黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究中粗泥沙界限的确定

针对黄河粗泥沙界限问题,介绍了粗泥沙界限0.05 mm的由来,利用下游河床质钻孔资料分不同时段研究主槽淤积物粒径组成,利用输沙率平衡法计算下游河道不同时段的区间淤积比和排沙比,利用小浪底水库运用以来下游河床质淤积物钻孔资料分析淤积物粒径变化。依据1960年以前天然情况下、对长系列资料分析结果显示、小浪底水库运用以来的黄河下游主槽淤积物中d≥0.10 mm的泥沙淤积特点,确定应以0.10 mm作为黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究中的粗泥沙界限。     

从黄河下游淤积物粒径变化谈中游地区沟坡兼治

不少学者指出,黄河下游淤积物中,粒径大于0.05mm的粗颗粒泥沙占69%,这部分泥沙在中游黄土中含量甚少,它们主要来自多沙粗沙区的基岩,因此加强易侵蚀基岩区的治理是关键.据最近的分析,发现黄河下游淤积物已明显细化,粒径≥0.05mm的粗泥沙占总淤积量的40%,0.05～0.025mm之间的泥沙约占30%,这部分泥沙来自黄土中的比例不小,因此在中游严重水土流失区应强调沟坡兼治.     

黄河下游河道主槽淤积物粒径变化分析

利用1999年黄河下游河道汛前深层(河南段为11 m,山东段为10 m)钻孔淤积物取样资料和2000年以来汛前钻孔取样资料,对黄河下游河道主槽淤积物粒径变化情况进行的分析表明:1960年以前在无三门峡水库影响的“天然”水沙状态下,黄河下游河道主槽淤积物中粒径大于等于0.10 mm的泥沙含量为50.7%;1960~1999年河道主槽淤积物中粒径大于等于0.10 mm的泥沙含量为20.4%,比1960年以前少30.3个百分点;小浪底水库运用初期,下泄的大多为低含沙水流和细泥沙,特别是经过3次调水调沙试验,加剧了河道冲刷,主槽床沙逐渐粗化,粒径大于等于0.10 mm的泥沙含量有向50%靠近的趋势。     

用边际分析法确定黄河中游粗泥沙集中来源区

 为进一步寻找并治理对黄河下游主槽淤积危害最严重的粗泥沙集中来源区,根据1960年未建三门峡水库前自然水沙条件下下游河槽淤积物粒径组成,确定出黄河中游粗泥沙集中来源区界定中的粗泥沙界限为0.1mm。利用边际分析法在黄河中游多沙粗沙区确定粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2。该面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%,可产生的全沙、粒径大于0.05mm和0.1 mm的泥沙分别占同期多沙粗沙区相应沙量的34.5%、47.6%和68.5%。由此看出,该区是名副其实的粗泥沙集中来源区。     

黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究

通过黄河下游多断面、多钻孔、深层次泥沙淤积物取样级配分析,认为在1960年三门峡水库运行前,下游河道主槽淤积物中0.1 mm以上泥沙占一半。以0.1 mm为粗泥沙集中来源区界定研究中的粗泥沙界限,0.1 mm的粗泥沙输沙模数1 400 t/(km2.a)为粗泥沙集中来源区界定指标,界定出黄河中游粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2。该区面积仅占黄河中游多沙粗沙区面积(7.86万km2)的23.9%,但该区产生的全沙量、d≥0.05 mm和0.1mm的粗泥沙量分别占多沙粗沙区相应输沙量的34.5%,47.6%和68.5%,说明该区是名符其实的产粗泥沙“大户”,是当前黄河粗泥沙“源头”治理的重中之重。     

黄河中游不同地区来沙对三门峡库区及下游河道的淤积作用

利用输沙量平衡法分析了黄河中游6站来水来沙对库区及下游的淤积作用,利用断面法分析了黄河中游、多沙粗沙区和粗泥沙集中来源区来沙对下游的淤积指标。结果表明,龙门来沙对下游的淤积贡献最大,华县、河津和状头来沙对下游淤积影响较小,而黑石关和武陟来水来沙有利于下游河道的冲刷。通过断面法得出黄河中游、多沙粗沙区以及粗泥沙集中来源区来1．00×10^8t泥沙对三门峡库区及下游河道淤积危害分别为2．50×10^7,2．57×10^7和3．29×10^7t,且粒径越粗对下游河道淤积危害越大。     

