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的确定

利用d≥0.10 mm的粗泥沙输沙模数≥1 400 t/(km2.a)的指标在黄河中游多沙粗沙区中界定出粗泥沙集中来源区面积为1.88万km2,该面积占黄河中游多沙粗沙区面积的23.9%,年产沙量为4.08亿t,占多沙粗沙区年产沙总量的34.5%,产生d≥0.05 mm和d≥0.10 mm的粗泥沙量分别为1.52亿和0.61亿t,占多沙粗沙区相应输沙量的47.6%和68.5%,该区是名符其实的产粗泥沙“大户”。     

黄河中游多沙粗沙区粗泥沙输沙模数区域分布及产沙量分析

通过对黄河中游多沙粗沙区中d≥0.05 mm和d≥0.10 mm不同粗泥沙年输沙模数级的区域分布及产沙量的分析,得出d≥0.05 mm粗泥沙年输沙模数大于等于2 500、5 000和10 000 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.82万、1.97万和0.22万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的80.0%、35.6%和5.9%;d≥0.10mm粗泥沙年输沙模数大于等于350、700、1 400和2 800 t/km2的粗泥沙来源区面积分别为5.80万、3.94万、1.88万和1.17万km2,对应区域产生的全沙量分别占黄河中游多沙粗沙区全沙量的79.8%、58.3%、34.5%和24.2%。研究不同输沙模数级的区域分布、面积及产沙量,为粗泥沙集中来源区界定提供支撑。     

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。     

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。     

黄河中游多沙粗沙区水沙分布及变化特征分析

黄河中游多沙粗沙区年均降水总量331.01亿m3,年均水资源量33.93亿m3,其中年均地表水资源量31.18亿m3,年均水资源模数为4.32万m3/km2,产水系数为0.10;多沙粗沙区年均降水量第三期治理区最大、第一期治理区最小,年均水资源模数和产水系数第一期治理区最大、第三期治理区最小;1956~2000年,多沙粗沙区各年代年均降水量和水资源总量总体呈递减趋势;多沙粗沙区全沙和粒径≥0.1mm的粗泥沙输沙模数、单位地表水资源全沙和粒径≥0.1mm的粗泥沙产沙量、单位降水粒径≥0.1mm的粗泥沙产沙量均是第一期治理区最大、第三期治理区最小。第一期治理区是当前向黄河输送粗泥沙的集中区域,应当首先作为黄河“治沙”工程的重点地区,尽快安排实施。     

砒砂岩沟谷种植沙棘林防止土壤重力侵蚀的实践

黄河中游的砒砂岩区是我国土壤侵蚀最为严重的地区之一,也是黄河下游河道淤积物中粗泥沙的集中来源区之一。该区严重的重力侵蚀,构成了流域产沙的主体,并为水力侵蚀提供了丰富的泥沙来源。1999—2008年在砒砂岩裸露沟谷地段种植的沙棘林保存面积达1 642.86 km2,较好地减弱或消除了产生表层碎屑层的水热条件,起到了很好的拦截泻溜作用。据估算,砒砂岩区目前人工沙棘林平均减少的土壤侵蚀模数(重力)为4 833 t/(km2.a),年可减少土壤重力侵蚀量达741万t,为减少入黄粗泥沙发挥了很好的作用。     

三门峡库区淤积物粒径分析

在黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究中,粗泥沙界限的确定必须分析三门峡库区淤积物的粒径组成。采用河床质法、钻孔取样法和沙量平衡法等,分别对三门峡库区淤积物粒径进行了分析,结果表明:大于等于某粒径(0.025mm、0.05 mm)的泥沙含量沿河道向上游递增;主槽淤积物颗粒比滩地淤积物颗粒粗;潼关以下及北洛河库区淤积物颗粒较细,潼关以上黄河干流及渭河库区淤积物颗粒较粗;随着泥沙粒径的增大,其占淤积物总量的百分比逐渐减小。     

从自然地理背景宏观判析黄河中游粗泥沙集中来源区

为在黄河中游多沙粗沙区确定粗泥沙集中来源区,从黄河中游多沙粗沙区地质构造、地层岩性、地貌类型、水文气象等因素与产粗泥沙关系的区域差异对粗泥沙集中来源区进行了宏观判析,认为在黄河中游多沙粗沙区范围内,吴旗—志丹—延安—延长一线以北、东胜—准格尔—清水河一线以南、吴旗—榆林—神木—大柳塔一线以东(风沙区以东)至晋西北黄河沿岸的范围是侵蚀最为严重的地区,也是粗泥沙集中来源区的宏观待选范围。