970 2020年黄河输入渤海湾泥沙量的46%,表明淤地坝是黄河输沙量急剧减少的主要原因㊂近年来,地球物探技术也被引入淤地坝库容确定的工作中㊂F a n g等[24]在黄土高原地区选取6个典型淤地坝,通过高密度电阻率测量系统(e l e c t r i c a l r e s i s t i v i t y t o m o g r a p h y,E R T)反演淤地坝库容地形,并结合挖掘淤积剖面㊁钻孔采样等方式进行验证,结果表明E R T具有较高精度(95.7%),可作为新方法估算淤地坝(特别是无资料地区的淤地坝)已淤积泥沙量;王韵等[25]选取宁夏西吉县一座小(二)型水库,利用探地雷达(g r o u n d p e n e t r a t i n g r a d a r,G P R)对坝前已淤泥沙进行探测试验,结果表明,G P R可以较好反映原河床上方的淤积泥沙轮廓及分层特征㊂该方法计算准确性依赖3点:一是高精度的D E M㊂相比传统方法,通过机载L i D A R快速获取流域高精度D E M的方法越来越可行,而对机载L i D A R 原始点云进行插值的算法的成熟,使该方法真正被广泛应用㊂李朋飞等[26]在董庄沟流域内,分别选用反距离加权插值法㊁克里金插值法㊁自然邻域插值㊁样条插值㊁趋势面插值㊁不规则三角网等6种插值方法对机载L i D A R原始点云进行插值分析显示,在点云密度较大时(39~77点/m2),各插值方法差异不大,点云密度较小时(1~19点/m2),缓坡和陡坡最优插值为自然邻域插值和不规则三角网,点云密度较大时(39~77点/m2),缓坡和陡坡最优插值均为样条插值㊂高精度D E M对计算流域时段始末的产输沙具有较好的效果㊂谢有忠等[27]在台湾省兰阳溪中上游区域,利用台风前后2次高精度空载激光雷达获取D E M数据(分辨率为2m),应用高程差值分析河道地形变化,结果显示,高精度D E M在分析河道地形变迁和泥沙沉积方面效果极佳;代文等[28]在黄土高原窑家湾小流域内,利用2期(2006年㊁2019年)分辨率为1m的D E M数据,分析得到流域输沙空间分布,结果显示,基于高精度的D E M数据的空间输沙模型可高效便捷得到流域输沙空间分布㊂二是沟道地形插值方法㊂黄土高原沟道具有较多不规则的横截面,直接采用几何法估算会导致结果误差偏大㊂支再兴等[29]在王茂沟流域内,选用分辨率为2m的D E M数据,采用四阶带参H e r m i t e插值法重建流域淤地坝修建前的沟道地形,结果表明,相比三阶H e r-m i t e插值方法,重建沟道精度可提高15%㊂三是坝地淤积泥沙在不同深度的容重㊂潘明航[30]通过对皇甫川流域罕将沟淤地坝深度和容重进行分析发现,在采样深度(9.79m)内,淤积泥沙容重与深度的对数呈线性关系;曾奕[31]对沙堰沟小流域坝地泥沙淤积剖面容重和深度进行分析发现,在深度<12.7m时,容重随深度增加而增大,呈线性关系;深度ȡ12.7m 时,容重为一稳定值,即1.56g/c m3㊂此方法无法计算逐时段拦沙,而淤地坝的逐时段拦沙对深入分析黄河中游水沙变化的阶段特征具有重要意义㊂2淤地坝逐时段拦沙分析方法2.1数理归因法数理归因法多为仅考虑气候变化和人类活动建立在数理统计分析基础上的 黑箱 模型,如水文法㊁累积斜率法㊁双累积曲线法等,通过划分基准期(认为此时段内人为干扰对水沙的影响可忽略)和变化期,然后在基准期建立降水 径流㊁降水 输沙相关关系,之后将变化期的降水带入基准期构建的降水 径流㊁降水 输沙数学模型获得变化期没有人为干扰的情况下径流㊁输沙模拟值,而后认为其与变化期对应3第6期蒋凯鑫等:黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展的径流㊁输沙实测值间的差值是人类活动造成的减水减沙量㊂该方法虽直观㊁简便,但难以分离出各项水土保持措施的减水减沙贡献率,为此可考虑作为输入地表征气候变化的降水㊁蒸发等㊁表征人类活动的各项水利水保措施㊁植被覆盖度等与作为输出的流域径流输沙的数理归因方法得到发展应用㊂李晓乐等[32]以1960 2015年大理河流域为研究对象,选取代表气候变化的降水㊁潜在蒸散发和代表人类活动的水土保持措施梯田㊁林地㊁草地㊁淤地坝,基于G a m l s s模型定量分析各因素对流域输沙量变化的贡献率,结果表明,相比基准期(1960 