黄河中游多沙粗沙区淤地坝拦减粗泥沙分析

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1、黄河中游多沙粗沙区淤地坝拦减粗泥沙分析冉大川1，2左仲国1上官周平2（1黄河水利委员会黄河水利科学研究院河南郑州450003；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：本文对地处黄河中游多沙粗沙区的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进行了深入分析，计算了其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

2、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。关键词：河龙区间淤地坝粗泥沙粒径淤地坝是指在沟道中以拦泥、缓洪、淤地造田、发展生产为目的而修筑的水土保持工程设施。长期的水土保持实践经验证明，淤地坝是黄土高原水土流失防治的重要措施，在水土流失治理中具有不可

3、替代的作用；是快速减少入黄泥沙、减轻黄河下游河道泥沙淤积、实现“河床不抬高”最有效的工程措施；在黄土高原地区小流域治理中对泥沙具有绝对的控制性作用。根据笔者以往研究成果[1]，作为黄河中游多沙粗沙区淤地坝分布最为集中的河口镇至龙门区间（简称河龙区间），1970～1996年淤地坝减沙量占水土保持措施减沙总量的64.7%19，接近65%。河龙区间淤地坝较多的四大典型支流皇甫川、窟野河、无定河和三川河流域，1970～1996年淤地坝减沙量分别占水土保持措施减沙总量的57.8%、37.2%、62.1%和72.2%。因此，淤地坝是拦减黄河中游泥沙的关键措施。在黄河

4、中游地区淤地坝减沙作用研究中，以往的研究侧重于对淤地坝拦减泥沙总量的研究，对淤地坝拦减粗泥沙（粒径d≥0.05mm）研究不够。粗泥沙对黄河下游的危害最大。淤地坝在拦减泥沙的同时，也必然拦减粗泥沙。本文根据以往研究成果，对黄河中游多沙粗沙区淤地坝拦减粗泥沙情况进行了分析，以期对集中治理黄河中游1.88万km2的粗泥沙集中来源区有所裨益。1河龙区间淤地坝拦减粗泥沙分析1.1淤地坝拦减粗泥沙量计算方法分析淤地坝不同年代拦减粗泥沙量变化的关键是如何推求淤地坝拦减的粗泥沙量，以往研究很少涉及。本文研究特提出如下两种计算方法：方法一：由于黄河中游地区缺乏淤地坝中淤积

5、物实测泥沙粒径级配资料，淤地坝拦减的粗泥沙量，一般可按淤地坝所在流域出口水文站实测的悬移质泥沙颗粒级配中粒径d≥0.05mm的沙重所占百分比（称为粗泥沙所占比例）与淤地坝减沙量相乘求得。其计算基于如下假定：流域内所有水土保持措施拦减粗泥沙的比例基本相同。计算公式为：△WCS=α·△WSB（1）式中，△WCS——淤地坝拦减的粗泥沙量（万t）；α——粗泥沙所占比例（%）；△WSB——淤地坝减沙量（万t）。在缺乏淤地坝中淤积物实测泥沙粒径级配资料的情况下，作为对淤地坝不同年代拦减粗泥沙量的宏观研究和估算，该方法不失为一种简便易行的有效方法，可以在实际中应用。1

6、9方法二：由于水土保持坡面措施（梯田、林地、草地）更多拦减的是细泥沙，拦减粗泥沙的能力一般小于拦减细泥沙的能力，而淤地坝具有明显的“拦粗排细”功能，因此，淤地坝拦减的泥沙中粗泥沙所占比例大于流域出口水文站实测的悬移质泥沙中粗泥沙所占比例，公式（1）计算结果偏小，应予修正。其修正计算公式为：△WCS=K·[α·△WSB]（2）上式中K为修正系数，K﹥1.0。一般可根据流域内不同淤地坝淤积物实测泥沙粒径级配资料中粗泥沙所占比例的平均值β与临近淤地坝下游的水文站实测悬移质泥沙颗粒级配中粗泥沙所占比例的平均值α1推求。即：K=β/α1（3）1.2淤地坝拦减粗泥沙

7、总体结果分析黄河中游河龙区间自20世纪70年代以来，输沙量明显减少。根据韩鹏等人的研究[2]，龙门水文站大于0.05mm的粗泥沙来量60年代为5.6亿t，70年代减少为2.25亿t，80年代只有0.8亿t。相应的河流泥沙粒径也有细化的趋势，龙门水文站实测的中值粒径由60年代的0.0324mm、70年代的0.0285mm变为80年代的0.0250mm。这种变化一方面固然有降雨减少的影响，另一方面，黄河中游大规模的水土保持综合治理工作的深入开展，也是造成龙门水文站输沙量减少、泥沙变细的重要原因。根据黄河水利科学研究院在河龙区间粗泥沙集中来源区对54座淤地坝淤

8、积物钻探取样资料分析，淤地坝淤积物中粗泥沙所占比例平均为45%①黄河水利科学研究