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黄河流域黄土高原地区面积约64万km 2 ，其中，水土流失面积45.4万km 2 ，占总面积的71%，是我国乃至世界上水土流失最严重、生态环境最脆弱的地区。严重的水土流失加剧了干旱、荒漠化的发展和其他灾害的发生，造成了当地人民生活的贫困，制约了区域经济社会的可持续发展，特别是大量泥沙淤积在下游河道，使河床不断抬高，严重威胁着下游两岸人民生命和财产的安全。
为加快黄土高原水土流失治理步伐，再造山川秀美的大西北，改善当地的生态环境和生产生活条件，减轻下游河道的泥沙淤积，我国从1994年起，利用世界银行贷款，通过引进世界银行先进的管理技术，加大投资力度，在黄土高原地区实施了大规模、高起点、高质量的水土保持工程。项目开展十余年来，在水利部、国家发改委、财政部、黄委会以及陕西、山西、甘肃和内蒙古四省（区）政府的大力支持下，在各级项目办的共同努力和广大农民群众的积极参与下，黄土高原世界银行贷款一、二期项目的建设取得了极大成功。“改善生态环境、减少入黄泥沙，提高农业产量，增加农民收入”的宗旨在项目实施中得到了充分的体现和贯彻。
项目总投资42亿元人民币。一期项目从1994年开始实施 ［1-1］ ，至2001年底项目区累计完成各项治理面积48.7万hm 2 ，于2002年9月通过了世界银行组织的竣工验收，被世界银行誉为世界银行农业项目的“旗帜工程”，并在受世界银行委托由联合国粮农组织进行的项目竣工验收中得到了非常高的评价。二期工程从1999年开始实施 ［1-2］ ，至2004年底完成治理面积44.6万hm 2 ，经过6年实施已完成各项建设任务，于2005年9月通过了世行组织的验收。
在黄土高原地区开展如此长时间、大规模、高强度，连续不断的水土流失治理是空前的。通过各项水土保持治理措施的实施，规划确定的水土流失治理目标是否实现？单项措施蓄水保土效果如何？水土保持措施拦截泥沙对下游河道减淤程度如何？项目建设期末和运行期有多大的保土能力？这些问题亟需进行科学系统的分析和研究，以对项目治理措施的蓄水保土效益和治理效果做出客观评价，并为今后黄土高原水土流失的治理规划提供可供借鉴的依据。
主要研究内容包括：一是对世界银行一、二期项目进行“水土保持法”蓄水保土作用评价；二是对延河流域进行“水文法”蓄水保土作用评价；三是开展世界银行项目水土保持措施拦减粗泥沙分析；四是开展世行项目水土保持措施蓄水保土效益预测。
世界银行项目涉及陕西、山西、甘肃和内蒙古四省（区），一期项目区涉及7条流域（片），二期项目区涉及13条流域（片），各流域（片）在地形地貌、气候特征、土壤植被、水文泥沙等方面有较大差异。
考虑本项目治理区相对集中但并非全流域治理的特点，以及获取的典型小区水沙监测资料，“水文法”难以构造满足项目实际条件的理想模型，因而在本项目计算中“水土保持法”成了自然的首选。同时，选择一、二期连续治理且水文资料较齐全的延河流域进行“水文法”的效益计算，对项目实施以来的水沙变化趋势及原因进行分析。
本项目采用的蓄水保土效益计算方法和内容，遵循《水土保持综合治理 效益计算方法》（GB/T15174-1995）的相关规定 ［1-3］ ，并结合世行项目实际，吸收了相关领域最新研究成果，加以充实和完善。
（1）“水土保持法”
“水土保持法”是从单项水土保持措施蓄水保土效应的规律研究出发，来计算水土保持措施对水沙变化的影响。
该方法假定各项水土保持措施蓄水保土指标具有相对稳定性，在降雨条件已知的情况下，措施质量标准和等级划分必须一致，计算结果才具有可比性。在以往研究中，我们发现存在多种不同的质量分级标准，就梯田而言，至少有六种不同的分类标准，甚至一项研究中出现三种不同的分类标准，如在水土保持措施调查阶段、措施质量分布评价阶段、拦沙指标确定阶段采用不同的质量分级标准。这种方法无法对处于各组上下边界的指标值做出合理的解释和检验，对处于各组边界上的变量将产生较大的影响，消除这种影响能够较大地提高水土保持效益计算的精度。
本项目坡面措施蓄水保土指标，以水利部第二期黄河水沙变化研究基金项目“河龙区间水土保持措施减水减沙作用分析”中应用的指标体系为基础确定。其中林草措施蓄水保土指标的确定，运用人工神经网络技术在内插应用中的优点，建立了基于BP人工神经网络的林草措施蓄水保土指标模型，克服了以往效益计算中对降雨、造林种草质量等进行人为划分等级而对计算结果产生的不利影响。计算和分析结果表明，方法简单而预测精度高。
