RS的黄河中游多沙粗沙区土地利用变化分析

本文对地处黄河中游多沙粗沙区的河口镇至龙门区间(简称河龙区间)及四大典型支流皇甫川、窟野河、无定河和三川河流域淤地坝拦减粗泥沙效果进行了深入分析,计算了不同年代淤地坝拦减粗泥沙量。通过分析实施淤地坝等水土保持措施前后泥沙粒径的变化、淤地坝配置比例与减沙比例关系的变化后认为:淤地坝是快速减少入黄粗泥沙的首选工程措施和第一道防线,具有明显的“拦粗排细”功能。只要河龙区间坝地的配置比例保持在2%左右,其减沙比例即可达到45%以上。当四大典型支流淤地坝配置比例平均达到2.5%时,淤地坝减沙比例平均可以达到60%。因此,为有效、快速地减少入黄泥沙尤其是粗泥沙,河龙区间水土保持措施应采用以淤地坝为主的工程措施与坡面措施相结合的综合配置模式。淤地坝的配置比例应保持在2%以上。减少黄河粗泥沙的重点支流应首选窟野河和皇甫川。

利用坝地钻探取样资料,对黄河中游多沙粗沙区坝地淤积泥沙粒径的空间变化进行了分析,结果表明:淤地坝对泥沙具有分选作用,坝前泥沙粒径小于坝尾泥沙粒径;泥沙颗粒越粗,这种分选作用越明显。从而认为,在粗泥沙产沙区淤地坝能够起到一定的淤粗排细作用。

黄河中游多沙粗沙区区域界定——三门峡水库和黄河下游河道主要淤积物是粒径ｄ≥0.05mm的粗泥沙。黄河中游多沙区有11.92万km2，粗沙区7.86万km2，两者套绘在一起的多沙粗沙区面积7.86km2。重点治理该区严重的水土流失，是减少黄河下游淤积的关键。

从形成高浓度粗泥沙水流机理出发，综合分析了不同地层侵蚀产沙对黄河粗泥沙的影响。分析认为，风沙和基岩产沙对黄河粗泥沙均有一定影响，但起关键作用的仍然是黄土。风沙、基岩、黄土产沙的综合作用是形成黄河高浓度粗泥沙水流的重要原因，因此应从整体上综合治理多沙粗沙区。

黄河中游多沙粗沙区水沙变化趋势及其主控因素的贡献率 作者：孙倩;于坤霞;李占斌;李鹏;张晓明;龚珺夫 作者机构：西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,西安 710048;西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,西安710048; 西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,西安710048;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,杨凌 712100;西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,西安710048; 中国水利水电科学研究院泥沙所流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京 100048;西安理工大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室,西安710048 来源：地理学报 issn：0375-5444 年：2018 卷：073 期：005 页码：945-956 页数：12

通过对黄河中游多沙粗沙区中d≥0.05mm和d≥0.10mm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≥0.05mm粗泥沙年输沙模数大于等于2500、5000和10000t/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、1400和2800t/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。

利用坝地钻探取样资料分析了泥沙空间分布规律,通过输沙模数指标计算了黄河中游多沙粗沙区重点支流中各级泥沙的产沙量。结果表明:受水流分选作用的影响,表现出坝后淤积物粒径比坝前淤积物粒径粗的特点;受地表组成物质的影响,泥沙粒径空间上整体呈现出由南向北逐渐变粗的趋势;根据多沙粗沙区重点支流泥沙粒径、产沙量分析结果和淤地坝分布情况,可有针对性的开展沟道拦沙工程来达到有效控制泥沙的目的。

为了查清黄河泥沙特别是粗泥沙的主要来源地，探索多沙粗沙区产沙输沙规律和治理开发方略。黄委会1995年将“黄河中游多沙粗沙区区域界定及产沙输沙规律研究”列为水土保持科研基金重点项目，组织有关单位进行协作研究。经过黄委会水文局、水科院、陕西师大、中科院地理所、内蒙古水科院、黄委会绥德水

《黄河中游多沙粗沙区区域界定及产沙输沙规律研究》通过鉴定验收

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0.1mm以上泥沙占一半。以0.1mm为粗泥沙集中来源区界定研究中的粗泥沙界限,0.1mm的粗泥沙输沙模数1400t/(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≥0.05mm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。

利用d≥0.10mm的粗泥沙输沙模数≥1400t/(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≥0.05mm和d≥0.10mm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”。

作者以长川流域附近的阿贵庙自然保护区的主要植被类型为对照,通过对黄河中游砒砂岩地区长川流域内的各土地利用/覆盖类型之间的生物多样性的比较分析,综合评价了人类土地利用活动对当地生物多样性的影响。结果表明:沙棘(hippophaerhamnoides)灌丛、草地、油松(pinustabuliformis)林地和中间锦鸡儿(caraganainter-media)灌丛等土地利用类型的生物多样性指数较高;进一步运用s?renson指数分析发现,仅中间锦鸡儿灌丛、草地和油松林三类与主要自然植被类型有着较高的相似性,其s?renson指数均在40%左右。综合考虑shannon-wiener指数与s?renson指数,草地、中间锦鸡儿灌丛、油松林地等类型对当地物种多样性的影响相对较弱,有利于当地物种多样性的保护,在植被恢复和建设过程中应相对增大种植比例。

