黃河泥沙人黃的機(jī)理及過(guò)程探討

張金良

摘要：黃河是世界上輸沙量最大、含沙量最高的河流。近年來(lái)，受人類(lèi)活動(dòng)和降雨變化的影響，入黃泥沙量減少明顯，潼關(guān)水文站實(shí)測(cè)年輸沙量由1919-1960年的平均15.9億t減少至2000-2015年的平均2.5億t，減幅為84%。入黃泥沙的變化受到各方關(guān)注，并開(kāi)展了大量的研究，然而由于研究采用的資料和方法不同，因此研究成果差別較大，對(duì)引起入黃泥沙減少的主要原因及未來(lái)變化趨勢(shì)尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。分析了流域主要產(chǎn)沙區(qū)的侵蝕產(chǎn)沙主要機(jī)理和泥沙入黃過(guò)程，提出泥沙入黃是水力侵蝕、重力侵蝕與河道水流輸沙共同作用的結(jié)果；針對(duì)防治水土流失的“三道防線”，從攔減黃土高原入黃泥沙的整體與部分關(guān)系出發(fā)，探討了當(dāng)前各項(xiàng)水保措施的作用，估算出的來(lái)沙水平與《黃河流域綜合規(guī)劃》（2012-2030年）提出的正常降雨條件下未來(lái)水平年的多年平均年輸沙量基本相當(dāng)。為滿足黃河長(zhǎng)治久安的需求，降低工程泥沙設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，工程設(shè)計(jì)來(lái)沙量應(yīng)考慮一定富余度。

關(guān)鍵詞：水土保持；下墊面；水力侵蝕；重力侵蝕；侵蝕產(chǎn)沙；輸沙量；黃河

1研究背景

1.1實(shí)測(cè)水沙變化情況

黃河是舉世聞名的多沙河流，水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)是黃河區(qū)別于其他江河的基本特征，也是黃河復(fù)雜難治的癥結(jié)所在。黃河中游的潼關(guān)水文站控制了黃河90%的流域面積、90%的徑流量和幾乎全部的泥沙，分析潼關(guān)水文站不同時(shí)期水沙量變化（見(jiàn)表1）可以看出，20世紀(jì)60年代以來(lái)，受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響，黃河徑流量、輸沙量呈減少趨勢(shì)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，黃河徑流量、輸沙量減少尤其明顯，潼關(guān)水文站（1960年以前用陜縣站數(shù)據(jù)代替）實(shí)測(cè)年均徑流量和輸沙量分別由1919-1959年的426.14億m3、15.9億t減少至2000-2015年的230.60億m3、2.5億t，減幅分別為46%、84%。黃河水沙變化尤其是泥沙量的變化引起了國(guó)內(nèi)外有關(guān)專(zhuān)家的高度關(guān)注。黃河水沙變化不僅影響到黃河沖積性河道的沖淤發(fā)展趨勢(shì)，而且關(guān)系到重大治黃規(guī)劃的實(shí)施、治黃戰(zhàn)略的確定以及重大水利樞紐工程的布局和建設(shè)時(shí)機(jī)等。

1.2黃河水沙變化研究成果

黃河水沙變化直接關(guān)系到治黃戰(zhàn)略布局，影響深遠(yuǎn)，相關(guān)部門(mén)開(kāi)展了大量研究。第一期、第二期黃河水沙變化基金、國(guó)家自然科學(xué)基金課題“黃河流域侵蝕產(chǎn)沙規(guī)律及水保減沙效益分析”、黃河流域水土保持科研基金課題“黃河中游多沙粗沙區(qū)水土保持減水減沙效益及水沙變化趨勢(shì)研究”，以及國(guó)家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目專(zhuān)題“多沙粗沙區(qū)水沙變化原因及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)”、黃委黃河上中游管理局“八五”重點(diǎn)課題“黃河中游河口鎮(zhèn)至龍門(mén)區(qū)問(wèn)水土保持措施減水減沙效益研究”、“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題“黃河流域水沙變化情勢(shì)評(píng)價(jià)研究”、“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目課題“黃河中游來(lái)沙銳減主要驅(qū)動(dòng)力及人為調(diào)控效應(yīng)研究”等，采用不同時(shí)期的水文氣象、水利水保等資料，分析了相應(yīng)時(shí)期的黃河水沙變化特征，采用“水文法”和“水保法”等技術(shù)手段，結(jié)合氣象、遙感、GIS等學(xué)科和理論，研究了氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)等因素對(duì)黃河水沙變化的影響程度，分析預(yù)測(cè)了未來(lái)水沙變化趨勢(shì)。但是，由于研究采用的資料和方法不同，因此研究成果差別較大，未能形成對(duì)入黃泥沙量變化的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。另外，以往對(duì)黃河泥沙變化的研究多側(cè)重于坡面、溝道侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程，對(duì)產(chǎn)沙入溝或入河后發(fā)生的河流輸沙過(guò)程考慮較少，導(dǎo)致無(wú)法深入?yún)^(qū)分“產(chǎn)沙”和“輸沙”的概念差異。