1970年),变化期Ⅰ(1971 2002年)淤地坝减沙贡献率为43%,变化期Ⅱ(2003 2015年)为36%;钟雪[33]在延河流域内,选取耕地面积㊁农村人口㊁城镇化率㊁总产值㊁人均收入差距㊁淤地坝累计拦沙量㊁七八月总降水量,对各因子标准化后采用多元回归分析等方法,对流域1981 2016年输沙进行拟合表明,对流域输沙影响最大的依次是人均收入差距(总效应2.19)㊁淤地坝累积拦沙量(1.53);李磊磊[34]在窟野河流域内,经趋势突变检验将水沙变化划分为1980 1998年和1999 2017年2个阶段,选取降水㊁退耕还林(耕地面积㊁植被覆盖)㊁水保措施(淤地坝)㊁经济(水保投入比例)和农村人口,采用系统动力学V e n s i m软件定量分析各因子对流域输沙变化的贡献率表明,1980 1998年㊁1999 2017年人类活动均占据主导作用,其中淤地坝贡献占比分别为18.9%,14.1%㊂该方法在数理统计的基础上,主要获取淤地坝对流域水文站输沙变化的贡献率,间接得到淤地坝对整个流域的减沙量(非淤地坝坝地实际拦沙量)㊂该方法存在4个问题:一是可提供水文要素实测值的水文站的控制流域与流域下垫面按类型所划分区域不匹配,造成在包含多种土壤侵蚀类型区的流域内仅建立1个降水 径流(降水 输沙)相关关系很难反映流域内实际情况的局面㊂二是降雨资料与实际流域降雨信息不匹配㊂当前研究的降雨资料主要来自国家气象科学数据中心(h t t p://d a t a.c m a.c n/),时间分辨率多为日㊁月㊁年,雨量站站网密度除在个别需要满足科研生产需要的流域(如岔巴沟流域,流域面积205k m2,布设11个雨量站)外,难以满足水文站网规划技术导则[35],而黄土高原地区汛期(6 9月)降水占全年的70%,且主要形式为短历时强降水[36-38],其中极端降雨事件对该地区的产输沙具有更为深重的影响[39]㊂三是对存在极端雨洪事件的年份的水文要素模拟误差过大,且近年来,黄河中游极端事件发生频次的明显提高[40]又促使误差进一步变大㊂四是降水因子在变化期发生变化㊂C a i等[41]利用采自吕梁山中北部多地树轮宽度等资料重建黄土高原地区1773 2020年共计248年的水文年降水序列分析表明,黄土高原地区经历4个相对干旱期和4个相对湿润期,其中1910 1932年和1796 1806年分别是最干旱和最湿润的时期;在10年尺度上,20世纪20年代和21世纪10年代分别是最干旱和最湿润的10年,而在100年尺度上,19世纪相对湿润,20世纪相对干旱;虽然20世纪下半叶降水呈显著减少趋势,但其在21世纪初期得到扭转并逐渐变得湿润, 2014 2020年是过去250年中第2个最湿润时期㊂2.2成因分析法成因分析法,即 水保法 ,通过对水土保持试验站(如隶属于黄河上中游管理局的天水㊁西峰㊁绥德水土保持科学试验站)径流小区观测资料的分析来确定淤地坝单位坝地拦沙量,进而对已核实的各时段淤地坝坝地面积与对应单位坝地拦沙量指标的乘积进行求和,即得流域内淤地坝逐时段拦沙量㊂冉大川等[42]在大理河流域内对1960 2002年不同类型淤地坝减沙效应研究发现,现状条件下大理河流域小型淤地坝㊁中型淤地坝和大型淤地坝(含骨干坝)的减沙指标分别为60140,94660,152825t/h m2;冉大川等[43]在西柳沟流域,依据地区相似性原则,结合西柳沟流域自身情况指出,1990 2010年流域内淤地坝坝地适当修正的减沙指标为650t/h m2,淤地坝坝地拦蓄泥沙量为24.7万t㊂该方法计算简洁,但计算结果的准确性取决于单位坝地拦沙量指标和坝地面积是否能反映实际情况,其中单位坝地拦沙量指标取决于2个方面因素:一是流域内地貌类型及水土流失特点的差异㊂无定河流域可划分为河源涧地区㊁风沙区㊁黄土丘陵沟壑区3个水土流失类型区㊂二是淤地坝种类㊂按淤地坝和下游沟道的连通方式[44]可以分为不连通㊁通过溢洪道连通㊁通过竖井或卧管连通㊁通过溢洪道和竖井或溢洪道和卧管连通㊁通过竖井或卧管与溢洪道连通㊁通过坝体损毁的豁口连通㊁通过排水渠连通㊁通过排水渠 竖井连通㊁通过排水渠 溢洪道连通㊁通过排水渠 竖井和溢洪道连通㊁通过排水渠一坝体损毁豁口连通11类㊂坝地面积取决于不同类型淤地坝统计结果的准确性和每一座淤地坝坝地面积统计结果的准确性两方面因素㊂2011年第一次全国水利普查重新界定 坝地面积 