极端降雨情形下黄土区水土保持治理的减沙效益估算

极端降雨情形下水土流失治理的效益评估对黄河治理具有重要意义,但由于缺乏有效的针对降雨事件尺度的定量评估方法,该问题长期存有争议。2017年陕西榆林"7·26"特大暴雨致灾严重,引发广泛关注。该研究提出了一种适用于事件尺度的减沙效益计算方法,并以岔巴沟流域为研究对象,计算流域水土保持治理在"7·26"暴雨事件中的减沙效益。研究结果表明,在流域未治理时段,高强度降雨事件具有较好的降雨径流关系,并且事件平均含沙量相当稳定,藉此可估计"7·26"洪水发生在未治理时段的产流量和平均含沙量,从而计算出相应的产沙量,估算出流域治理的总减沙效益。进一步,利用坡面措施(包括梯田和植被)和淤地坝减沙机制的不同,可分割其各自的减沙贡献。计算结果表明,"7·26"暴雨中,流域水土保持治理使得洪水平均含沙量减小83%,径流减小55.1%,流域治理的总减沙效益因此高达92.4%,与2007-2017年岔巴沟流域泥沙的减幅相当。总减沙效益中有55.1%来自坡面措施,37.3%来自淤地坝措施,2种措施均发挥重要作用。该方法不仅可以计算流域水土保持治理的总减沙效益,还能够分割不同水土保持措施的效益,可广泛应用于黄土区极端降雨情形下水土流失治理的效益评估。     

三川河流域减沙效益初步分析

三川河流域是黄河中游地区一条多沙粗沙河流。流域面积4161km~21955年开始治理,1983年列为全国重点治理区,1986年治理面积占水土流失面积的34.5％。据水文站观测,近10年输入黄河的泥沙较前20年减少58.8%。采用水保法分析,1975年治理度为12.7%,减沙10.8%;1982年治理度为16.9%,减少19.0%:19.86年减沙31.6％。30多年来,流域水土保持措施共拦沙10389万t,占同期实测输沙量的14.7％。文章指出,近20年来人类生产活动,每年约增加河流泥沙的6～8％,抵消了部分水土保持效益,应引起社会重视。     

大理河流域1970-2002年水保措施减洪减沙效益深化分析

根据实测水文资料,采用"水文法"和"水保法"两种方法,对大理河流域1970-2002年的水沙变化和水土保持综合治理减洪减沙效益进行了比较全面的计算和分析。大理河流域20世纪70,80,90年代降雨量、径流量和输沙量呈递减趋势,其中80年代减幅最大,70,90年代减幅接近。2000-2002年年降水量和汛期降水量分别比基准期增大了8.0%和9.3%,但径流、泥沙依然递减。"水文法"计算结果表明,1970-2002年大理河流域共计减少洪水10.114 5亿m3,年均减少洪水3 065万m3,其中水土保持综合治理年均减少洪水2 370万m3,占减少洪水总量的77.2%,年均减少洪水效益25.2%;共计减沙8.448亿t,年均减沙2 560万t,其中水土保持综合治理年均减沙1 940万t,占总减沙量的75.8%,年均减沙效益37.6%。"水保法"计算结果表明,1970-2002年大理河流域水土保持措施共计减少洪水7.524亿m3,年均减少洪水2 280万m3,年均减少洪水效益24.5%;水土保持措施共计减沙6.138亿t,年均减沙1 860万t,年均减沙效益36.6%。近期流域水土保持综合治理减洪减沙效益显著,水保措施减水减沙比依时序呈下降趋势。     

1990～1996年渭河流域水沙变化原因初步分析

根据流域水文泥沙观测资料及1990年土地详查成果和1996年土地变更调查成果等,采用"水保法"和"水文法"对渭河流域1990～1996年水土保持措施减水减沙作用及水沙变化原因进行了分析计算.经"水保法"分析,年均减水量28.48亿m3,效益47.7%,其中减洪水量9 .19亿m3,减洪效益37.1%;年均减沙量4 630万t,效益35.8%,其中减洪沙量3 986万t, 减洪沙效益33.6%.经"水文法"分析,年均减水量25.71亿m3,减水效益44.3%,在减少的年径流量中,人类活动影响占51.5%,降雨影响占48.5%;年均减沙量0.800亿t,效益59.7 %,在减少的沙量中,人类活动影响占57.1%,降雨影响占42.9%.     

