提要:對淤地壩逐年攔沙量進行還原計算具有重要的理論及實際應用方面的意義。在對2012年清水河流域淤地壩攔沙量實測資料進行統計分析的基礎上，引入壩控流域面積、平均侵蝕強度、攔沙率三個因素建立了淤地壩逐年攔沙量計算公式，計算了清水河流域1971-2012年間淤地壩的逐年攔沙量，并依據計算結果對淤地壩攔沙情況進行了初步分析。

　　根據實測資料統計，至2012年清水河流域共有淤地壩302座，總攔沙量0.17億m3，淤積比為47.39%。計算結果表明，2000年以前淤地壩攔沙量在70萬t以下，2000年以后多數年份攔沙量在100萬t以上，2010年以后淤地壩攔沙量占流域侵蝕產沙量的比例超過11%。本計算模型建立在大量淤地壩均勻分布在流域內及攔沙率呈指數型分布的前提條件下，在不同條件下的運用還需要對模型做進一步地改進。

　　關鍵詞:清水河流域;淤地壩;攔沙量;攔沙率;計算模型

　　黃土高原地區土壤深厚、土質疏松，侵蝕十分嚴重，是黃河泥沙的主要來源區。嚴重的土壤侵蝕不但造成了千溝萬壑、崎嶇不平的地形，也造成了生態環境及土地資源的破壞。淤地壩是黃土高原地區一種行之有效水保措施，在控制溝道侵蝕、攔蓄泥沙方面起到了十分重要的作用。根據第一次全國水利普查，截至2011年黃土高原保存有淤地壩58466座，其中骨干壩5655座，中小型壩5.2萬座[1]。淤地壩對泥沙的大量攔蓄顯著地影響了黃河各支流的產沙量及輸沙量，同時淤地壩攔沙能力及變化等也成為人們關心的問題[2，3]。

　　雖然有關管理部門對黃河流域淤地壩攔沙量進行過幾次普查，但是由于沒有對淤地壩攔沙量連續的監測資料，不能知道淤地壩逐年的攔沙量，導致很多分析難以進行。目前對淤地壩逐年或次降雨攔沙量的計算一般根據壩庫中泥沙的沉積旋回進行分析[4-7]，或者根據典型淤地壩的調查進行推測[8]，但這些方法一般只適用于少數淤地壩在較短時間內淤積量的分析，對長時段大流域淤地壩逐年攔沙量的計算還是一個難點，也還沒有見到這方面的研究。文中以寧夏清水河流域淤為研究區域，探索對淤地壩逐年攔沙量還原計算的方法，并對淤地壩攔沙情況做出初步的分析。

　　1清水河流域概況

　　清水河是黃河的一級支流，流域面積為14481km2，是寧夏境內流域面積最大的河流。清水河發源于寧夏固原市開城鄉，向北流經固原、中衛、吳忠等縣市，在泉眼山匯入黃河，主河道長320km，河道比降平均為1.49‰[9]。清水河流域海拔一般為1500-2000m，南高北低，地貌以黃土丘陵為主，中上游為洪積、沖積平原區，中游西側為黃土丘陵、盆、埫區，中游東側為黃土丘陵區，下游為河谷平原區[10]。清水河流域多年平均降水量為349mm，大部分集中在7、8、9三個月[11]。年降雨量在流域范圍內變化很大，上游固原的七營、莧麻河以南區域降雨量可達400-600mm，屬于暖溫帶半濕潤區，向上游逐漸遞減到400-200mm，屬于中溫帶干旱、半干旱區，全區平均干旱指數為3.8[5]。清水河多年平均年徑流量2.16億m3，年均懸移質含沙量229kg/m3，年輸沙量4940萬t，侵蝕模數3410t/km2·a，呈現出水少、沙多、水土流失嚴重的特點。清水河流域由上至下設有固原、韓府灣、泉眼山三個水文站。

