黄河水土保持生态建设蓄用水分析
黄河上中游管理局 李敏 张丽
（此文在第四届海峡两岸多沙河川整治与管理研讨会交流）
1.背景
黄河流域年降水总量3700亿立方米，黄河年径流量580亿立方米。近年来，由于干旱少雨和流域用水量增加，使黄河干流水量锐减，甚至出现断流，由此，人们也对黄河水土保持生态建设蓄用水量，特别是生态建设对干流水量的影响特别关注。本文对此进行了分析。
1949年以来，黄河流域的水土保持取得了前所未有的巨大成就，治理了41.1%的水土流失面积，获得了明显的减沙效益、经济效益、社会效益和生态效益。在1950—1997年的48年内，黄河流域8省（区）共完成梯田、坝地、其他基本农田和造林、种草等五项主要水土保持措施2. 71亿亩，折合18.08万km2，占8省（区）水土流失面积44万km2的41.1%。按48年平均，年均进度0.86%。上述治理面积中，有梯田（包括塬面条田、埝地）4617.17万亩，坝地537.8万亩，其他基本农田3381.33万亩，造林15094.46万亩，种草3491.67万亩。
2.水土保持生态建设蓄用水量
2.1.水土保持生态建设蓄用水机理
水土保持综合治理首先改变了下垫面的状况，延缓地表径流的产生和减少地表径流的数量，将“超渗产流”转变为“蓄满产流”，加大降水的入渗速率和入渗数量，同时改变地表径流的物理性状，减低对土壤的侵蚀力和侵蚀量，进而含蓄大量水分。
其次水土保持综合治理增加了植物（作物）覆盖，植被冠层拦截降水，加上地面的枯落物层，进一步含蓄降水量。
第三，水土保持综合治理增加了植物（作物）种群数量，提高对水资源，特别是降水资源的利用，将“无效蒸发”转变为“有效蒸腾”，提高了水资源的利用率。
2.2.水土保持生态建设蓄用水量分析
2.2.1.径流小区的水土保持生态蓄用水
多年、多点的观测资料证明，水土保持单项措施在径流小区这一微尺度上具有及其显著的含蓄降水作用 (表1)。在5%的洪水频率下，梯田的拦蓄量6～12.6万m3/km2，减洪率59～88%；人工林地的拦蓄量2.9～5.1万 m3/km2，减洪率16%～52%；人工草地的拦蓄量1.05～3.4万m3/km2，减洪率12%～27%。作为沟道控制性工程的治沟骨干工程，一般设计标准20～50年，校核标准200～500年，对该标准的洪水可全拦全蓄。
表 1 黄河中游代表小区不同洪量频率下含蓄指标 （单位：万m3/km2）
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洪量 频率 % |
延 安 大 砭 沟 小 区 |
离 石 王 家 沟 小 区 |
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梯 田 |
人工造林 |
人工种草 |
梯 田 |
人工造林 |
人工种草 |
||||||||||||||||||||
|
|
绝对 |
相对% |
绝对 |
相对% |
绝对 |
相对% |
绝对 |
相对% |
绝对 |
相对% |
绝对 |
相对% |
||||||||||||||
|
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 |
12.6 9.10 6.20 4.70 3.65 2.75 1.90 1.20 0.60 0.10 |
88.0 89.0 92.0 95.1 98.7 100 100 100 100 100 |
5.10 5.40 4.43 3.55 2.80 2.10 1.50 0.90 0.40 0.05 |
52.0 62.5 72.5 80.0 87.5 94.5 100 100 100 100 |
3.40 2.59 1.90 1.60 1.25 1.05 0.82 0.61 0.38 0.03 |
27.0 28.0 30.5 33.0 38.0 45.0 53.0 63.0 80.0 100.0 |
6.0 4.10 2.40 1.65 1.25 0.95 0.75 0.50 0.20 0.05 |