大理河流域水土保持措施减沙效益与影响因素关系分析

 利用大理河流域1960—2002年的系列水文资料和水土保持成因分析法计算结果,分析大理河流域减沙效益与措施保存面积、配置比例和汛期降雨量等影响因素的关系,以及大理河流域淤地坝措施减沙量与坡面措施减沙量的关系。结果表明:现状水土流失治理条件下,大理河流域仅靠坡面治理措施取得的减沙效益只有9%,取得最大减沙效益的水土保持措施梯田、林地、草地、坝地最优配置比例为18.6∶73.2∶4.6∶3.6,保持流域水土保持措施较高减沙效益的坝地配置比例为4%;大理河流域水土保持措施减沙量与汛期降雨量关系最为密切,二者呈正相关关系;流域水土保持措施减沙能力表现最充分的汛期降雨量值区间约为300～500mm;大理河流域治理期有21年坡面措施减沙量小于600万t/a,淤地坝措施减沙量均在3000万t/a以内变化。20世纪90年代以来,流域坡面措施减沙量与淤地坝措施减沙量关系比较密切,淤地坝措施减沙量的增幅小于坡面措施减沙量的增幅。     

小流域综合治理的防洪减沙效应研究

以北庄小流域各观测站的实测水文资料为依据 ,对小流域综合治理的产流产沙及防洪减沙效应进行了系统分析和研究。就单场降雨而言 ,在产流方式上 ,未治理流域以蓄满产流为主 ,治理流域以超渗产流为主 ;小流域暴雨径流量 W与降雨量 P和前期影响雨量 Pa 相关 ,即 W =0 .0 0 0 4 7P1 .794 P0 .786 a ,小流域洪峰流量 Qm=0 .3 797A0 .6 86 7W0 .584 2 ,用此二式计算综合治理的防洪效益为 16.7%～ 3 7.5 % ,削减洪峰效益为 9.1%～ 2 8.6%。就单场降雨产沙分析而言 ,综合治理后日平均含沙量随降雨时间的延后而减小 ,日平均含沙量 Qs与日平均流量 Q呈正相关 ,即 QS=- 0 .0 4 3 6 19.2 97Q ,由此式计算治理 10年后减沙效益达 90 %以上。就一般年份即汛期雨量 <90 0 mm的年份而言 ,减水减沙效益明显。     

佳芦河流域特大暴雨洪水对下垫面治理的响应

根据实测水文资料,从下垫面治理入手,对佳芦河流域“2012-7-27”暴雨洪水进行了实地调查和成因分析。采用回归分析方法分析了流域洪水泥沙关系和汛期降雨产流关系及其变化,采用“指标法”计算了流域水土保持措施减洪减沙量,并分析了水土保持措施减沙能力和植被措施对流域洪水泥沙的削减作用。结果表明:（1）“2012-7-27”暴雨的雨量、雨强和笼罩面积都很大,但洪峰流量、最大含沙量、洪水量和洪水输沙量却明显减小;流域汛期降雨产流关系具有明显的分区特征,以场次洪水对应的面平均雨量为参数,可以分为暴雨区、大雨区和一般降雨区等3个区。（2）流域水土保持措施削洪减沙作用十分明显。“2012-7-27”暴雨中水土保持措施减洪减沙效益分别达到26.8%和38.3%,其中坝地减洪减沙所占比例最大,分别为71.0%和51.9%,林草等植被措施（包括封禁治理）减洪减沙所占比例其次,梯田减洪减沙所占比例位居第三。（3）植被措施对流域洪水泥沙削减作用显著,但梯田、林地减沙能力均未达到其最大减沙能力,抵御暴雨洪水的空间仍然很大,草地减沙能力约为其最大减沙能力的1.8倍,需要继续加大植被措施建设力度。同时,在流域治理中要继续加大治沟骨干工程建设力度,大力实施“坡改梯”工程。     

从西汉水水沙变化看水土保持综合治理成效

西汉水流域为嘉陵江的重点产沙区,自1989年开始全面实施"长治"水土保持工程建设以来,水土保持措施在控制流域水土流失中起到了显著的作用。对西汉水干流控制水文站礼县站、大桥站和镡家坝站自建站到2010年的实测水文资料进行分析的结果表明,礼县站以上区域在降水量仅减少10%的情况下径流量减少了56%、泥沙量减少了80%,说明"长治"水土保持工程在蓄水保土、减少流域水土流失方面取得了明显的成效。     

