黄土丘陵沟壑区水平梯田减沙作用研究-论文.pdf

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1、水利学报2014年7月SHUILlXUEBAO第45卷第7期文章编号：0559—9350(2014)07—0793—08黄土丘陵沟壑区水平梯田减沙作用研究刘晓燕，王富贵，杨胜天，李晓宇47马红斌2，何兴照(1．黄河水利委员会，河南郑州450003；2．黄河上中游管理局，陕西西安710021；3．北京师范大学，北京100875；4．黄河水文水资源科学研究院，河南郑州450004)摘要：黄土高原水平梯田的减沙作用很可能一直被低估。本文分析了梯田对坡沟产水产沙的调控机制，认为水平梯田不仅可大幅减少自身产沙量，而且还可

2、截留上方来沙，并通过减少坡面径流下沟实现沟谷减沙；有埂水平梯田对流域的减沙潜力可达65％～9O％。基于黄土丘陵沟壑区第三和第五副区不同时期的实测数据，分析了多年平均降雨情况下不同规模水平梯田对流域的减沙作用；引入梯田比和减沙幅度的概念，构建了不同规模水平梯田与减沙幅度的关系式，可用于大空间尺度上水平梯田减沙作用的定量评价。分析认为，在梯田比5％一30％范围内，梯田比几乎与减沙幅度成正比；当梯田比大于35％～40％后，其减沙作用基本稳定在90％左右。水平梯田对洪水含沙量的削减作用不明显，对雨强的产沙响应不敏感。关

3、键词：黄土丘陵沟壑区；水平梯田；减沙作用；方法中图分类号：S157．3文献标识码：Adoi：10．13243~．enki．slxb．2014．07．0051问题的提出黄土高原的坡耕地是黄河泥沙的重要来源地。因人口压力大，数百年来，黄土高原的坡耕地规模一直相当庞大。据文献[1]的调查，黄土高原地区坡耕地面积占总耕地面积83．4％，其中l5。以上坡耕地占18-3％。若将坡耕地改造成水平梯田，不仅可通过减缓坡度和缩短坡长等减轻土壤侵蚀，而且还可大幅提高粮食产量。近年实地调查看到，在坡耕地梯田化程度85％以上的小流域，

4、即使发生大暴雨，也极少有泥沙出沟。因此，为遏制水土流失，并改善当地群众生产生活条件，梯田一直是黄土高原地区最受重视的坡耕地改造措施。目前，在天然来沙约占黄河总来沙1／3的甘肃省黄河流域及其相邻地区(包括渭河上游、泾河上中游、祖厉河、宛川河和洮河下游等)，坡耕地的梯田化程度已达70％一90％，绝大部分地区的水平梯田面积已达其水土流失面积的25％～40％。定量评价梯田的减水减沙作用一直是黄河水沙变化原因分析的重要内容。20世纪90年代以前，在大空间尺度上计算梯田减沙作用时，采用的方法多为“梯田面积×当地侵蚀模数”，

5、即仅考虑梯田自身的减沙作用。90年代后期，冉大川等提出了“以洪算沙法”，该方法注意到梯田径流下沟对沟谷产沙的减轻作用，但没考虑梯田对其上方水沙的截留作用，且给出的梯田减洪指标是早期无埂水平梯田的观测结果，而目前甘肃省黄河流域及其相邻地区的水平梯田几乎都有高约20～25cm的田埂。现有方法对梯田较少且质量不高的20世纪80年代以前可能影响不大；但在目前的泾渭河上中游、祖厉河和洮河下游等地，梯田对其上下两方向的辐射减沙作用显然无法忽视。2011—2013年，在降雨偏丰、坝库极少、林草改善不大的背景下，以上地区绝大部

6、分支流实测来沙较天然时期减少了80％～90％，但采用现有方法计算出的梯田减沙作用只有25％～40％。收稿日期：2013—12—17基金项目：国家科技支撑计划课题(2Ol2BABO2BO5)作者简介：刘晓燕(1964一)，女，河南永城人，博士，教授级高级工程师，主要从事黄河水沙变化研究。E—mail：liuxiaoyan@yrcc．gov．1311-——793-——为客观、全面评价梯田的减沙作用，本文从水平梯田对坡沟水沙的调控机制入手，引入了梯田比和减沙幅度的概念，在大流域尺度上对不同规模水平梯田的减沙作用进行定

7、量评价。2梯田对坡沟水沙的调控机制2．1梯田自身的减水减沙作用基于20世纪60年代黄土高原多地实测数据，赵文礼、张金慧和徐乃民指出，水平梯田可减沙90％～100％、减水70％～90％。焦菊英和姚云峰等剖析了坡面土壤侵蚀过程，从理论上论证了坡度、径流系数和坡长等对水流冲刷力的影响机理。梯田质量是影响其减水减沙作用大小的关键因素。从质量角度，通常将梯田划分为3类：田埂完好、田面平整、田宽5m以上的梯田称为一类梯田；田埂部分完好、田面坡度小于2。的称为二类梯田；无埂且田面坡度2。～5。的称为三类梯田。基于绥德水保试验

8、站20世纪60年代的实测数据，徐乃民指出，在汛期降雨量分别为400、550和660him时，一类梯田可减沙97％、85％、58％，三类梯田只能减沙92％、63％和2l％。焦菊英等发现，在次降雨量与最大30rain雨强的乘积P，为4．4—45mm／min范围内，有埂水平梯田的减水和减沙作用均可达100％，而无埂水平梯田分别为82％和95％。据笔者调查，在渭河上游、泾河上中游、祖厉河、宛川