为在沟道拦蓄工程上游因泥沙淤积形成的地面较平整的可耕作土地,而 已淤地面积 专指淤地坝拦蓄泥沙淤积形成的地面较平整的可耕作土地㊂ 坝地面积 中的一部分是由 已淤地面积 转化而来,但还包括台地等其他类型坝地㊂在此之4水土保持学报第37卷前,不同来源的淤地坝统计信息中对 已淤地面积 的定义存在较大差异,甚者还包括河道内的川台旱地㊂本文采用 坝地面积 的说法且其与 已淤地面积 内涵一致㊂2.3权重系数法权重系数法依据坝控流域产沙量与坡度㊁植被覆盖度和土壤可蚀性因子等显著相关[45],淤地坝拦沙取决于坝控流域内土壤侵蚀模数㊁拦沙效率的原则,多借助刘宝元等[46]利用黄土高原地区径流小区实测资料建立的中国土壤流失方程(C h i n e s eS o i lL o s s E q u a t i o n,C S L E),选取影响淤地坝坝控流域内产输沙的主要因子,计算逐年权重系数反推淤地坝的逐年拦沙量;王云毅[47]在黄土高原 十大孔兑 之一的罕台川流域内,对流域内具有拦沙能力的淤地坝按照已淤泥沙与已淤年限的比值得到,流域内淤地坝从建成年至2013年单坝的年均拦沙量;杨吉山等[48]在清水河流域内假定坝库均匀分布,坝库控制流域内平均侵蚀强度与全流域平均侵蚀强度相似,坝库拦沙率基本符合指数型规律,拦沙率与剩余库容率高度相关可近似替代,剩余可淤积库容率系列均值取淤地坝建成首年和计算时段末年共计2年均值的前提下,选取坝控面积㊁平均侵蚀强度㊁拦沙率建立淤地坝逐年拦沙量计算公式,反推出清水河流域1971 2012年淤地坝的逐年拦沙量;蒋凯鑫等[49]在无定河流域内按照某时段或年份流域内淤地坝拦沙量与该时段或年份流域内淤地坝的总有效控制面积成正比㊁与产沙降雨指标的n次方成正比的原则,选取淤地坝控制面积㊁产沙降雨指标作为权重系数反推出不同时期淤地坝拦沙量;郑明国[50]在大理河㊁清涧河和延河流域引入历年淤地坝坝控面积㊁降水2个因子作为反推淤地坝逐年拦沙量的权重系数,完成3个流域内淤地坝逐年拦沙量的反推;刘晓燕等[51]在实测淤地坝已淤泥沙的基础上,引入有效坝控面积占流域面积的比例㊁流域输沙量2个因子,构建榆林㊁延安等淤地坝集中地区的拦沙量计算公式,得到陕北淤地坝的拦沙量;呼媛等[52]在延河流域内假定淤地坝拦沙量占累积拦沙量的比值近似等于水文站逐年实测输沙量占序列累积输沙量的比值,水文站逐年实测径流量占序列累积径流量的比值与其逐年实测输沙量占序列累积输沙量的比值相等,即淤地坝逐年拦沙量占总拦沙量的比值近似等于水文站逐年实测径流量占总时段累积径流量的比值,通过对水文站实测逐年输沙量进行趋势突变检验,划分基准期㊁变化期并分别拟合径流 输沙得到相关系数,引入不同时期径 输沙相关系数和对应的实测径流量建立逐年拦沙量计算公式,反推出不同时期骨干坝的逐年拦沙量;杨媛媛等[53]在大理河流域内通过选取降雨侵蚀力因子㊁植被覆盖管理因子㊁水土保持措施(仅考虑梯田措施的影响)因子,计算骨干坝已淤泥沙的逐年反推权重系数,得到骨干坝修建完成运行至调查年份的逐年拦沙量;Z h a n g 等[54]在黄河中游多沙粗沙区内,通过骨干坝预期寿命㊁坝控面积㊁拦沙率和所在流域的产沙模数估算12条一级支流不同时期骨干坝拦沙量㊂该方法作为当前黄土高原地区淤地坝逐时段拦沙分析的主流方法,皆在权重系数方面进行摸索,引入多种既有或自定义的因子,并在各研究区域内对淤地坝进行逐时段拦沙量的反推,但尚需考虑2个方面㊂一方面,淤地坝坝系㊂实际中淤地坝所处沟道内单座淤地坝发挥作用的情况并不常见,更为普遍的情况是不同类型的淤地坝通过不同的级联方式构成复杂的坝系结构,且该坝系结构还随着坝系内不同淤地坝的修建早晚㊁是否失效和除险加固等问题的逐一发生或同时发生而变化㊂另一方面,淤地坝失效㊂淤地坝按照设计要求其拦泥库容淤满即失效,但实际中多数淤地坝拦泥库容淤满后依旧可发挥拦沙作用㊂高云飞等[55]通过选取清水川㊁窟野河㊁秃尾河㊁无定河㊁延河共计5条黄土高原地区黄河一级支流内20世纪70年代前修建的11座失效骨干坝(1989年和2011年2次调查期间已淤库容无明显变化),与实地调查数据比对分析得出,黄土高原骨干坝㊁中小型淤地坝失效标准为已淤库容与总库容比值分别达0.77,0.88;唐鸿磊[56]以岔巴沟流域左岸一级支沟蛇家沟流域为研究对象,通过数值模拟提出,淤地坝在淤满设计库容后可形成额外库容,该额外库容可保证淤地坝在不同强度下的降雨事件中可继续直接拦沙,同时模拟结果也表明,淤地坝淤满设计库容后间接减蚀效率增强㊂2.4模型模拟法模型模拟法是指基于物理机制的水文模型对流域水文过程进行模拟,可区分各要素对水沙变化影响的方法㊂模型有S