选择黄河中游多沙粗沙来源较为集中的皇甫川、孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河、无定河等流域,对比分析了河流粗泥沙含量和平均粒径年内变化规律及其空间差异。结果表明:软弱砂岩出露区的皇甫川流域,河流携带的粗泥沙含量及平均粒径与径流量年内变化趋势一致,软弱易蚀岩层出露面积比例越大,这一趋势就越明显;风沙区分布面积较大的秃尾河和无定河等流域,随着夏季水流侵蚀能力的增强,悬移质平均粒径并未明显增大,甚至降水集中和多暴雨的7~8月的平均粒径和粗泥沙含量小于冬季的,这些流域内基岩产沙对河流泥沙贡献不大,悬移质中的粗泥沙应主要来源于风沙。

在钱宁等［１］关于黄河中游粗泥沙来源宏观分析的基础上，本文进一步考虑了区域地貌特征及近年来人类活动因素的影响，对黄河中游粗沙来源区进行了更为详细的分区对比研究，并结合典型流域产沙及河道淤积历史剖面分析，全面探讨了入黄泥沙来源这一问题。本项工作是在前人工作的基础上取得的一个进展。分析表明，７０年代以来由于水土保持工作的大规模开展，黄河中游的粗泥沙明显减少，但黄河中游地区仍是黄河主要的粗泥沙来源区，其中又以窟野河、皇甫川和无定河流域粗泥沙产量最大，占黄河中上游流域粗沙产量的８５％以上。这三个流域应作为黄河中游水土保持的重点地区，并应相应提高该区域水保措施的防洪标准。

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≥0.10mm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。

来自黄河水利委员会等单位的最新研究成果——《黄河中游多沙粗沙区区域界定及产沙输沙规律研究》表明：黄河中游7．86万平方千米的多沙粗沙区是造成黄河三门峡库区和黄河下游淤积的主要泥沙来源区。该区域包括陕北、晋西、内蒙古南部和甘肃东部的44个县，其中55％的多沙区在陕西省。

本文首先讨论了黄河粗泥沙界限的确定方法，认为以下游淤积物中占多数的观点来确定黄河粗泥沙粒径界限较好，经分析淤积物中００２５ｍｍ以上的泥沙占多数，００５ｍｍ以上的泥沙近半数；然后讨论了中游多沙粗沙区区域界定的两种方法，认为指标法能够直观反映出多沙粗沙区的位置；最后用００５ｍｍ和００２５ｍｍ两种界限分析了多沙粗沙区面积，分别为８１５万ｋｍ２和６９９万ｋｍ２，两者位置和面积比较接近，但在治理方略上有一定差异，前者强调治沟治基岩，后者强调沟坡兼治。

利用三角坐标对黄河中游5条支流悬移质颗粒级配资料进行了分析,发现黄河中游的高含沙水流粒径组成大致在如下范围之内:0.010mm的粒径占60%~90%。因各支流所在流域差异,使其高含沙水流的粒度组成也有所差异,但均集中于一定的粒径配比范围内。

黄河中游粗泥沙集中来源区水土流失类型多样、侵蚀强度高、泥沙颗粒粗,按照不同治理区的自然环境及社会经济特征、水土流失特点和关键防治区段,借鉴区域典型流域水土流失防治的成功经验,紧紧围绕有效控制和拦减入黄泥沙,特别是粗泥沙,充分利用洪沙资源,发展生产,为区域能源开发创造良好环境的要求,开展了拦减黄河粗泥沙治理方向研究。

黄河中游粗泥沙集中来源区总面积18803km2,涉及陕西、内蒙古两省区的榆林、延安、鄂尔多斯3市共15个县(旗、区)的11条黄河支流。该区域可建治沟骨干工程1500座,建拦泥库86座,治坡措施中可完成修梯田、造林、种草13162km2,三项措施的年拦泥沙量分别为1.63亿、1.43亿、1.54亿t。实行以小流域为单元、以支流为骨架统一规划,统筹安排淤地坝(系)、拦泥库、治坡措施及其他治理措施并实行不同措施的科学组合,能够满足黄河年减沙4.08亿t的要求。

在黄河中游粗泥沙集中来源区界定研究的基础上,基于数字高程模型、卫星影像、电子地图及有关研究成果,在地理信息系统软件支持下,分析研究了窟野河、皇甫川、清水川等9条支流的特性。经过分析认为,支流内上中下游、左右岸差异较大,从支流上游向下游坡度增大,治理措施密度减小,土壤抗蚀性增大;区域内以自然侵蚀为主,侵蚀类型总体表现以水蚀为主,有部分区域为水蚀和风蚀复合侵蚀,侵蚀等级从南向北递增,治理难度相应增大。

黄河中游粗泥沙集中来源区现状治理措施年拦沙能力为1.03亿t,占区域年泥沙流失量4.08亿t的25.2%。其中:淤地坝(系)年拦沙能力为2757万t,占现状措施年拦沙能力的26.8%;水库年拦沙能力为2688万t,占现有措施年拦沙量的26.1%;治坡措施年拦沙能力为4842万t,占现状措施年拦沙量的47.0%。