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摘要：作者對皇甫川流域從徑流泥沙來源、水沙特性、水沙變化趨勢等方面進行了較為深入地分析和研究，據(jù)此提出皇甫川流域近期治理方略是：以溝道壩系建設為切入點；積極推進林草植被建設；對砒砂巖地區(qū)實行大面積封禁治理。流域近期至2010年，治理的重點建議放在十里長川、沙圪堵至皇甫區(qū)間和沙圪堵以上的納林川左岸。

關鍵詞：水沙特性水沙來源沙變化趨勢治理對策皇甫川

1流域概況及水土流失特點[1]

皇甫川流域位于黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間的右岸上段，是黃河流域主要的多沙粗沙區(qū)，多年平均(1956～1998年)輸沙量0.505億t?；矢Υòl(fā)源于內蒙古自治區(qū)達拉特旗南部敖包梁和準格爾旗西北部的點畔溝一帶，在陜西省府谷縣巴兔坪匯入黃河，干流長137km，河道平均比降2.7‰；流域面積3246km2，其中水土流失面積3215km2，占流域總面積的99.0%?；矢Υ饔蛩抵饕筛闪骷{林川和支流長川組成。干流沙圪堵以上(納林川)河道長70km，河道平均比降4.3‰，面積1351km2，占流域總面積的41.6%；長川河道長75km，河道平均比降5.7‰，流域面積702km2，占流域總面積的21.6%。皇甫川流域按照侵蝕程度和地表土層覆蓋的差異，大致可分為三個水土流失類型區(qū)：

1.1砒砂巖丘陵溝壑區(qū)主要分布于流域西北部納林川兩岸的虎石溝、圪秋溝、干昌板溝和爾架麻溝，面積948km2，占皇甫川流域總面積的29.2%，溝壑密度平均為7.42km/km2。該區(qū)水土流失極為嚴重，地形切割十分破碎，坡陡溝深，植被覆蓋度很低，基巖大面積外露。區(qū)內侵蝕以水蝕為主，復合重力侵蝕。

1.2黃土丘陵溝壑區(qū)主要分布于流域的東部和西南部，面積1756km2，占流域總面積的54.1%，溝壑密度在5km/km2～9km/km2之間。該區(qū)黃土層較厚，呈現(xiàn)較典型的黃土梁峁和黃土溝谷地貌，除部分梁峁和緩坡地為耕地外，多為天然草場，植被覆蓋度為20%左右。區(qū)內土壤侵蝕以水蝕為主，水蝕、風蝕和重力侵蝕交替發(fā)生。

1.3沙化黃土丘陵溝壑區(qū)面積542km2，占流域總面積的16.7%，主要分布在納林川中下游以東到長川以西地區(qū)和庫布其沙漠邊緣，平均溝壑密度為4.2km/km2，地表沙化嚴重，以風蝕為主要侵蝕方式，呈現(xiàn)出風、水蝕復合侵蝕的景觀。

2降雨、徑流、泥沙特性

皇甫川流域水文泥沙特征值統(tǒng)計見表1。

2.1降雨特性皇甫川流域多年平均降水量389.5mm，降水分布總的趨勢是由東南向西北遞減。最大降水月份一般出現(xiàn)在7月，最小降水月份出現(xiàn)在11月，連續(xù)四個月最大降水均出現(xiàn)在汛期，汛期降水量占年降水量的78%以上，約50～60%的降雨量集中在7、8兩月?；矢Υ饔蚝涂咭昂右粠в质呛育垍^(qū)間的暴雨中心之一?；矢Υū┯曜蠲黠@的特征是：歷時短，籠罩面積小，強度大，年際變化大。一次降雨過程的洪水、泥沙特征很大方面依賴于暴雨，暴雨是產洪產沙的原動力。暴雨產洪量一般可占汛期水量的24.3～76.7%，暴雨產沙量可占汛期沙量的37.6～95.3%[2]?；矢Υū┯甏蠖鄶?shù)降落在納林川，暴雨中心多出現(xiàn)在流域的西北部。