赣江流域水土保持生态建设减水减沙效益评价

利用赣江流域1956-2008年年降雨量和赣江控制站外洲水文站年径流量和年输沙量资料,采用水文分析法计算赣江流域近30a水土保持生态建设的减水减沙效益。结果表明,赣江流域治理后期1984-2008年水土保持生态建设年均减沙量为5.70×10⁶t,年均减沙效率为48.57%。随着水土保持措施的生效,减沙率有逐年上升而后稳定的趋势,2008年减沙率达80.54%;赣江流域水土保持生态建设对流域年径流总量减少不明显,后期径流量反而会有所增加。水土保持生态建设能增加流域土壤入渗,减少地表径流,削减洪峰流量,延长汇流时间,起到防洪减灾效果。     

黄土高原水土保持世行贷款项目减水减沙效益计算

世界银行中国黄土高原水土保持项目区截至１９９２年底止，已完成综合治理措施面积２９．８１万ｈｍ２，占区内水土流失面积的２．３％，现状减水效益已达６．５％～１７．６％，减沙效益已达９．４％～２５．８％。采用水保法计算减水效益和减沙效益，得出项目区水土保持治理措施计划全部实施后的第一年治理栏度可达６０．４％，可减少径流１．ｌｌ亿ｍ３，累计减水效益可达２１．３％～４３．２％，年可减少入黄泥沙３５６０万ｔ，累计减沙效益可达３０％～５３％。项目经济分析期３０年的减水量约２５．８８亿ｍ３．减沙量大致在９亿：左右。这对改善当地生态环境和生产条件以及黄河下游的治理开发、都具有主要作用。     

大凌河流域水沙来源及水沙规律分析

对大凌河流域多个水文站的水量、泥沙资料进行统计,根据统计资料进行水沙来源及水沙规律分析,经分析可以看出局部暴雨产沙是大凌河流域的特点,大凌河河道泥沙多数来源于中游地区,导致大凌河站输沙量最大,且其上游河道泥沙沿程变粗,其下游泥沙较细,反映出下游平原冲击河流的淤积特性。     

甘肃天水市对比小流域暴雨洪水侵蚀产沙特性

 为分析黄土丘三区水土保持综合治理对小流域典型暴雨产汇流特性的影响,依据桥子东、西沟对比小流域暴雨洪水泥沙观测资料,结合实地调查对比分析雨、洪、沙特性。结果表明:在降雨差异很小的情况下,其水沙特性差异明显,桥子东沟较西沟洪峰削减率达66.9%,单位面积减洪量1万3336m3/km2,减沙量8534t/km2,2流域的流量和含沙量过程变化趋势基本一致,但西沟变率均大于东沟,且西沟流域侵蚀模数是东沟的3.5倍。桥子东沟流域各项水土保持措施发挥了显著的蓄洪拦沙作用,减洪效益59.9%,减沙效益79.5%;桥子西沟的林草措施减洪效益为6.9%,减沙效益8.4%。     

何店小流域水土保持措施蓄水拦沙效益分析

何店小流域是商城水保试验站的试验监测流域 ,自 1982年起至今连续监测从未间断。对流域水保措施实施前后径流、泥沙监测的结果表明 ,流域治理后比治理前年减少径流量 3 6%～ 10 7% ,年减少输沙量 62 6%～ 72 7% ,年侵蚀率减少 5 9 7%～ 69 7% ,坡地改梯田后减少 70 %～ 80 %的水、土、肥流失 ,流域年侵蚀模数由治理前的 5 80 0t/km2 下降为 12 0 0t/km2 ,削减洪峰的效率达 5 0 %。     

依水文观测资料评估流域治理效益

辽宁省大凌河流域为国家重点水土保持治理区。通过对大凌河流域老虎山河德立吉水文站以上泥沙衰减分析,建立了德立吉站输沙量逐年累计曲线。从累计曲线斜率的改变,反映出流域综合治理对输沙量衰减的影响。累计曲线明显反映出4个变化带:1958~1968年斜率较大,将其定义为未治理期;1969~1979年,斜率变缓,将其定义为小规模治理期;1980~1993年,斜率再度变缓,将其定义为加强治理期;1994~2004年斜率更加平缓,将其定义为重点治理期。采用降水~径流~输沙相关均值法进行定量评估,结果表明,流域治理后与未治理时期比较,20世纪70~80年代、90年代和本世纪头几年治理效益分别为41.0%、63.9%、68.0%,治理效益明显。     

渭河水沙变化及其影响因素分析

渭河是黄河的一条多泥沙支流 ,1970年之前每年向黄河输送泥沙 1 85亿t。渭河具有水沙异源的特点 ,泥沙主要来自南河川站以上地区 ,径流主要来自南河川站至咸阳站区间流域。 1970～ 1996年 ,流域内水利水保措施年均减水2 5 5亿m3 ,年均减沙 0 6792亿t,发挥了重要的蓄水拦沙和削洪作用。流域内人类活动有使泥沙增长的势头     