　　2淤地壩分布及現狀

　　2012年，有關管理和科研部門對寧夏全境淤地壩進行了一次普查，根據本次普查數據，清水河流域共有淤地壩302座，其中小型壩114座，中型壩103座，骨干壩85座。分區域看，韓府灣-泉眼山區間有229座，固原-韓府灣區間有73座，固原以上流域沒有淤地壩分布。清水河流域的主要水保措施有水庫、淤地壩、梯田、林、草等，淤地壩是重要的水保措施之一。

　　清水河流域淤地壩建設始于1971年，其后1975-1999年間共建設了43座淤地壩，2000-2012年建設了256座淤地壩。至2012年，清水河流域淤地壩控制流域面積為1090.15km2，總庫容為1.19億m3，可淤積庫容為0.36億m3，泥沙淤積總量為0.17億m3，淤地壩攔沙量為同期泉眼山站輸沙量的2.35%。隨著泥沙在淤地壩中淤積量的增加和可淤積庫容減小，淤地壩的攔沙能力逐漸降低。將淤地壩中泥沙淤積量與可淤積庫容的比例定義為淤地壩的淤積比。

　　高云飛[12]對陜北地區的分析表明，當淤地壩運用20-30年以后，淤地壩平均淤積比大約達到0.8，此時淤地壩就基本上處于淤滿的狀態，攔沙能力變得很小。計算清水河流域淤地壩自建成至2012年的淤積比可以看到，清水河流域1999年以前建成的淤地壩大約有一半已經處于淤滿的狀態，2000年以后建成的淤地壩絕大部分還沒有淤滿，至2012年清水河流域全部淤地壩的淤積比為47.39%，從總體上看淤地壩還具有較大的攔沙能力。

　　3逐年攔沙量的計算方法

　　清水河流域主要的攔沙工程除了淤地壩外還有約100座水庫也具有攔沙的功能。因為400多座淤地壩和水庫比較均勻地分布在清水河流域全境，淤地壩和水庫控制流域的平均侵蝕強度與清水河全流域平均侵蝕強度是接近的。雖然隨著運用時間的延長有部分水庫和淤地壩逐漸失去攔沙作用，但是由于不斷地又有新的工程建成，因此如果把全部淤地壩和水庫看成是一個整體，可以認為淤地壩和水庫具有正常的攔沙能力。

　　4結果與分析

　　已知清水河流域淤地壩全部泥沙淤積量為0.17億m3，按照淤積泥沙干容重1.4g/cm3計算為0.238億t，根據上面建立的計算方法計算可得到清水河流域淤地壩逐年攔沙量。計算得到的不同年份淤地淤積量有很大的變化。總體上，1999年以前淤地壩數量較少，逐年攔沙量都在70萬t以下;2000年以后，淤地壩建設數量迅速增加，多數年份攔沙量在100萬t以上，其中2007年達到361.89萬t。泉眼山水文站是清水河的把口站，泉眼山站年輸沙量在一定程度上反映了清水河流域土壤侵蝕強度的變化。比較淤地壩逐年攔沙量與泉眼山站的年輸沙量可見二者變化趨勢比較一致。根據對淤地壩逐年攔沙量的計算結果可計算得到清水河流域淤地壩逐年可淤積庫容及淤積比的變化。

　　可見，1971-1999年間清水河流域淤地壩的淤積比一直處于逐漸增大的趨勢中，至1999年總淤積比達到92.11%以上，總體上已經基本上達到了淤滿的狀態。這一時段剩余可淤積庫容也很小，至1999年僅剩33萬m3。2000-2012年時段，由于新的淤地壩大量建設，增加了新的可淤積庫容，淤積比處于逐漸降低的趨勢中。

　　5討論

　　淤地壩控制面積、侵蝕強度、攔沙率是影響淤地壩攔沙量的最直接的因素。淤地壩控制流域面積和土壤侵蝕強度決定了進入壩庫的泥沙量，而攔沙率決定了有多大比例的泥沙被攔蓄在淤地壩中。淤地壩控制的流域面積與淤地壩建設的數量、可淤積庫容等指標關系密切。清水河流域2000年以前淤地壩建設數量很少，攔沙量也很少，2000年以后淤地壩數量迅速增加，淤地壩攔沙量也隨之有顯著的增長。