2.2徑流特性皇甫水文站多年平均徑流量15360萬m3，徑流深48.0mm。皇甫川流域徑流的特點是：蒸發(fā)旺盛，徑流量小，產流不均勻，年際變化大，年內分配很不均勻。徑流泥沙不僅集中在汛期，而且多集中在幾次大洪水。多年平均汛期徑流量占年徑流量的82.6%，洪水徑流量占74.9%；納林川沙圪堵站以上流域，一場占年均雨量38.6%的暴雨，可產生占年均徑流量66%的徑流，極易形成較大的洪水災害?；矢Υ饔虻孛鎻搅靼l(fā)育，沙圪堵以上的砒砂巖區(qū)地下徑流占年徑流的比例僅為18.7%。

2.3泥沙特性皇甫川流域泥沙特點是：產區(qū)集中，侵蝕強度大，洪水含沙量高。流域經(jīng)常出現(xiàn)高含沙水流，基巖風化殼和黃土區(qū)是皇甫川流域泥沙的主要產區(qū)，其中基巖風化殼則是粗泥沙的主要來源區(qū)，而黃土和深度風化的頁巖提供了一定數(shù)量的細顆粒泥沙，從而形成了產生高含沙水流的有利條件。皇甫川高含沙水流最大含沙量為1570kg/m3,洪水平均含沙量達422kg/m3，懸沙粒徑大于0.05mm的粗沙多年平均(1954～1998年)來量為2970萬t，占對應多年平均產沙量的58.3%，在河龍區(qū)間諸多支流中來沙組成最粗。

3不同地貌類型徑流泥沙來源分析

3.1全流域徑流泥沙來源分析皇甫川流域于1953年7月12日設立皇甫水文站，開始觀測。后幾經(jīng)變動，現(xiàn)把口水文站為皇甫水文（三）站，始測于1977年1月1日，控制面積3175km2；設置于干流上段納林川的沙圪堵水文站，始測于1959年8月1日，控制面積1351km2；設置于支流十里長川中段的長灘水文站，始測于1978年，控制面積524km2，1981年因故停測，后于1986年恢復觀測，但站址下遷，控制面積626km2。鑒于皇甫川大規(guī)模治理始于1980年以后，為比較準確的分析皇甫川流域的徑流泥沙來源，選取受人類活動影響較小的資料系列(1960～1979年)，將皇甫川以上分為沙圪堵站控制區(qū)和沙圪堵以下、十里長川至皇甫站兩部分進行資料統(tǒng)計與計算。根據(jù)計算結果，來自沙圪堵以上的水量占皇甫站總來水量的44.7%，沙量占皇甫站總來沙量的51.7%，來自沙圪堵至皇甫川及十里長川的來水來沙量分別占總來水來沙量的55.3%和48.3%。另據(jù)長灘水文站不完整的水文資料(1986～1994年)統(tǒng)計，來自長灘以上的水量占皇甫站對應總來水量的8.5%，沙量占皇甫站對應總來沙量的15.9%，同期來自沙圪堵以上的水量占皇甫站總來水量的40.5%，沙量占48.6%，則來自沙圪堵、長灘至皇甫區(qū)間的來水來沙量分別占皇甫站總來水來沙量的51.0%和35.5%，說明皇甫川的徑流主要來自沙圪堵、長灘至皇甫區(qū)間，其次是沙圪堵以上；泥沙主要來自沙圪堵以上，其次是沙圪堵、長灘至皇甫區(qū)間。來自長灘以上的水沙量較少。

3.2坡面與溝道徑流泥沙來源分析小流域是水土流失從坡面至溝道發(fā)生發(fā)展的基本單元。皇甫川小流域侵蝕地貌與丘（一）區(qū)其他小流域很類似，也是以現(xiàn)代溝緣線為界分為溝間地和溝谷地兩大區(qū)，流域平均溝壑密度為4.2km/km2，溝間地坡度一般小于25°，溝谷地突變，形成大于45°的溝坡。根據(jù)黃委會綏德水土保持科學試驗站郝建忠等人1991年對綏德、米脂、子洲、離石等8條小流域資料分析，求得流域溝壑密度同溝谷地占流域面積比例的關系式為：F1=35.8+1.576Gm式中：F1為溝谷地占流域面積的比例，(%)；Gm為流域溝壑密度(km/km2)。