2侵蝕產(chǎn)沙的主要機(jī)理

侵蝕產(chǎn)沙主要是指地表物質(zhì)（包括成土母質(zhì)）在侵蝕營(yíng)力作用下所發(fā)生的分散及相對(duì)初始位置的移動(dòng)。根據(jù)侵蝕力的不同，可分為水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕和凍融侵蝕4種類(lèi)型。黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)的產(chǎn)沙方式包括風(fēng)力侵蝕、水力侵蝕和重力侵蝕，其中風(fēng)力侵蝕產(chǎn)生的入黃泥沙占比較小，成因復(fù)雜多樣，一般不作為研究重點(diǎn)。因此，本文主要分析黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)的水力侵蝕和重力侵蝕兩種產(chǎn)沙方式。

2.1水力侵蝕

水力侵蝕是指水流在位能差異控制下，以地面的水流為動(dòng)力沖走土壤產(chǎn)生的侵蝕作用，也稱(chēng)為水蝕，是全球分布最為廣泛的侵蝕產(chǎn)沙類(lèi)型。坡面在雨滴擊濺、地表徑流沖刷和下滲水分作用下，土壤、土壤母質(zhì)及其他地面組成物質(zhì)被破壞、剝蝕、搬運(yùn)和沉積，形成土壤侵蝕，且受到地形、植被和土壤表面特征等多種因素的影響。水力侵蝕的物理過(guò)程可以解釋為：當(dāng)雨滴沖擊力超過(guò)土壤表面抗沖擊力，或流水產(chǎn)生的剪切力超過(guò)土壤抗侵蝕的力時(shí)，坡面地表就會(huì)產(chǎn)生土壤顆粒分離，分離后的土壤顆粒被雨滴擊濺和地表漫流運(yùn)移。

水力侵蝕是黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)分布最廣泛、最重要的土壤侵蝕方式。除了部分沙丘沙地區(qū)和植被茂密的山區(qū)外，幾乎在所有降雨及產(chǎn)生地表徑流的地區(qū)都可以見(jiàn)到水力侵蝕。即便是在局部干旱區(qū)域，夏季暴雨產(chǎn)生的侵蝕也是塑造地面的重要侵蝕方式之一。從成因上看，黃河流域黃土高原地區(qū)大部分地面起伏較大，植被覆蓋率較低，組成物質(zhì)較為松散，暴雨多發(fā)，是水力侵蝕廣泛分布的主要原因。水力侵蝕范圍約占黃土高原總面積的74%，而由水力侵蝕產(chǎn)生的輸沙量占黃土高原總輸沙量的60%-80%。依據(jù)水力侵蝕的發(fā)展過(guò)程和特點(diǎn)，可將其分為面狀侵觸、線狀侵蝕（水溝侵蝕）、泥流和潛蝕等。其中：泥流常發(fā)生在紅黏土與黃土接觸面上有地下水出露的地帶：潛蝕是黃土和黃土狀土特有的侵蝕方式，是導(dǎo)致溝頭迅速前進(jìn)、谷坡擴(kuò)展和梯田地埂被破壞的重要方式。