59.0 60.0 62.5 70.0 76.0 90.0 99.0 100 100 100 |
2.90 2.40 1.65 1.37 1.15 0.95 0.81 0.60 0.38 0.05 |
16.0 20.0 27.5 43.0 61.0 75.0 83.0 96.0 100 100 |
1.05 1.01 1.00 0.90 0.70 0.50 0.30 0.20 0.10 0.02 |
12.0 14.5 18.0 20.0 22.5 28.0 31.5 42.0 60.0 100 |
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2.2.2.中、小流域的水土保持生态蓄用水
对观测资料的分析证明，在中小流域的尺度上，水土保持综合治理也具有十分显著的含蓄降水与拦蓄利用径流作用。
内蒙古自治区清水河县单台子乡大树沟面积18km2，造林1133hm2（行间种牧草），1984年夏，3小时连续降雨56毫米，沟内未发生洪水，沟坝地小麦获丰收。内蒙古准格尔旗的西黑岱沟，流域面积32km2，1982年开展流域综合治理，到92年治理面积已占流域面积的67.9%，干支沟兴建治沟骨干工程和淤地坝15座，总库容854.8万m3在1989年“7.21”暴雨洪水全部被拦在坝系内。
陕西省绥德县的韭园沟，流域面积70.7km2，多年平均降雨500mm，到1990年，流域治理程度达70.6%，修建各种坝库333座，其中小水库16座，可蓄水187万m3，为47.7hm2亩小片水地、296.7hm坝地提供了必要的可利用水量。
为对比蓄水效益，统计了无定河的岔巴沟流域5次洪水资料，挑选治理前后（以1970年为界）降雨量、降雨历时、降雨分布、前期影响雨量基本相同或相近的两次洪水进行对比分析（表2），可以看出，岔巴沟流域综合治理蓄水效益是比较显著的，5次洪水对比，蓄水效益42％。
吕二沟位于甘肃省天水市近郊，是渭河中游的支沟，流域面积12km2，上游属土石山区，下游属丘陵沟壑区，据1954－1961年资料，其年平均径流模数为70100m3/km2，年平均侵蚀模数为7940t/km2，1953年开始治理，到1979年已修水平梯田、造林、人工种草、果园等面积共8200亩，占总面积的45％。从近似的前后两次降雨看水土保持综合治理对洪峰流量和洪水总量具有明显的削减作用,生态蓄水用水效益明显,如表3。
表2 岔巴沟相似洪水对比分析表 （降雨面积均为187km2）
|
对 比
年 份 |
降雨量 /时间 (mm/h) |
前期 影响 雨量 (mm) |
洪峰 流量 (m3/s) |
洪水 径流量 (万m3) |
削减洪峰流量 |
蓄 水 |
|||
|
数量 (m3/s) |
比例 (％) |
数量 (万m3) |
比例 (％) |
||||||
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1970 1989 |
66.6/6.3 66.6/4.6 |
6.1 6.4 |
640 309 |
323 175 |
331 |
51.7 |
148 |
45.8 |
|
|
1966 1978 |
54.2/2.1 62.4/2.3 |
21.4 24.1 |
1520 211 |
529 232 |
1309 |
86.1 |
297 |
56.1 |
|
|
1963 1983 |
48.0/2.6 39.0/3.5 |
2.3 3.8 |
585 151 |
189 113 |
434 |
74.2 |
76.0 |
40.2 |
|
|
1969 1991 |
54.2/1.7 29.5/0.8 |
3.4 4.1 |
818 573 |
246 219 |
245 |
30.0 |
27.0 |
11.0 |
|
|
1970 1992 |
39.0/3.5 39.6/3.8 |
10.3 12.1 |
270 132 |