由上式求得皇甫川流域溝谷地占流域面積的比例為42.4%，相應溝間地所占比例即為57.6%。

根據(jù)韭園溝和王家溝的小區(qū)觀測資料，求得兩流域溝間地平均徑流模數(shù)為17133.5m3/km2,溝谷地平均徑流模數(shù)為38367.5m3/km2；兩流域溝間地平均輸沙模數(shù)為9551t/km2，溝谷地平均輸沙模數(shù)為26547.5t/km2。假定皇甫川流域溝谷地與溝間地的徑流模數(shù)和輸沙模數(shù)之比（亦即侵蝕模數(shù)之比）和韭園溝、王家溝的平均值之比一致，通過聯(lián)解沙量平衡方程組，即可求得皇甫川流域不同地貌類型徑流泥沙來源，見表2?？梢?，皇甫川流域溝谷地是徑流、泥沙的主要來源區(qū)，溝谷地產流量占流域總產流量的62.2%，溝谷地產沙量占流域總產沙量的67.2%，其徑流、輸沙模數(shù)分別是流域徑流、輸沙模數(shù)的1.5倍和1.6倍，是溝間地的2.2倍和2.8倍。1956～1998年

，皇甫流域年均徑流量為15360萬m3，其中溝谷地來水量為9554萬m3，溝間地來水量為5806萬m3；年均輸沙量5050萬t，其中溝谷地來沙量為3394萬t，溝間地來沙量為1656萬t。

3.3不同出露巖層產粗沙量估算皇甫川流域是黃河中游河龍區(qū)間粗沙的主要來源區(qū)。根據(jù)景可等人利用粒度分析法的研究成果，皇甫川流域基巖、黃土及風沙產粗沙平均量分別占年均產粗沙總量的69.5%、30.4%和0.1%?；矢Υ饔蚨嗄甏帜嗌称骄鶃砹繛?970萬t，則基巖、黃土及風沙產粗沙量多年平均分別為2064.1萬t、902.9萬t和3.0萬t，見表3。

另據(jù)徐建華等人的最新研究成果[2]，皇甫川流域主要產沙地層為砒砂巖，其次為黃土，風積沙地層產沙較少。其面積分別占流域面積的54.9%、28.3%和16.8%，而產沙量卻分別占總產沙量的71.5%、27.2%和1.3%，則砒砂巖、黃土及風積沙產粗沙量多年平均分別為2123.6萬t、807.8萬t和38.6萬t。因此，砒砂巖（基巖）地層應成為皇甫川流域今后

治理的重中之重。二者相比，主要研究結論基本相同。雖然風沙產沙量差別較大，但仍屬同一數(shù)量級。

4流域水沙變化趨勢分析

4.1降雨變化趨勢皇甫川流域多年平均(1954～1998年)汛期降雨量占年降雨量的比重達79.5%，7+8月降雨量占年降雨量的比重達54.3%以上。從各年代的降雨量變化情況看，以1969年前作為基準期，70、80、90年代均有不同程度的減少。以年降雨為例，減少百分比分別為8.6%、15.7%和2.3％，80年代減少百分比最大。此外，流域90年代降雨比80年代有所增加，年、汛期及7+8月降雨量增幅分別為15.9%、8.2%和3.0%。

4.2徑流變化趨勢皇甫川流域多年平均汛期徑流量占年徑流量的比重為82.0%，7+8月徑流量占年徑流量的比重為46.9%。從各年代徑流量變化情況看，以1969年前作為基準期，70、80、90年代年徑流量減少的百分比分別為16.4%、39.6%和53.1%。90年代徑流量比基準期減少的百分比均在40%以上；7+8月徑流量比基準期減少了42.8%，比70年代減少47.8%，比80年代減少31.5%。