2.2重力侵蝕

重力侵蝕是指在重力作用下，斜坡陡壁上的不穩(wěn)定土石巖體分散或整塊向下移動(dòng)，形成沙量，一般在35°以上的坡面都有可能發(fā)生。按其發(fā)展過(guò)程、侵蝕特點(diǎn)，又可分為滑坡、崩塌、滑塌和瀉溜等侵蝕方式。受特定的自然地理?xiàng)l件和人類(lèi)活動(dòng)影響，黃土高原地區(qū)地面起伏不平，多溝谷斜坡，黃土等松散物質(zhì)較多，因此坡面重力侵蝕十分活躍，崩塌、滑塌、滑坡、瀉溜、泥石流等現(xiàn)象處處可見(jiàn)，是流域侵蝕產(chǎn)沙的主要方式之一，見(jiàn)圖1。在重力侵蝕中，滑坡侵蝕較為常見(jiàn)，一些較大的滑坡一次就可以移動(dòng)土體數(shù)萬(wàn)立方米；瀉溜侵蝕分布也較為廣泛，在30°以上的由松散物質(zhì)組成的坡面上有可能發(fā)生，雖然侵蝕強(qiáng)度不大，但是分布廣泛且?guī)缀踅K年不止，因此侵蝕總量不可忽視。

影響黃土高原地區(qū)重力侵蝕過(guò)程的主要因素為地形、地表物質(zhì)組成、植被、氣候和人類(lèi)活動(dòng)等。其中：①地形對(duì)重力侵蝕的最大影響因子為坡度。坡度極大地影響著坡面土體的穩(wěn)定狀態(tài)，控制著重力侵蝕的多種方式：②黃土高原最為重要的地表組成物質(zhì)是各個(gè)時(shí)期形成的黃土，黃土分布廣泛（尤以馬蘭黃土分布最廣），厚度大，質(zhì)地疏松，抗侵蝕能力弱，這是黃土高原土壤侵蝕強(qiáng)烈的內(nèi)在原因；③植被對(duì)重力侵蝕的影響非常顯著，天然植物的根劈作用在植被蓋度小的情況下往往可誘發(fā)或加強(qiáng)重力侵蝕，只有在植被覆蓋較好且坡度不大的緩坡上，植被才可有效控制小型重力侵蝕的產(chǎn)生：④氣候?qū)χ亓η治g的主要影響因子為降水，降水徑流對(duì)斜坡坡腳的淘蝕引起或加劇重力侵蝕，降水增加斜坡巖土的含水量，降低斜坡穩(wěn)定程度，往往可直接誘發(fā)滑坡和崩塌，降水徑流沖刷坡面、溝床的松散巖土，形成泥流或泥石流，溝谷降水徑流搬走重力侵蝕產(chǎn)生的堆積物，為重力侵蝕繼續(xù)發(fā)生提供了必要條件：⑤黃土高原地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕過(guò)程的影響是巨大的，這種影響分為正面和負(fù)面兩方面，對(duì)植被的嚴(yán)重破壞是人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的最大負(fù)面影響，其他負(fù)面作用主要表現(xiàn)為邊坡的不合理開(kāi)挖、棄土和礦渣的任意堆放、礦山的地下采空、排水措施的不完善等，造成巖土松動(dòng)，降低巖土強(qiáng)度，破壞坡面的穩(wěn)定性，導(dǎo)致滑坡、崩塌、滑塌等重力侵蝕過(guò)程發(fā)生，比較典型的如窟野河流域等。

3泥沙人黃的主要過(guò)程

黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)實(shí)際侵蝕產(chǎn)沙過(guò)程是由水力侵蝕和重力侵蝕相互疊加共同作用而成的。水力侵蝕會(huì)誘發(fā)或者加劇重力侵蝕，重力侵蝕又可為水力侵蝕帶來(lái)松散的侵蝕沙源。