河龙区间减沙效益与水土流失治理度的关系

 研究黄河中游河龙区间水土保持措施减沙效益与水土流失治理度的关系。结果表明:1)河龙区间减沙效益与水土流失治理度呈正相关关系。二者关系可以按照治理度与减沙效益取值范围的不同,明显分为减沙效益高值区和减沙效益低值区2个区,其单位治理度的减沙效益基本相等。减沙效益低值区的治理度小于15%时,基本没有减沙效益。“两川两河”要想取得10%以上的减沙效益,治理度应超过30%。2)河龙区间减沙效益与水土流失治理度关系分为减沙效益高值区、减沙效益中值区和减沙效益低值区3个区后,减沙效益高值区的治理度提高10%,减沙效益可以提高约8%;减沙效益中值区的治理度提高10%,减沙效益提高8%;减沙效益低值区的治理度提高10%,减沙效益只能提高3.4%。因此,构筑减少黄河粗泥沙的第一道防线,建议首选位于减沙效益低值区的窟野河和皇甫川流域。     

中国北方地区水土保持措施减沙水代价分析

水土保持措施是减少河流泥沙的主要措施。水土保持措施在减少土壤侵蚀的同时也会减少地表径流和地表水资源量。根据目前我国北方地区水土保持对径流量和泥沙量的研究结果，比较分析了在坡面和沟道上梯田、造林、种草和坝地等水土保持措施减沙水代价，并对不同流域尺度水土保持综合措施减沙水代价进行了综合分析。研究表明，同一区域不同水土保持各单项措施减沙水代价不同；同一措施和综合措施减沙水代价存在明显的区域分异，通过选择减沙水代价较小的水土保持措施的类型和区域配置，可以在减少相同泥沙量的同时，相对增加河流水资源量。     

水土保持对汾河水库入库水沙的影响分析

针对汾河水库淤积严重的现实,山西省委、省政府决定从１９８８年开始对水库上游地区进行重点治理。１９８８～１９９７年首期治理结束,治理区新建坝库１０３座,淤成坝地１０２０ｈｍ２,完成滩地治理２８００ｈｍ２,累计完成梯田２２４万ｈｍ２、水保林６６３万ｈｍ２、经济林０８４万ｈｍ２、封山育林３９６万ｈｍ２。根据汾河水库３８年降水、径流、泥沙资料,采用水土保持法与水文法进行分析,１０年重点治理水保措施年减少入库泥沙量约５００万ｍ３,减沙效率达４５％～５０％;年减少入库径流量约０５亿ｍ３,减水率达１０％～１４％。在水保措施减沙中,淤地坝和引洪治滩工程的减沙量占治理措施总减沙量的近６０％。     

阎王鼻子水库库区来沙分析

利用实测资料,对大凌河泥沙产区分布来源进行了分析。分析结果表明,输沙量与径流、降雨基本相对应,水沙关系较好,大凌河流域内地质地貌条件相对稳定,降雨的雨量、雨强是影响沙量变化的主要因素。通过对阎王鼻子水库泥沙年入库量进行计算,求得水库上游径流泥沙来源,25%的泥沙来自于上窝堡站以上地区,4%来自于叶柏寿站以上地区,36%来自于德立吉站以上地区,上述控制站以下地区至水库控制断面的区间段泥沙输入量占35%。由此提出朝阳市水土保持近期与中期工作方向。近期主要抓好老虎山河及水库区间段的流域综合治理,中期抓好上窝堡站以上的大凌河上游的流域治理。     

三川河流域水沙变化水文分析

根据三川河流域实测降雨、洪水、泥沙资料,在统计分析和探讨产洪产沙机理的基础上,应用数理统计学原理,通过逐步回归分析建立了降雨产洪产沙数学模型,并用之计算了三川河流域1970—1996年水土保持综合治理措施的减洪减沙效益,对三川河流域20世纪90年代水沙变化进行了重点分析,还采用另外4种水文分析方法进行了平行计算和验证,取得了比较理想和真实的结果,为全面分析流域综合治理成效提供了科学依据。对三川河流域降雨资料的系列化处理方法、径流系数变化趋势以及河道冲淤变化情况进行了分析,其研究方法对黄河中游其它多沙粗沙支流的水沙变化研究具有重要的借鉴作用。