　　2005年以后，清水河流域土壤侵蝕強度顯著降低，但是淤地壩攔沙量顯著增大，導致淤地壩攔沙量占全流域土壤侵蝕量的比例顯著上升，2010年以后達到11%以上，成為流域減沙的重要因素。淤地壩的攔沙率隨著運用年數的增加逐漸降低，直至可淤積庫容淤滿則失去攔沙能力。根據許炯心[3]、劉曉燕[15]等學者的研究，黃土高原地區20世紀六七十年代建成的淤地壩，尤其是小型壩絕大多數已經淤滿而失去攔沙能力，導致淤地壩整體上攔沙量有所降低。

　　根據上面建立的模型計算清水河流域1971-2012年水庫逐年的攔沙量，可見在1980年代以前，水庫的攔沙量很大，但是隨著水庫逐漸淤滿，攔沙能力逐漸變小，而淤地壩隨著新壩不斷修建，攔沙率能力逐漸增大。雖然缺乏實測數據對模型計算結果進行驗證，但是從以上對計算結果的分析可見，模型計算的結算是合理的。

　　文中提出的模型建立在2個前提條件之上:1)有大量的淤地壩較均勻地分布在流域內;2)淤地壩攔沙率的變化符合指數型變化的規律。如果淤地壩數量較少或在流域內分布不均勻，或者由于發生了小范圍局部暴雨使得淤地壩控制的流域與全流域平均土壤侵蝕強度發生了明顯的偏差，則模型的計算結果就會產生顯著的誤差。在這種情況下，必須引入新的影響因素，比如可以考慮先與分布式侵蝕產沙模型相結合引入區域因子。目前對淤地壩攔沙率的定量研究還很少，本模型借鑒小型水庫攔沙率的研究成果，認為淤地壩攔沙率的變化整體上符合指數型變化的規律，這對于大量淤地壩的平均值計算應該是可以的，但是如果計算單個或少量淤地壩可能會產生較大的誤差。總之，文中提出的模型在不同條件下的運用還需要對計算模型做進一步地改進和完善。

　　6結論

　　(1)根據實測資料統計，清水河流域淤地壩始建于1971年，2000年以前淤地壩建設數量較少，2000年以后淤地壩數量迅速增加。至2012年清水河流域共有淤地壩302座，控制流域面積1090.15km2，總庫容1.19億m3，可淤積庫容0.36億m3，總攔沙量為0.17億m3，淤積比為47.39%，淤地壩還具有較好的攔沙能力。

　　(2)在總攔沙量已知的條件下，文中引入淤地壩控制面積、平均侵蝕強度、攔沙率三個因素建立了淤地壩逐年攔沙量計算公式，計算了清水河流域1971-2012年間淤地壩逐年的攔沙量。計算結果表明，2000年以前淤地壩攔沙量在70萬t以下，2000年以后多數年份攔沙量在100萬t以上，其中2007年攔沙量最大，為361.89萬t，2010年以后淤地壩攔沙量占流域侵蝕產沙量的比例超過11%，成為流域減蝕的重要因素。

　　(3)文中建立的計算模型是建立在大量的淤地壩較均勻地分布在流域內及淤地壩攔沙率的變化符合指數型變化的規律兩個前提條件之上，在不同條件下的運用還需要做進一步地改進和完善。

　　參考文獻

　　[1]中華人民共和國水利部.第一次全國水利普查水土保持情況公報[J].中國水土保持，2013(10):2-3，11.

　　[2]許炯心.黃河中游多沙粗沙區水土保持減少的近期趨勢及其成因[J].泥沙研究，2004(2):5-10.

　　[3]許炯心，孫季.無定河淤地壩攔沙措施時間變化的分析與對策[J].水土保持學報，2006，20(2):26-30

　　水土保持論文投稿刊物：中國水土保持1982年改為現名,國內發行。從1984年第1期起改為月刊，國內外發行。貫徹水土保持方針政策，宣傳水土保持成就;報道水土保持科技成果，交流水土保持生態建設經驗;傳遞水土保持生態建設動態信息，介紹國內外水土保持治理措施;普及水土保持基礎知識，推廣水土保持生態建設典型。