由侵蝕產(chǎn)沙的機(jī)理分析可見(jiàn)，影響產(chǎn)沙的主要因素包括氣候、地形、地表物質(zhì)組成、植被和人類(lèi)活動(dòng)等，除植被可以通過(guò)水保措施進(jìn)行控制外，其他主要影響因素在歷史長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)發(fā)生較大變化，尤其是降雨因素，雖然與人類(lèi)活動(dòng)和植被因素存在互饋?zhàn)饔?，但其?huì)基本維持自身的周期性或趨勢(shì)性等自然變化特征，不會(huì)發(fā)生較大的氣候背景變化。因此，可以認(rèn)為黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)的產(chǎn)沙能力在歷史長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化，只要降雨條件滿足侵蝕產(chǎn)沙要求，就會(huì)發(fā)生侵蝕產(chǎn)沙。當(dāng)降雨形成的水流條件不足，水流中的泥沙含量超過(guò)水流能攜帶的泥沙量時(shí)，泥沙顆粒就會(huì)停滯于坡面或者溝道，發(fā)生局部堆積，等待較大的水流輸移；當(dāng)降雨形成的水流條件足夠時(shí)，產(chǎn)生的泥沙就會(huì)隨水流匯入河道，進(jìn)入泥沙入黃的下一環(huán)節(jié)，即河道水流輸沙過(guò)程。因此，產(chǎn)沙與輸沙概念并不一致，產(chǎn)沙是持續(xù)的、相對(duì)永久的，而輸沙則需要適當(dāng)?shù)乃鳁l件。由此也引出了在坡面產(chǎn)輸沙方面對(duì)“零存整取”概念的新詮釋?zhuān)磳?duì)于特定的產(chǎn)沙區(qū)，存在一定的降雨閾值（一般認(rèn)為黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)該閾值為日降雨量25mm），當(dāng)降雨量小于該閾值時(shí)，侵蝕產(chǎn)生的沙量不斷滯存于坡面或局部溝道內(nèi)，入黃沙量很??；當(dāng)降雨量滿足該閾值要求時(shí)，產(chǎn)沙可以向輸沙轉(zhuǎn)化，將長(zhǎng)期累積“零存”的沙量大規(guī)模地輸送入黃。這與許炯心_6]的研究結(jié)論互相印證，其根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)的資料分析認(rèn)為：當(dāng)年降水量小于300 mm時(shí)，降雨侵蝕力很小且基本上不隨年降水量的變化而變化；當(dāng)年降水量超過(guò)300 mm時(shí)，降雨侵蝕力隨年降水量的增大而迅速增大；當(dāng)年降水量大于530 mm時(shí)，降雨侵蝕力隨年降水量增大而增大的趨勢(shì)更加明顯。

汾川河新市河站和禿尾河高家川站歷年實(shí)測(cè)水沙量變化過(guò)程見(jiàn)圖2、圖3。由圖2、圖3可以看出，在實(shí)測(cè)水沙關(guān)系基本不變的情況下，汾川河和禿尾河的實(shí)測(cè)沙量在經(jīng)歷一定時(shí)期的沙量較小年份后，每隔若干年在降雨量足夠大時(shí)便會(huì)出現(xiàn)大沙年份（如汾川河1971年、1989年和2013年）。

經(jīng)過(guò)坡面匯流輸沙后，泥沙進(jìn)入河道，此時(shí)泥沙輸移符合河流泥沙動(dòng)力學(xué)理論，由水流挾沙力控制。在一定的水流和泥沙綜合條件下，水流含沙量超過(guò)臨界含沙量（即挾沙力）時(shí)，水流處于超飽和狀態(tài)，河床將發(fā)生淤積；當(dāng)小于臨界含沙量時(shí)，水流處于次飽和狀態(tài)，水流將向河床尋求補(bǔ)給，帶動(dòng)河床“零存”淤積的泥沙，河床發(fā)生沖刷，在河道內(nèi)發(fā)生“零存整取”。從黃河支流最后一級(jí)溝道到黃河一級(jí)支流入黃口，可以認(rèn)為是n級(jí)河道的銜接，河道比降從第n級(jí)到第1級(jí)（黃河一級(jí)支流末端）逐漸減小，水流挾沙力逐漸減弱。由于黃土高原巨厚層黃土的存在和支流河道比降依次減小的特性，因此從第n級(jí)河道開(kāi)始，為水流飽和輸沙提供了充足的泥沙來(lái)源。從這一特性來(lái)講，坡面侵蝕輸向河道（溝道）的泥沙僅占入黃泥沙的一小部分。當(dāng)從第1級(jí)到第n級(jí)河道內(nèi)淤積有較多泥沙或河道（溝道）處于黃土區(qū)時(shí)，入黃泥沙量與坡面侵蝕量并不會(huì)呈緊密相關(guān)的關(guān)系。