E D D(s e d i m e n td e l i v e r y d i s t r i b u t e d m o d e l,S E D D)㊁S WA T㊁M I K E系列㊁W E P P(w a t e r e r o s i o n p r e d i c t i o n p r o j e c t,W E P P)等㊂Z h a n g等[57]在窟野河流域内,选取降水㊁淤地坝㊁土地利用(1987年㊁2006年㊁2016年3期)3个因子,采用野外调查和S E D D模型模拟相结合的方法,定量分析3个因子对流域侵蚀产沙的影响表明,淤地坝是流域内侵蚀减少的主导因素,1987 2016年减沙量贡献占比为40.09%;李二辉[58]在皇甫川流域内,通过将淤地坝近似于无控制水库,基于S WA T模型挑选并输入20座修建于1980年之前的淤地坝相关信息,设置不同工况得到,在研究时段内,淤地坝是5第6期蒋凯鑫等:黄土高原地区淤地坝拦沙分析方法研究进展。
黄土丘陵沟壑区抗侵蚀植物的初步研究
黄土丘陵沟壑区抗侵蚀植物的初步研究邹厚远;焦菊英【期刊名称】《中国水土保持科学》【年(卷),期】2010(008)001【摘要】土壤侵蚀作为山区生态系统退化最主要的驱动力,严重干扰着植被的发育演替过程,植被则通过采用不同的繁殖方式、形态与生理补偿等方式来克服和适应土壤侵蚀造成的负面压力,使植物本身对土壤侵蚀环境的适应性增强,继而发展成为可抵抗土壤侵蚀的植物和群落.凡具有适应土壤侵蚀环境能力,能在土壤侵蚀条件下生存,并能保护改良土壤和具有防止土壤侵蚀的作用,具有繁殖更新能力,可维持群落稳定与可持续发展的植物,称之为抗侵蚀植物.在对黄土丘陵沟壑区植被恢复中不同抗侵蚀植物进行分类、及其侵蚀学特征与土壤侵蚀环境演变特征分析的基础上,提出从土壤侵蚀学观点出发,对植被恢复过程中先后出现的植物和群落的形态学、生理学和生态学特征及防蚀功能进行系统研究,以更好地发挥植物和植被保持水土与改善环境的生态功能.【总页数】6页(P22-27)【作者】邹厚远;焦菊英【作者单位】西北农林科技大学,中国科学院,水利部,水土保持研究所,712100,陕西杨凌;西北农林科技大学,中国科学院,水利部,水土保持研究所,712100,陕西杨凌【正文语种】中文【相关文献】1.黄土丘陵沟壑区潜在抗侵蚀植物分析 [J], 寇萌;焦菊英;尹秋龙2.黄土丘陵沟壑区沟沿线边缘植被特征初步研究 [J], 贾燕锋;焦菊英;张振国;王宁3.黄土丘陵沟壑区不同土地利用类型土壤抗侵蚀性研究 [J], 曾光;杨勤科;姚志宏4.晋西黄土丘陵沟壑区土壤抗侵蚀能力的试验研究 [J], 贾志军;蔡强国;卜崇峰5.黄土丘陵沟壑区退耕还林工程植被恢复效益初步研究 [J], 杨光;孙保平;赵廷宁;丁国栋;赫登耀因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库动态变化特征
黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库动态变化特征苏嫄;焦菊英;王志杰;杜华栋【期刊名称】《水土保持研究》【年(卷),期】2013(20)4【摘要】幼苗是植物生活史中一个不可缺失的阶段,对自然植被恢复起着非常重要的作用。
为了探索黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库的动态变化特征,选择5种不同侵蚀环境(阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡)下的15个样地,通过野外定点跟踪调查,运用单因素方差分析法对幼苗物种数、幼苗密度、物种多样性进行了分析。
结果表明:(1)不同侵蚀环境下幼苗物种数从阴沟坡到阴峁坡、峁顶、阳峁坡、阳沟坡依次减少,且幼苗物种组成存在差异;生长季内不同月份间幼苗物种数呈现先波动性增大后降低的动态变化趋势,最大值出现在9月初。
(2)不同侵蚀环境间幼苗密度差异性显著,阴峁坡最大,阳沟坡最小;不同月份间幼苗密度具有明显的先升后降的动态变化特征,最大值出现在7月初,最小值出现在4月初或11月中旬。