黄河中游多沙粗沙区治理分期(区)研究

对黄河下游河道主槽淤积危害最大的是粒径d≥0.10mm的粗泥沙。按照快速减少黄河下游河道主槽粗泥沙淤积和治理面积相对较小、拦减粗泥沙量相对较多的原则,以≥0.10mm的粗泥沙输沙模数分别为≥1400、≥700而<1400和<700t/(km2·a)为指标,将黄河中游7.86万km2的多沙粗沙区分为粗泥沙集中来源区、多粗泥沙区和多沙粗沙区3个治理期(区),其对应的面积分别为1.88万、2.06万和3.92万km2。经分析,该研究治理分期(区)中的划分结果,符合黄河水利委员会针对黄河中游多沙粗沙区“先粗后细,分期治理”的战略部署。     

复合侵蚀作用下砒砂岩坡面侵蚀泥沙颗粒特征

明晰砒砂岩坡面侵蚀泥沙颗粒输移特征是研究黄河泥沙淤积问题的关键。采用水力、风力、冻融复合侵蚀实体模拟技术,研究在35°坡度和110 mm/h雨强条件下单一水蚀、冻融+水蚀、冻融+风蚀+水蚀3组不同侵蚀动力复合作用下,砒砂岩坡面侵蚀泥沙颗粒变化特征。结果表明:砒砂岩坡面在单一水蚀作用下以整体侵蚀为主,侵蚀泥沙颗粒变化稳定;冻融+水蚀作用下粗颗粒产出明显,冻融作用对粗颗粒的影响凸显;冻融+风蚀+水蚀作用下坡面稳定性最差,侵蚀泥沙颗粒变化最剧烈。复合侵蚀作用下坡面侵蚀过程以搬运粒径较大的泥沙颗粒为主;各粒级侵蚀泥沙颗粒随侵蚀动力的增加起伏变化剧烈。     

黄河中游粗泥沙集中来源区重点支流的遴选

通过来沙粒径、输沙模数、水土流失面积占流域面积的比例等指标遴选出黄河粗泥沙集中来源区重点治理的支流。按水文站实测悬移质粒径粗细分析的重点支流的排序为:皇甫川、窟野河、秃尾河、佳芦河、孤山川、无定河、延河和清涧河;根据各支流坝地淤积物钻孔取样分析的d≥0.10 mm泥沙所占百分数由大到小排序是:窟野河、皇甫川、清水川、孤山川、石马川、秃尾河、无定河、佳芦河、乌龙河、延河和北洛河;在此基础上,再按粗泥沙输沙模数大小最后遴选的重点治理支流的顺序是:窟野河、皇甫川、清水川、秃尾河、孤山川、石马川、佳芦河、乌龙河、无定河。     

黄土高原水土流失与土壤退化的研究

本文研究了黄河干支流悬移质泥沙(采自1983年)和流失地土壤的颗粒组成与养分含量以及它们之间的相互关系。结果表明,黄河下拧河床淤积的泥沙以0.05—0.25毫米的颗粒为主,大于0.25亳米的颗粒组成低于1%,它们与流失地耕层土壤、黄土沉积物及风积砂的颗粒组成类同。皇甫川与窟野河的泥沙中可见到产自基岩剥蚀物的大于0.25毫米的粗颗粒,但在黄河干流中基本未见。为进一步查明黄河下游河床粗颗粒泥沙的来源,应划分大于0.25毫米粒径的粗颗粒。黄河大部分支流泥沙中的有效养分接近耕层的低限或平均水平,其中速效碘为耕层含量的2倍以上。加速坡耕地水土流失的治理,对防止土壤养分流失和减少入黄泥沙,具有重要的实际意义。