【论文精选】20世纪中期以来不同时段黄河年输沙量对水土保持的响应

原创李敏，朱清科中国水土保持科学

黄土高原是世界上水土流失最严重的地区，流经黄土高原的黄河是世界上年输沙量最大的河流之一。20世纪中期黄土高原地区的水土保持就纳入国家重点治理。经过近70年的大规模治理，水土保持工程对遏制黄土高原水土流失产生了明显的作用，进而对减少黄河年输沙量发挥了巨大的“治本”效果。

近期，国家主要领导人视察黄河，提出：治理黄河，重在保护，要在治理。要坚持山水林田湖草综合治理、系统治理、源头治理。深入研究黄河年输沙量对水土保持的响应特性与效应，对于评判黄河治理效益，确定黄河治理重点具有重要意义。

黄河输沙量的变化与降雨和水土保持紧密相关。以往在研究水土保持与黄河年输沙量的关系中，多采用水文法和水保法、按照年代划分时段进行计算。

理论和实践表明，在自然和人类活动的“干扰”下，河流输沙量对水土保持的响应遵从统计学原理。笔者在以往分析50多年整体系列的基础上，进一步研究了不同时段黄河年输沙量对水土保持的响应特性。

黄河泥沙基本上来自流经黄土高原地区的河口镇(头道拐)到龙门区间的各支流和渭河、北洛河、汾河，其中主要产沙区域为黄河的河口镇(头道拐)到龙门区间(以下简称“河龙区间”)。本研究区域为渭河(华县站)、北洛河(状头站)、汾河(河津站)控制区域和河龙区间(以下简称“4站区域”)。4站区域总面积30.05万km²。

研究区域示意图

黄河自1919年设站观测，距今不到100年。本研究时段为1954—2015年，共62年。

1954—2015年(不计头道拐以上来沙)黄河年输沙量波动变化，进入21世纪平均值仅2.6亿t，其中2015年仅0.55亿t。

1954—2015年黄河4站区域年输沙量变化图

黄河年输沙量承载了黄土高原生态环境状况、水土流失与水土保持的信息。

从20世纪50年代初期开始，黄河中游黄土高原地区的水土保持就开始了大规模的实施。20世纪70年代以前，由于受技术和资金条件的限制，工程质量普遍较低，水毁严重，期间还经历过毁林开荒等人为破坏，水土保持设施的面积和数量增长缓慢。进入20世纪80年代，黄河中游水土保持工程质量得到提升，资金投入得到保障，法规监督得以落实，水土流失治理面积基本以线性趋势持续增加。

1980—2015年黄河中游黄土高原地区水土流失治理面积变化(资料来源：黄河上中游管理局)

根据水文学和水土保持学基本原理，河流年输沙量对降雨和水土保持的响应遵从统计学规律。因此，笔者将研究区域黄河年输沙量的产生过程视为一个灰箱或者黑箱，采用逐步回归分析方法，筛选具有物理成因概念和含义的解释因子(自变量)，获得符合水文学和水土保持学基本原理、仿真模拟效果好的计算结果，以此研究黄河年输沙量对水土保持响应的特性。

已知黄河泥沙主要源自河口镇到龙门区间(以下简称“河龙区间”)、源自汛期降雨(暴雨)；因此，对于降雨因子，初步选取4站区域年降雨量，即河龙区间(包括河龙区间5个亚区)年降雨量、7—8月降雨量、最大3日降雨量、最大一日降雨量等。以上共初步选择22个降雨因子。

对于黄河年输沙量，一般认为：在20世纪60年代前后为“天然状态”的输沙量，即流域下垫面破坏严重，水土保持等治理工程措施薄弱阶段；在70—80年代为水土保持措施减沙效果显现时期，该时期减沙效果波动变化；80年代后期以来水土保持工程项目持续实施，减沙效果越亦显著。据此，本文将1954—2015年划分为年输沙量“高位运行，剧烈波动” “波动递减” “低位运行”3个时段分别进行计算分析

通过3个时段分别计算分析，得出以下结论：

1) 依据水土保持和降雨与黄河年输沙量间的统计学关系，划分3个时段，采用回归分析方法对观测数据进行计算。结果表明：1954—1966时段流域下垫面破坏严重、水土流失治理度偏低，黄河四站年输沙量对水土保持没有响应；1967—1987时段水土流失治理度逐渐增加，黄河四站年输沙量开始对其有所响应；1988—2015时段水土流失治理度持续增加，黄河四站年输沙量对其响应强烈，仅水土流失治理度1个因子就较好地“解释”了20世纪80年代以来黄河年输沙量锐减的趋势。