(3)不同侵蚀环境间阴坡幼苗物种丰富多样,阳坡幼苗物种较为单一;不同月份间幼苗物种多样性指数和丰富度指数呈现出4—9月份逐渐增大至峰值,10月初和11月中旬稍有降低的趋势。
【总页数】8页(P1-7)【关键词】黄土丘陵沟壑区;幼苗库;幼苗密度;物种多样性;动态变化【作者】苏嫄;焦菊英;王志杰;杜华栋【作者单位】西北农林科技大学资源环境学院;中国科学院水利部水土保持研究所;西北农林科技大学水土保持研究所【正文语种】中文【中图分类】Q142【相关文献】1.黄土丘陵沟壑区不同侵蚀环境下幼苗库及其与地上植被的关系 [J], 苏嫄;焦菊英;王巧利;杜华栋;王志杰;寇萌2.黄土丘陵沟壑区退耕坡地不同植物群落的土壤侵蚀特征 [J], 赵珩钪;曹斌挺;焦菊英3.黄土丘陵沟壑区不同退耕类型径流、侵蚀效应及其时间变化特征 [J], 黄志霖;傅伯杰;陈利顶;黄奕龙;吴祥林4.黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式下小流域侵蚀产沙特征 [J], 魏艳红;焦菊英因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
黄土高塬沟壑区水土保持综合治理生态效益研究
黄土高塬沟壑区水土保持综合治理生态效益研究1. 引言1.1 研究背景黄土高原地区是我国重要的生态脆弱区之一，其地形起伏较大，易发生水土流失和沟壑侵蚀等问题。
随着人口增长和经济发展，大量的农田和草地被开垦和过度利用，导致土壤质量下降、水资源匮乏、生态系统恶化等严重问题。
为了改善黄土高原地区的生态环境，保护水土资源，实现可持续发展，对沟壑区水土保持综合治理的生态效益进行研究显得尤为重要。
目前，黄土高原地区的水土保持综合治理工作已经展开，但存在一些问题和挑战。
部分地区在治理过程中仍然存在某些弊端，导致生态效益不明显，甚至可能带来负面影响。
对黄土高原沟壑区水土保持综合治理的生态效益进行深入研究，探索其对环境的影响，并提出有效的改进措施，对于促进地区生态环境持续改善和质量提升具有重要的现实意义和科学价值。
【2000字】1.2 研究目的本研究旨在深入探讨黄土高塬沟壑区水土保持综合治理对生态环境的影响，通过对生态效益评价指标的分析和对比研究，全面评估综合治理措施的效果。
具体目的包括：1. 深入了解黄土高原地区的特点，探讨沟壑区水土保持综合治理的现状，为未来研究提供基础资料；2. 探讨生态效益评价指标，建立科学的评价体系，深入分析综合治理对生态系统的影响；3. 对黄土高原沟壑区水土保持综合治理的生态效益进行研究，探讨不同治理措施对生态环境的影响；4. 进行生态效益对比分析，总结综合治理措施的优缺点，为提升生态效益提供参考依据；5. 提出提升生态效益的建议，为进一步的研究和治理工作提供指导；6. 展望未来研究方向，为黄土高塬沟壑区水土保持综合治理工作提供科学支撑。
1.3 研究意义黄土高塬沟壑区水土保持综合治理生态效益研究的研究意义在于深入探讨该地区的水土保持问题和生态环境改善情况，为有效保护和利用黄土高原资源提供理论参考和实践指导。
通过对综合治理的生态效益进行评价和分析，可以更好地了解在当前环境背景下生态环境的状况以及综合治理对其影响的程度。
黄土高原丘陵沟壑区小流域生态环境综合治理开发模式研究
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黄土高原丘陵沟壑区小流域生态环境 综合治理开发模式研究
—以甘肃省定西地区九华沟流域为例 ——
王海英，刘桂环，董锁成
（ 中国科学院 地理科学与资源研究所， 北京 !""!"! ）
摘要：甘肃省定西地区九华沟流域以小流域为单元， 以山、 水、 田、 林、 路综合治理与综合开发相结 合， 走出了一条生态与经济双赢的路子。 论文研究了九华沟流域生态环境综合治理开发模式的组成 内容、 布局模式及其经济、 社会和生态三大效益。该流域的实践证明， 生态环境建设是基础， 水土保 持是干旱贫困山区脱贫致富的战略抉择； 经济发展是保证， 在生态环境治理的同时， 进行综合开发， 发展生态农业， 是促进生态经济系统良性循环、 实现脱贫致富的重要途径。 关 键 词：小流域； 生态环境； 综合治理； 生态开发 文献标识码：& 文章编号：!"""’("($)*""+,"*’"*"$’!" 中图分类号：#!$!%!