4黃河多年平均來(lái)沙水平分析

4.1水保措施的作用分析

4.1.1水?！叭婪谰€”

治黃工作者針對(duì)黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)的泥沙入黃問(wèn)題，開(kāi)展了大量的水土保持治理工作，其中最重要的工作即構(gòu)建了黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)的林草、梯田和淤地壩等水?！叭婪谰€”。據(jù)《人民治理黃河70年水土保持效益分析》，截至2015年年底，黃河流域水土保持措施累計(jì)保存面積21.84萬(wàn)km2，其中梯田5.50萬(wàn)km2、造林10.76萬(wàn)km2、種草2.14萬(wàn)km2、封禁3.44萬(wàn)km2；建設(shè)淤地壩5.84萬(wàn)座，其中骨干壩5 834座。目前的初步治理面積約占水土流失總面積的50%。

4.1.2水保措施的作用分析

入黃泥沙減少主要緣由是水保措施，且水保措施對(duì)入黃泥沙的減控作用將會(huì)持續(xù)下去。實(shí)際上，水?！叭婪谰€”在黃河流域水土保持治理中發(fā)揮了巨大的作用，但其作用是有限的。

（1）淤地壩。根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范溝壑治理技術(shù)》（GB/T 16453.3-2008），小型淤地壩的單壩集水面積在1 km2以下，中型淤地壩為1～3 km2，大型淤地壩為3～5 km2。按照骨干壩單壩控制面積為4 km2、中小型淤地壩單壩控制面積為1 km2推算，目前淤地壩總控制面積為7，56萬(wàn)km2，僅占黃河流域水土流失總面積46，5萬(wàn)km2的16%。實(shí)際上，骨干壩的淤積年限一般為10-20 a，中小型淤地壩一般為5～10 a，很多淤地壩建設(shè)時(shí)間較早，部分?jǐn)r沙庫(kù)容已經(jīng)淤滿，失去攔沙功能。同時(shí)，淤地壩設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)較低（骨干壩、中型壩、小型壩的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)分別為30-50、20-30、20 a一遇暴雨洪水），一旦發(fā)生超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的暴雨洪水，就可能導(dǎo)致淤地壩垮塌，發(fā)生將攔淤的泥沙再次輸送入河的情況。

（2）梯田。梯田總面積為5.5萬(wàn)km2，按照其本身面積的1.2倍來(lái)計(jì)算其控制產(chǎn)沙區(qū)的面積，其可發(fā)揮攔沙作用的總控制面積僅為6.6萬(wàn)km2，占流域水土流失總面積的14%。梯田發(fā)揮攔沙作用主要依靠梯田的人工田埂對(duì)泥沙實(shí)現(xiàn)攔截。根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范坡耕地治理技術(shù)》（GB/T 16453.1-2008）的要求，梯田邊應(yīng)有蓄水田埂，埂高0.3-0.5 m，頂寬0.3-0.5 m。然而，很多梯田首次規(guī)范修建時(shí)留下的田埂，在經(jīng)過(guò)幾次后續(xù)翻地耕種后，已經(jīng)不復(fù)存在，基本失去了泥沙攔截功能（已多次在黃土高原地區(qū)考察中得到證實(shí)）。