4.3泥沙變化趨勢皇甫川流域多年平均汛期輸沙量占年輸沙量的比重為98.6%，7+8月輸沙量占年輸沙量的比重為84.3%。從各年代輸沙量變化情況看，以1969年前作為基準期，70、80、90年代年輸沙量減少的百分比分別為-1.1%（增沙）、30.7%和54.5%。70年代輸沙量比基準期均有不同程度的增加，7+8月輸沙量增幅達16.0%。90年代輸沙量比基準期減少的百分比均在50%以上，減幅明顯高于徑流。7+8月輸沙量比基準期減少60.5%，比70年代減少66.0%，比80年代減少51.7%。

由以上變化趨勢可知，皇甫川流域降雨、徑流、泥沙依時序遞減，與黃河中游其它支流一致。90年代降雨雖比80年代有所增加，但徑流、泥沙并未增加，其主要原因是單位毫米降雨產流產沙量仍呈遞減趨勢。另據(jù)筆者研究，皇甫川流域現(xiàn)狀水資源利用率只有10%，在黃河中游多沙粗沙支流中屬于較低水平。其主要原因是汛期降雨量占年降雨量的78%以上，約50～60%的降雨集中在7、8兩月且多為暴雨。由于暴雨集中，歷時短，強度大，因此洪水洪峰尖瘦，陡漲陡落，高含沙洪水出現(xiàn)頻繁，給水資源的開發(fā)利用帶來了很大困難。從水沙變化過程線的周期性分析結果看，預計皇甫川流域今后的水沙來量仍將減少，生態(tài)環(huán)境建設水資源形勢嚴峻。如何充分、有效地利用好現(xiàn)有的寶貴水資源（尤其是7、8兩月降雨）和用洪用沙，將是提高皇甫川流域水資源利用率的關鍵，也是事關皇甫川流域水土保持生態(tài)工程建設能否成功的重大問題。

4.4各年代7～8月粗沙所占百分比變化分析[3]皇甫川流域7～8月d>0.05mm粗沙各年代所占百分比見表4。由此可見，從60年代（1966～1969年）到90年代，粗泥沙所占百分比從49.5%降至36.4%，年粗沙輸移量從2940萬t降至579萬t，中值粒徑從0.0590mm降至0.0500mm，平均粒徑從0.1520mm降至0.1095mm，泥沙粒徑細化趨勢十分明顯，主要原因是流域內水土保持措施的大量實施。這和筆者在甘肅環(huán)江流域的研究結論相同[4]。但遇豐水年份，泥沙粒徑仍然較粗，如1998年，皇甫川最大洪峰流量僅1.680m3／s，但中值粒徑高達0.068mm，平均粒徑達0.172mm。說明流域水土保持綜合治理措施在豐水年份攔洪攔沙尤其是攔減粗泥沙作用有限；現(xiàn)有的水土保持綜合治理措施還不盡完善。

4.5對河龍區(qū)間水沙變化的影響分析皇甫川流域不同年代來水來沙量占河府區(qū)間（即河口鎮(zhèn)至府谷區(qū)間）及河龍區(qū)間（即河口鎮(zhèn)至龍門區(qū)間）來水來沙量的百分比（占比）見表5。由此可以看出，皇甫川流域來水來沙量占河府區(qū)間來水來沙量的比例較大，從多年平均情況看，水沙來量占比分別為14.5%和39.1%。尤其是來沙量占比，1990～1995年高達51.6%（一半還多），70、80年代分別為48.1%和43.8%，遠遠高于同期徑流占比。因此，皇甫川流域水沙變化對河府區(qū)間水沙變化影響很大，泥沙尤甚。此外，由表5還可以看出，1970～1995年與1969年以前相比，皇甫川流域、河府區(qū)間及河龍區(qū)間徑流量、輸沙量均有明顯減少，但皇甫川流域徑流所占河府區(qū)間的百分比卻由11.4%上升到18.5%，所占河龍區(qū)間的百分比由2.6%上升到3.0%；泥沙所占河府區(qū)間的百分比由31.9%上升到46.8%，所占河龍區(qū)間的百分比由6.0%上升到8.3%；粗泥沙所占河龍區(qū)間的百分比由8.0%上升到14.8%，說明皇甫川流域徑流泥沙尤其是泥沙減少的速率慢于河府區(qū)間及河龍區(qū)間其它支流。認清這一事實對黃河中游多沙粗沙區(qū)水土保持生態(tài)工程建設和治黃決策，對加速皇甫川流域綜合治理，具有重大的現(xiàn)實意義[5]。