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本建设原则， 以建设具有旱涝保收、 高产稳产生态经济功能的大农业复合生态经济系统为目 标， 以恢复生态系统的良性循环为重点， 注重将工程措施和生物措施相结合。其生态经济系 $% 统综合治理与建设重点包括两方面内容： 其一， 建设水土保持综合防御体系 "#、 ， 以充分利用 有限的降水资源为目标， 建设包括梯田工程、 径流集聚工程、 小型拦蓄工程、 集雨节灌工程、 道网工程在内的径流调控综合利用工程， 进行山、 水、 田、 林、 路综合治理， 达到对自然降水的 聚集、 储存及高效利用； 其二， 建设高效农业综合开发体系， 以优化土地利用结构， 推动社会 经济协调发展为目标， 结合坡耕地退耕还林草， 积极发展畜牧业， 调整畜牧养殖结构， 大力发 展牛、 羊等草食性畜牧业； 调整种植结构， 大力发展马铃薯、 中药材、 林果等区域特色产业， 扩 大高附加值经济作物种植面积； 推行农业产业化经营， 发展农畜林果产品加工业， 提高农业 附加值； 大力推广设施农业、 地膜、 节水灌溉等实用农业技术， 以科技促进农业的新发展。
黄土高原淤地坝
黄土高原地区淤地坝建设的思考摘要：实践证明，淤地坝在拦截泥沙、蓄洪滞洪、减蚀固沟、增产粮食、改善生态环境等方面综合效益显著，在黄土高原水土流失治理中具有不可替代的作用。
本文客观地分析了淤地坝的作用，并对淤地坝的建设提出了一些建议。
关键字：淤地坝；黄土高原；建设淤地坝是黄河流域黄土高原地区人民群众在长期同水土流失斗争实践中创造出的一种既能拦截泥沙、保持水土、减少入黄泥沙、改善生态环境，又能淤地造田、增产粮食、发展区域经济的水土保持工程措施。
最早的淤地坝是自然形成的，有记载的人工筑坝始于明代万历年间，距今已有400 多年的发展历史。
新中国成立后，通过水利水保部门的总结、示范和推广，黄土高原地区的淤地坝建设得到了快速发展，据统计，黄土高原地区已建成大、中、小型淤地坝11 万余座，淤成坝地30 多万hm2，累计拦泥210 多亿t，年减少黄河输沙量3 亿t。
1 淤地坝建设的地位与作用多年的实践充分证明，淤地坝在拦截泥沙、蓄洪滞洪、减蚀固沟、增产粮食、改善生态环境等方面发挥了显著的生态效益、社会效益和经济效益，在黄土高原水土流失治理和生态环境建设中具有不可替代的作用。
1．1 拦泥保土，防止沟道侵蚀，减少入黄泥沙在拦泥方面，淤地坝不但能拦蓄沟道本身产生的泥沙，而且能拦蓄坡面汇入沟道内的泥沙;在减蚀方面，淤地坝库容被淤积后，抬高了侵蚀基准面，具有防止沟岸扩张、沟底下切和沟头前进的作用，减轻了沟道侵蚀;在滞洪减沙方面，主要是拦截了洪水，减轻了坝体下游的沟道冲刷，从而减少了输入下游的泥沙。
1．2淤地造田,提高了粮食产量由于严重的水土流失，黄土高原地区被切割得支离破碎，沟壑密度一般为1 ～4 km/km2。
在沟道内进行坝系建设，将原来要被洪水冲走的水土资源拦蓄在沟道内，使荒芜、起伏不平的大小沟道成为良田，增加了水土流失区的基本农田面积。
一座坝或一个坝系所淤成的坝地，从数公顷到上百公顷，成为山沟里的小平原。
特别是在人多地少的严重水土流失区，打坝淤地成为增加基本农田的重要途径。
发展民生水利维护生态环境——浅析黄土高原区淤地坝工程的建设及效益
发展民生水利维护生态环境——浅析黄土高原区淤地坝工程的建设及效益发布时间：2021-07-12T06:58:01.484Z 来源：《防护工程》2021年7期作者：常利平[导读] 淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物。
淤地坝建设对发展农业生产，控制入黄泥沙都发挥了重要作用。
淤地坝系的科学规划方案直接关系着工程建设的成败与坝系充分发挥蓄洪滞洪、增地增收的作用。
常利平呼和浩特市水务局摘要：淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中，以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物。
淤地坝建设对发展农业生产，控制入黄泥沙都发挥了重要作用。
淤地坝系的科学规划方案直接关系着工程建设的成败与坝系充分发挥蓄洪滞洪、增地增收的作用。
关键词：淤地坝；规划设计；社会生态效益淤地坝工程是黄土高原人民群众在长期劳动实践中创造的一种即能拦截泥沙保持水土，又能淤地造田、增产粮食的工程。
淤地坝系工程是充分发挥利用雨洪水资源优势，是行之有效的水土保持工程措施；它在控制水土流失，发展农业生产等方面具有极大的优越性；淤地坝工程是雨洪水综合规划发挥水沙资源、创建和谐的生态系统、高效持续应用水土资源的有效措施，一、淤地坝的基本概况 1．1淤地坝的基本特性。
淤地坝系指在沟道里为了拦泥、淤地所建的坝，坝内所淤成的土地称为坝地。