（3）林草。從淤地壩和梯田的控制面積來(lái)推算，在假設(shè)淤地壩和梯田全部發(fā)揮作用且攔沙能力無(wú)限的前提下，總控制面積占黃河流域水土流失面積的30%，剩余的水土流失面積需要依靠林草發(fā)揮減沙作用。受資料和技術(shù)條件等因素限制，無(wú)法真正意義上獲得林草的實(shí)際減沙作用，但可以通過(guò)與1922-1933年的植被定性對(duì)比來(lái)明確現(xiàn)狀黃土高原地區(qū)植被的減沙作用，1922-1933年人類(lèi)活動(dòng)對(duì)植被破壞較少，植被覆蓋率應(yīng)好于現(xiàn)狀下墊面，但在1933年高強(qiáng)度降雨條件下，陜縣水文站出現(xiàn)了39.1億t的歷史罕見(jiàn)沙量。再如林草植被較好的汾川河，2012年植被覆蓋率在85%以上，然而當(dāng)遭遇2013年高強(qiáng)度降雨后，汾川河控制站——新市河水文站實(shí)測(cè)輸沙量達(dá)到1 600萬(wàn)t，為建站以來(lái)的最大值。由此可見(jiàn)，林草植被對(duì)于中等強(qiáng)度以下降雨的減沙作用明顯，對(duì)大暴雨尤其是對(duì)大雨量、高強(qiáng)度暴雨的減沙作用會(huì)明顯降低。

4.2來(lái)沙水平估算

由上述侵蝕產(chǎn)沙的主要機(jī)理以及泥沙入黃的主要過(guò)程可以看出，“侵蝕產(chǎn)沙”和“河道輸沙”并不是相同的概念，水力侵蝕或者重力侵蝕產(chǎn)生的沙量在水動(dòng)力不足的情況下，在坡面、溝道或者河道堆積，當(dāng)遇水動(dòng)力條件適合的大水年份則會(huì)產(chǎn)生超飽和輸沙，導(dǎo)致出現(xiàn)大輸沙量。收集黃河中游河龍區(qū)間（河口鎮(zhèn)-龍門(mén)區(qū)間）降雨摘錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)不同時(shí)期降雨強(qiáng)度（見(jiàn)表2）可以看出，黃河流域近期降雨條件尤其是降雨強(qiáng)度較小，導(dǎo)致未發(fā)生全流域大輸沙量現(xiàn)象。但是，降雨是呈現(xiàn)周期性變化的，未來(lái)發(fā)生大水大沙年份的可能性在逐漸增大。

在估算黃河來(lái)沙水平尤其是在進(jìn)行工程輸沙量設(shè)計(jì)時(shí)，既要豐平枯兼顧，又要考慮產(chǎn)沙和輸沙不一致出現(xiàn)的大輸沙量風(fēng)險(xiǎn)，亦即在系列中包含大輸沙量的年份。按照《水利工程水利計(jì)算規(guī)范》（SL104-2015）的規(guī)定，設(shè)計(jì)工程壩（站）址年月（旬日）水位、流量及泥沙資料應(yīng)不少于30 a系列。鑒于黃河的特殊性和復(fù)雜性，可以考慮按照50 a系列長(zhǎng)度取值，按其估算的沙量將會(huì)更大。為更加貼近現(xiàn)狀來(lái)沙水平，在進(jìn)行黃河來(lái)沙水平估算時(shí)，仍采用最短30 a的系列資料并考慮加入包含大輸沙量年份的資料，按如下方式進(jìn)行估算：①1922-1932年天然時(shí)期枯水年段+1933年輸沙量（考慮近期水保作用，取85%輸沙量水平）；②從1934年開(kāi)始按照30 a滑動(dòng)選取1934-1963年+1933年輸沙量（考慮近期水保作用，取70%輸沙量水平）、1964-1993年+1933年輸沙量（考慮近期水保作用，取85%輸沙量水平）等兩個(gè)年段；③選取最近30 a時(shí)段1986-2015年+1933年輸沙量+年均采砂量。對(duì)于第③種方法，應(yīng)注意到，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，黃河主要干支流的采砂活動(dòng)頻繁且日益增多，對(duì)黃河來(lái)沙水平的影響已經(jīng)達(dá)到不可忽視的地步，因此在近期系列中應(yīng)加以考慮。根據(jù)徐建華等的估算，黃河上中游潼關(guān)以上2000-2012年平均年采砂量為1.13億-1.73億t，其中2012年采砂量為1.93億-2.95億t。綜合考慮種種因素，黃河來(lái)沙水平估算結(jié)果與《黃河流域綜合規(guī)劃》（2012-2030年）提出的“正常降雨條件下現(xiàn)狀、2020年水平四站（龍門(mén)、華縣、河津、漱頭）年均輸沙量分別為11.5億～12.5億t、10.5億～11.0億t……正常降雨條件下2030年水平四站多年平均年輸沙量為9.5億-10.0億t”基本相當(dāng)。