4.6水土保持措施的減沙減淤作用分析[1]據(jù)統(tǒng)計，皇甫川流域泥沙多年平均(1957～1998年)中值粒徑為0.05mm，平均粒徑為0.134mm。90年代(1990～1998年)是皇甫川流域治理力度較大的時期。根據(jù)筆者研究，90年代皇甫川流域水土保持措施年均減沙1554萬t，亦即每年減少入黃泥沙1554萬t，占90年代皇甫川流域年均實測輸沙量2810萬t的55.3%，減沙效益25%。按皇甫川流域90年代粗沙量占年輸沙量的百分比36.4%計算，可減少入黃粗泥沙566萬t，占三門峽庫區(qū)90年代粗泥沙總淤積量0.228億t的24.8%，占黃河下游粗泥沙總淤積量0.8354億t的6.8%，水土保持綜合治理功不可沒?；矢Υ饔?0年代實際年均入黃沙量為2810萬t，其中粗泥沙為1023萬t，占三門峽庫區(qū)90年代粗泥沙總淤積量的45%，占黃河下游同期粗泥沙總淤積量的12.2%。此外，皇甫川流域1970～1998年水土保持措施年均減沙量為797萬t，可為黃河下游減淤0.064億t；皇甫川流域水土保持措施減沙量占黃河下游減淤量的16％。因此，皇甫川能否實施大規(guī)模、高投入的水土保持綜合治理，對黃河下游減淤至關重要。

5治理對策

皇甫川流域自1983年開始進行大規(guī)模治理，至今已近20年，成效顯著。但由于水土保持措施修建早、標準低，已經(jīng)達到或超過使用年限。尤其是溝道工程，效益的新增和減退同步，泥沙問題仍然沒有得到根本解決。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施和黃河中游水土保持生態(tài)，工程建設項目的啟動，按照黃土高原水土保持生態(tài)建設“防治結合、保護優(yōu)先、強化治理”的基本思路，皇甫川流域近期治理方略應該是：以溝道壩系建設為切入點，加大以治溝骨干工程為主的溝道壩系建設力度；因地制宜，積極推進林草植被建設，退耕還林還草；對砒砂巖地區(qū)實行大面積封禁治理，充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復功能。

為實現(xiàn)上述治理方略，對皇甫川流域水土保持生態(tài)工程建設提出如下建議：

（1）砒砂巖地區(qū)應作為皇甫川流域水土保持生態(tài)工程建設的重中之重。該區(qū)應加速以沙棘、檸條、沙打旺等為主的林草植被建設，實行封禁治理。為使砒砂巖地區(qū)林草植被具有較為顯著的蓄水減沙效益，皇甫川流域林草植被覆蓋度至少應在30%以上。