黄土高原地区现有淤地坝11万余座，淤成坝地450多h㎡，可拦蓄泥沙210亿m3。
主要分布在陕、晋、蒙三省区。
淤地坝主要目的在于拦泥淤地，随着坝内淤积面的逐年提高，坝体与坝地能较快地连成一个整体，用以拦蓄洪水，淤积泥沙。
1．2、淤地坝的作用和效益（1）. 拦泥保土，黄河泥沙主要源于黄河中游高原区的千沟万壑，沟道中修建淤地坝从源头上封堵了向下游流失泥沙的通道，形成一道人工屏障。
（2）. 淤地造田，提高粮食产量。
淤地坝将泥沙就地拦蓄，变成人造小平原，增加耕地面积；从坡面上流失下来的表土层淤含有机质，肥沃土壤。
（3）. 合理利用水资源，解决人畜饮水；防洪减灾削减滞洪。
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/km2
5～ 10 10 ～ 15 15 ～ 20 20 ～ 25 25～ 30
≥30
皇甫川
十里长川
15000
702
7
24
22
12
7
—
窟野河 暖水川 , 灰昌沟 , 牛栏沟
17000
— , 120, 146
16
24
17
9
4
4
秃尾河
开荒川
11000
140
—
14
17
15
7
5
佳芦河
五女川
15000
373
12
3 结果与分 析
3 .1 淤地坝的淤积速度 淤地坝的淤积快慢 , 一方面决定着农民修建淤地坝
的积极性 , 即坝系农业的发展 ;另一方面对淤地坝的规 划 、维护也具有非常重要的意义 。 这里 , 淤地坝的淤积 速度是指单坝年均淤积库容或年均淤地面积 , 反映淤地
3 04
农业工程学报 2003 年
佳芦河
五女川
7950
大理河
岔巴沟
4600
0 .17
10
14
18
17
5
8
0 .13
43
22
5
3
1
—
0 .12
19
27
10
2
—
—
0 .11
72
51
22
12
3
—
0 .05
69
21
1
7
1
1
合计 72 74 58 161 100
合计 72 74 58 160 100
2 .2 计算方法 1)淤积速度 这里 , 淤地坝的淤积速度是用单坝年均淤积库容或
由于 5 条支流的流域面积大 , 流域内存在着不同的 地貌类型 , 因而有着不同的侵蚀产沙特征 ;而且淤地坝 的建设情况也不同 。又因调查资料为建坝至 1992 年底 的总数据 , 有些坝已经淤满 , 不能反映淤地坝的年均效 益 。 因此 , 本文选取 5 条支流淤地坝建设较好的 、地貌 类型为黄丘区的小流域内没有淤满的淤地坝资料进行
计算分析 , 其不同坝高与不同坝控面积的淤地坝数量情 况见表 2 。
第 6 期 焦菊英等 :黄土高原丘陵沟壑区 淤地坝的淤地拦沙效益分析
30 3
支流 皇甫川
流域 面积 /km2 3246
窟野河 8706
秃尾河 3294
佳芦河 1134 大理河 3906
大型坝 中小型坝
库容
库容
>50 万 m3 <50 万 m3
104
277
70
745
36
453
61
363
271
2497
表 1 五条支流的淤 地坝情况 Table 1 Check dams in the 5 tributaries
合计
小流域
面积 /km2
水文 站 控制区间
地貌 类型
381 十里长川 702
乌兰沟
75
815 暖水川
1 引 言
黄河泥沙是黄河下游洪水泛滥成灾的根源 , 其源自 于黄土高原的水土流失 , 黄土高原的水土流失则是造成 当地生态环境恶化 、生活贫困的重要原因 。黄土高原的 千沟万壑 , 其地形主要由沟谷地和沟间地组成 。根据黄 土丘陵沟壑区典型小流域的观测资料 , 沟谷地面积平均 占小流域总面积的 44 %, 但它的来水量和来沙量分别 占总水 、沙量的 73 %和 80 %, 说明小流域径流泥沙主要 来源于沟谷 ;又据调查 , 经初步治理的小流域 , 坡面措施 一般仅能控制来沙量的 20 %～ 40 %, 最多不超过 50 %, 剩余部分将由坡面进入沟谷 , 淤地坝除拦蓄沟谷地产沙 量外 , 还可拦蓄坡面 50 %以上的产沙量 。 可见 , 淤地坝 在黄土高原丘陵沟壑区水土保持中起着非常重要的作 用 。关于淤地坝的蓄水拦沙效益 , 各地都进行了调查 、 观测与分析 , 特别是近年来在分析黄河水沙变化时对各 流域淤地坝的拦泥减沙及蓄水效益进行了大量的研究 , 主要表现在各地淤地坝的平均拦沙指标 , 或不同坝高淤 地坝的平均拦沙指标[ 1～ 3] ;整个流域中淤地坝的总蓄水 减沙量[ 3, 4] ;以及 淤地 坝蓄水 减沙效 益计算 方法[ 5, 6] 。 但对单坝的淤地拦沙效益 , 以及与其影响因素之间的关 系未做深入研究 。淤地坝的规格大小和控制面积是淤 地坝建设规划中的 2 个重要因素 , 影响着淤地坝的淤地 的快慢和拦沙效益的大小 。为此 , 本文将对单个淤地坝