綜合而言，黃河流域水保措施對(duì)于低強(qiáng)度降雨可以發(fā)揮一定作用，但這種作用是有限的。水保措施只是對(duì)產(chǎn)輸沙環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，其攔減的沙量并不等同于入黃泥沙。另外，受氣候變化影響，極端降雨事件頻發(fā)，必將為流域產(chǎn)輸沙提供條件，增大泥沙入黃的風(fēng)險(xiǎn)。

5結(jié)語(yǔ)

（1）受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的影響，黃河徑流量和輸沙量均呈減少趨勢(shì)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，黃河徑流量和輸沙量明顯減少，潼關(guān)水文站實(shí)測(cè)年均徑流量和輸沙量由1919-1959年的426.14億m3、15.9億t減小至2000-2015年的230.60億m3、2.5億t，減幅分別為46%、84%。黃河水沙變化不僅影響到黃河沖積性河道的沖淤發(fā)展趨勢(shì)，而且關(guān)系到重大治黃規(guī)劃的實(shí)施、治黃戰(zhàn)略的確定以及重大水利樞紐工程的布局和建設(shè)時(shí)機(jī)等。

（2）黃河流域主要產(chǎn)沙區(qū)的侵蝕產(chǎn)沙方式包括風(fēng)力侵蝕、水力侵蝕和重力侵蝕，以水力侵蝕和重力侵蝕為主。水力侵蝕范圍約占黃土高原總面積的74%，由水力侵蝕產(chǎn)生的輸沙量占總輸沙量的60%～80%。實(shí)際產(chǎn)沙過(guò)程中，重力侵蝕與水力侵蝕相互疊加耦合，為入黃泥沙提供侵蝕沙源。

（3）產(chǎn)沙與輸沙概念并不相同，產(chǎn)沙是持續(xù)的、相對(duì)永久的，而輸沙則需要適當(dāng)?shù)乃鳁l件。由此引出了在坡面產(chǎn)輸沙方面對(duì)“零存整取”概念的新詮釋。對(duì)于特定的產(chǎn)沙區(qū)，存在一定的降雨閾值，當(dāng)降雨量小于該閾值時(shí)，侵蝕產(chǎn)生的沙量不斷滯存于坡面或者局部溝道內(nèi)，入黃沙量很??；當(dāng)降雨量不小于該閾值時(shí)，產(chǎn)沙可以向輸沙轉(zhuǎn)化，將長(zhǎng)期累積“零存”的沙量大規(guī)模地輸送入黃。

（4）從淤地壩和梯田的控制面積來(lái)推算，它們的總控制面積僅占黃河流域水土流失面積的30%，剩余的水土流失面積需要依靠林草來(lái)保護(hù)。但是，通過(guò)與1922-1933年的植被覆蓋情況進(jìn)行定性對(duì)比，發(fā)現(xiàn)植被對(duì)泥沙的攔減作用是有限的。

（5）本文的黃河來(lái)沙水平估算結(jié)果與《黃河流域綜合規(guī)劃》（2012-2030年）提出的正常降雨條件下未來(lái)水平年的多年平均年輸沙量基本相當(dāng)。綜合考慮人類(lèi)對(duì)流域下墊面影響的程度及可持續(xù)性問(wèn)題，結(jié)合洪水泥沙特性，從水文水沙系列的選取原則出發(fā)，為降低工程泥沙設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，在用于黃河長(zhǎng)治久安的工程建設(shè)時(shí)，工程設(shè)計(jì)來(lái)沙量應(yīng)考慮一定富余度。

黃河的治理開(kāi)發(fā)事關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)大局，事關(guān)黃淮海平原的長(zhǎng)治久安，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到人類(lèi)活動(dòng)對(duì)黃河長(zhǎng)時(shí)期來(lái)水來(lái)沙影響的復(fù)雜性，采取更為審慎客觀的態(tài)度開(kāi)展深入研究，以期為重大治黃工程的實(shí)施提供決策支持。