（2）溝谷地應作為皇甫川流域布置攔截泥沙工程的主要地帶；在黃土丘陵溝壑區(qū)應以溝道壩系建設為重點，大量興建淤地壩，建壩密度必須達到相當規(guī)模。

（3）水土保持措施的配置應貫徹“因地制宜”的原則。當前以突出工程措施為主，與生物措施實行短、中、長期的有機結合。

（4）結合黃委會“數(shù)字黃河”的建設，將皇甫川流域作為重點支流，對其水沙變化進行動態(tài)監(jiān)測。

皇甫川流域最大的問題是植被問題。據(jù)現(xiàn)場典型調查，90年代皇甫川流域林草措施保存率分別為65.2%和36.1%，還比較低。盡快恢復灌草植被，有計劃地退耕還林還草，實施大面積封禁保護，努力提高植被覆蓋度以減少侵蝕，是皇甫川流域水土保持生態(tài)建設的當務之急。為千方百計減少入黃泥沙，減少黃河下游輸沙用水，實現(xiàn)下游“河床不抬高”，充分發(fā)揮水土保持措施的最大減沙能力和整體結構減沙效益，建設秀美山川，皇甫川流域近期至2010年，治理的重點建議放在溝壑密度大、侵蝕嚴重且人口相對集中的十里長川、沙圪堵至皇甫區(qū)間和沙圪堵以上的納林川左岸。以上區(qū)域控制總面積2350km2，年均來沙量約3700萬t。若按照年均來沙量的80％控制，并考慮按每3km2布設一座治溝骨干工程（單座庫容按150萬m3計算），1km2布設一座淤地壩（單座庫容按50萬m3計算），可布設治溝骨干工程381座，淤地壩1143座；可安排坡面治理措施75700hm2。參照《黃河流域水土保持生態(tài)建設規(guī)劃》及相關區(qū)域投資定額，按坡面治理50萬元／km2、治溝骨干工程91萬元／座、淤地壩20萬元／座的投資定額計算，總投資需要9538億元。上述投入和治理目標如能實現(xiàn)，期末可減少入黃泥沙3000萬t，其中可減少粗泥沙1750萬t水利部黃河水利委員會.黃河中游多沙粗沙區(qū)皇甫川、孤山川、窟野河、禿尾河情況匯報，2000年11月。在該區(qū)進行以治溝骨干工程為主的溝道壩系建設，不僅能有效地減少入黃粗泥沙，而且能形成較為穩(wěn)定的高產穩(wěn)產基本農田，對加速退耕還林還草工作進程，實施封禁治理，改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，具有積極的促進作用和顯著的生態(tài)效益及社會效益。將皇甫川流域列入黃河中游水土保持生態(tài)工程近期建設的重點支流和標志性工程，加大投資力度和治理規(guī)模，以期為多沙粗沙區(qū)的全面治理開發(fā)奠定基礎，積累經(jīng)驗，是最終實現(xiàn)黃河下游“河床不抬高”治黃目標的重大舉措，更是治本之舉。

皇甫川流域水土保持生態(tài)工程建設應特別加強科技支撐，開展水土保持生態(tài)工程技術試驗研究，如壩庫減蝕作用研究、大面積植被恢復中喬灌草配置模式研究、壩系相對平衡的物理模型研究等，注重已有科技成果的推廣與應用。黃委會黃河上中游管理局畢慈芬等于1995～1999年開展了《砒砂巖地區(qū)植物“柔性壩”試驗研究》，結果表明：在砒砂巖地區(qū)支毛溝上游溝段，建立沙棘植物“柔性壩”系，可攔截暴雨產生的高含沙洪水所挾帶的粗泥沙，能起到集攔沙、泄流、削峰、緩洪、抬高侵蝕基點和生態(tài)恢復功能于一體的特殊作用；年平均泥沙淤積厚度0.3～0.4m；沙棘植物“柔性壩”年均攔沙量占同期流域產沙量的88%，攔沙量中粗沙占78%，是一項費省效宏的生物治溝措施。同時，沙棘植物“柔性壩”與下游布置的土壩相配合，保證了穩(wěn)定蓄水，對砒砂巖地區(qū)開發(fā)利用暴雨洪水資源是有益的啟示。這項研究成果可在皇甫川流域水土保持生態(tài)工程建設中大力推廣，并與工程措施有機結合。

參考文獻：

[1]冉大川，高健翎，趙安成等.皇甫川流域水土保持環(huán)境效應分析——兼議對三門峽庫區(qū)和下游河道淤積的影響[J].水土保持學報，2002(1)：59-63.

[2]徐建華，呂光圻，張勝利，等.黃河中游多沙粗沙區(qū)區(qū)域界定及產沙輸沙規(guī)律研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2000.

[3]潘賢娣，董雪娜，李勇，等.黃河水沙特性變化綜合分析.黃河水沙變化研究(第二卷)[M].鄭州：黃河水利出版社，2002.

[4]冉大川.環(huán)江流域高含沙洪水特性研究[J].泥沙研究，1994(4)：86-93.

[5]黃自強.抓住“兩川兩河”治理，建設西部水土保持生態(tài)環(huán)境的標志性工程[J].人民黃河，2001(1)：21-23.

[6]徐建華，牛玉國，等.水利水保工程對黃河中游多沙粗沙區(qū)徑流泥沙影響研究[M].鄭州：黃河水利出版社，2000.