Mb = ΔM/ Aw 式中 Mb ——— 拦 沙 指 标 , t/ km2 ;ΔM ——— 拦 沙 量 , t0(ΔM = V ·10000 · r ·(1 -a1)·(1 -a2)[ 4] , 其中 , V ——— 已淤库容 , 万 m3 , r ——— 淤泥干容重 , t/m3 , 取 1 . 35 , a1 ——— 人工填垫占淤地坝拦泥的比例 , 据陕西省水 保局对 陕北淤地坝的 调查 , 取 0 .10 , a2 ——— 推移质系 数 , 据绥德水保站对韭园沟的观测 , 取 0 .15);Aw ——— 已淤坝地面积 , km2 。
3)拦沙效益 淤地坝的减沙效益包括淤地坝的拦泥量 、减轻沟蚀 量以及由于淤地坝滞洪后削减洪峰流量 、流速而对淤地 坝下游沟道侵蚀的减少量 。由于淤地坝的作用主要是拦 沙 , 这里仅对淤地坝拦沙效益进行分析 。拦沙效益是指 淤地坝的拦沙量占其控制面积内总产沙量的百分比 , 其 计算公式如下
M′ = ΔM/ M ×100 式中 M′——— 淤地坝的拦沙效益 , %;ΔM ——— 淤地坝 的拦沙 量 , t ;M ——— 淤地 坝控 制面积 内的总 产沙量 , t0(M =S ·F · n , 其中 , S — 坝控面积内的年均侵蚀产 沙模 数 , t/(km2 · a), F — 坝 控面 积 , km2 , n — 淤 积 年 限)。
收稿日期 :2003-02-24 修订日期 :2003-04-20 基金项目 :国家 973 项 目(No .2002CB111502);中 国科 学院知 识创 新 工程项目(No.KZCX1-10-04);国家自然科学基金项目(No .40271074) 作者简介 :焦菊英(1965.7 -), 女 , 陕西宝鸡人 , 博士 , 副研究 员, 从事 土壤侵蚀与水土保持方面的研究工 作 。 陕西杨 陵西农路 26 号 中 国科学院水利部水土保持研究所 , 712100。 Email :jyjiao@ms .iswc.ac .cn
灰昌沟 120
牛栏沟 146
活鸡兔沟 327
489 红柳沟 286
开荒川 140
424 五女川 373
2768 岔巴沟 205
青阳岔以上 662
皇甫 —沙圪堵
黄丘区
沙圪堵以上
砒砂岩区
新庙以上
黄丘区
神木 —王道恒塔 , 新庙 黄丘区
神木 —温家川
黄丘区
王道恒塔以上
盖沙区
高家堡以上
盖沙区
高家堡 —高家川
坝的年拦蓄能力 , 可为淤地坝的规格和密度设计 、水土
流失治理规划的制定提供参考依据 。
不同坝高淤地坝的年均淤积库容与年均淤地面积
见表 3 。根据 5 条支流黄丘区小流域淤地坝的资料 , 年 均淤积库容 1 .41 万 m3 , 年均淤积坝地 0 .211 hm2 。 皇甫 川十里长川小流域的年均淤积库容与淤地面积最高 , 分 别为 2 .356 万 m3 和 0 .455 hm2 ;窟野河的暖水川 、灰昌 沟和牛栏沟流域分别为 1 .061 万 m3 和 0 .153 hm2 ;秃尾 河的开荒川流域分别为 1 .428 万 m3 和 0 .189 hm2 ;佳芦 河的五女川流域分别为 0 .898 万 m3 和 0 .413 hm2 ;大理 河的岔巴沟流域分别为 1 .353 万 m3 和 0 .150 hm2 。皇
第 19 卷 第 6 期 302 2003 年 11 月
农业工程学报 Transactions of the CSAE
Vol .19 No .6 Nov . 2003
黄土高原丘陵沟壑区淤地坝的淤地拦沙效益分析
焦菊英1 , 2 , 王万忠1, 2 , 李 靖2 , 郑宝明3
(1.中国科学院水利部水土保持研究所 , 杨陵 712100; 2 .西北农林科技大学 , 杨陵 712100 ; 3.黄河水利委员会绥德水土保持科学实验站 , 绥德 718000)
年均淤地面积来表示 。 Vv = Vw/ n
Va = Aw/ n 式中 Vv ——— 年均淤积库容 , m3 ;Vw ——— 淤地坝已淤 库容 , m3 ;Va ——— 年均淤地面积 , hm2 ;Aw ——— 淤地坝
已淤坝地面积 , hm2 ;n — 淤积年限 。 2)拦沙指标 拦沙指标是用单ห้องสมุดไป่ตู้坝地的拦沙量来表示 。
43
39
42
12
13
大理河
岔巴沟
12000
205
15
44
20
12
9
—
支流
小流域
粗泥沙输沙模数 / t·(km2·a)-1
平均粒径 / mm
0～ 1
1～ 3
坝控面积/ km2
3～ 5
5 ～ 10 10～ 15
≥15
皇甫川
十里长川
9950
窟野河 暖水川 , 灰昌沟 , 牛栏沟
7500
秃尾河
开荒川
4300
黄丘区
申家湾以上
黄丘区
青阳岔 —绥德
黄丘区
青阳岔以上
河源区
侵蚀产沙 模数
/ t·(km2·a)-1 15000 20000 12000 10000 30000 7000 4500 11000 15000 12000 9000