119 76.7 |
138 |
51.1 |
42.3 |
35.5 |
|
|
合计或平均 |
前
后 |
242/16.2
237.1/15 |
43.5
50.5 |
766.6
275.2 |
1406
815.7 |
491.4 |
64.1 |
590.3 |
42.0 |
表3 吕二沟两次近似降雨洪峰、洪量变化对比
|
时间 |
降雨量 （mm） |
雨 强 （mm/h） |
洪峰流量 （m3/s） |
洪 量 （万m3） |
|
1955.7.13 |
46 |
2.4 |
14.0 |
11.0 |
|
1979.7.14 |
45 |
5.5 |
9.1 |
6.3 |
|
7.14比7.13减少% |
|
|
34% |
59% |
2.2.3.不同水土保持生态措施蓄用水
不同水土保持生态建设的措施蓄水用水的性质和数量不同。
据天水水保站对渭河流域坡面治理措施蓄用水效益的分析，该流域坡面治理措施1970～1989年共拦蓄径流63.8亿m3，平均每年拦蓄径流3.19亿m3，三种坡面措施在1970～1989年拦蓄的情况是：水平梯田36.7亿m3，人工林19.06亿m3，人工草地8.02亿m3，分别占三项措施总量的58%、30%、12%。
从下图可以直观地看出不同措施在5个时段数量的变化。总体上，由于不同措施的蓄用水性质和措施数量的不同，在同一时段蓄用水量不同。同一措施随时段的变化而有较大幅度的变化，60年代以前，水土保持生态建设速度较慢，措施的总面积较小，蓄用水量也较小；70年代国家重视农业，重视农业基础设施建设和水土保持工作，措施数量明显增加，蓄用水量显著增加；89年代以后国家对水土保持生态建设的投资大幅度增加，同时重视措施的质量，使水土保持生态建设的蓄用水量达到了较高的水平。
2.3.生态蓄用水总量
2.3.1.据人民治黄五十年水土保持效益分析，到1995年，流域修建了400多万座水窖、涝池、塘坝、谷坊等小型拦蓄工程，累计蓄水量322.71亿m3。按60%的利用率解决人畜饮水计算，增加可利用水量193.63亿m3，可解决1000多万农业人口和1500多万头牲畜的饮水困难。从图2看出，50年代各项水土保持措施平均每年拦蓄13亿m3，60年代平均每年拦蓄5亿m3，70年代14亿m3，80年代近31亿m3，90年代前期近54亿m3。各项水土保持措施拦蓄的这些水量成为发展当地农业的“救命水”。
2.3.2.水利部黄河水沙变化研究基金会由顾文书在分片报告和专家报告的基础上，综合各片计算成果，以三门峡水库入库四站（龙、华、河、状）为对象，各年代情况如下表。
表4 三门峡水库入库四站水量变化表
|
年 代 |
50 |
60 |
70 |
80 |
|
实测平均年径流量（亿m3） |
429 |
457 |
359 |
368 |
|
水利水保减水量（亿m3） |
97 |
136 |
156 |
190 |
|
还原后天然年径流量（亿m3） |
526 |
593 |
515 |
558 |
表中减水量包括水利灌溉工程，为此必须减去这部分，以得出黄河中游水土保持的蓄用水量。
陈先德主编的《黄河水文》一书列出三门峡以上灌溉用水量如下表。
表5 各年代平均灌溉耗水量表 （单位: 亿m3）
|
地 区 |
50年代 |
60年代 |
70年代 |
80年代 |
|
兰州以上 |
9.0 |
14.0 |
15.5 |
17.6 |
|
兰州至河口镇 |
68.8 |
84.4 |
82.3 |
97.2 |
|
河口镇至龙门 |
1.7 |
1.7 |
3.1 |
4.9 |
|
龙门至三门峡 |
17.8 |
26.9 |
39.2 |
34.9 |
|
合计 |
97.3 |
127 |
140.1 |
154.6 |
综合表4和表5,得出水土保持蓄用的黄河河川径流量如下表。
表6 水土保持蓄用的黄河河川径流量 （单位: 亿m3）
|
年 代 |
50 |
60 |
70 |
80 |
|
水利水保减水量 |
97 |
136 |