淤地坝拦沙量计算方法，根据以往研究成果及项目区调查统计资料，采用两种方法确定拦沙指标：一是根据项目区典型淤地坝监测资料确定拦沙指标；二是根据黄河流域淤地坝调查资料确定拦沙指标。
（2）“水文法”
“水文法”是通过对流域降水、径流、泥沙的观测分析计算，从流域治理前后降雨径流、径流泥沙关系规律出发分析下垫面变化的影响。
由于世界银行项目区的分散性和在支流中的局部性，本项目计算中“水文法”作为辅助方法，仅通过对典型流域项目实施以来的水沙变化趋势及原因进行分析，探讨水土保持治理对流域水沙的影响。具体计算方法包括“经验公式法”和“降雨侵蚀力双累积曲线法”两种。
1）“经验公式法”：通过建立各项目区1970年前（人类活动影响较少时期）、1986~1993年（世界银行项目实施前）降雨径流泥沙数学模型，分别推求控制站内有人类活动影响以来和项目实施期蓄水土保持土量。
水文资料选用及处理方面，充分考虑了可靠性、一致性和代表性三方面要求。并根据代表性分析对相关资料进行了插补延长。
2）“降雨侵蚀力双累积曲线法”：有关研究表明，黄河流域降雨侵蚀力和土壤侵蚀模数随时间变化的相关程度较高。通过消除降雨变化在输沙变化中的作用，继而确定水土保持综合治理等人为作用对输沙变化的影响。
目前对不同空间尺度降雨侵蚀力（R）的研究很多，并根据资料获取情况，提出了很多不同的降雨侵蚀力简易算法，通过分析对比，本次拟选择采用章文波（2000年）的估算降雨侵蚀力的公式。另外，由于黄河中游地区降雨量在年内分配极不均匀，在计算降雨侵蚀力双累积曲线时，另外选择Renard等（1994）建立的估算降雨侵蚀力的公式，用修正的Fournier指数反映年降雨量在年内分配状况对降雨侵蚀力的影响，进行对比分析。
项目区各项新增水土保持措施拦减了大量入黄泥沙，减轻了下游河道淤积。本项研究中，对水土保持措施拦减泥沙颗粒组成及各项措施拦减泥沙对下游河道减淤量进行了分析。
（1）代表性水文站水土保持治理前后泥沙级配变化分析
泥沙从流域面上搬运到河流的过程中，其粒径级配受到泥沙来源区地质、地形地貌、水土保持措施配置及水流泥沙条件的影响和控制。为具体分析世界银行项目实施前后典型支流入黄泥沙粒径级配变化情况，根据世界银行项目开展情况，选择延河甘谷驿、窟野河王道恒塔、佳芦河申家湾和马莲河庆阳四个水文站，对水土保持治理前后实测悬移质泥沙颗分资料进行分析。
（2）项目区控制性水文站实测悬移质泥沙颗分资料分析
本研究以1957~2002年间13个水文站实测悬移质颗分资料为基础，分析了世界银行项目区13个流域（片）泥沙粒径分布，并根据长系列均值对不同粒径级沙量进行了估算。1979年前颗分资料均为一致性修正处理后的成果。
（3）典型支流坝地淤积物取样颗分资料分析
对佳芦河流域淤地坝坝前、坝后等部位泥沙取样颗分资料进行了对比，并对延河流域坝地淤积物取样颗分资料与水文站实测泥沙颗分资料进行了对比分析。
（4）水土保持措施拦减泥沙对下游河道减淤量分析
以黄河中游龙门、华县、河津、状头四站至利津区间1994~2002年各粒径级悬移质输沙量、泥沙粒径级配及淤积比计算成果为基础，估算了项目区水土保持措施拦减泥沙对下游河道淤积的影响。
项目运行期各项治理措施蓄水保土效益受降雨情况、措施质量等因素的影响，是相对变化的。预测时对环境条件等进行了合理假设。
预测内容包括两部分：
1）世界银行一、二期项目新增水土保持措施在2005~2030年蓄水保土能力预测。
2）世界银行一、二期项目新增水土保持措施在2030年不同降雨频率下蓄水保土量预测。
（1）蓄水量
一期项目建设期新增水土保持措施共蓄水59033万m 3 ，年均7379万m 3 。其中淤地坝、梯田、乔木林、灌木林、经果林、人工种草和小型蓄水保土工程蓄水量分别为：22836万m 3 、11530万m 3 、6182万m 3 、8684万m 3 、8216万m 3 、1509万m 3 和75万m 3 ，分别占蓄水总量的38.7%、19.5%、10.5%、14.7%、13.9%、2.6%和0.1%。项目区新增措施蓄水效益达13.4%，其中佳芦河、马莲河和延河项目区蓄水效益较高。
水土保持措施蓄水量中，陕西、内蒙古、山西和甘肃四省（区）水土保持措施蓄水量分别为：29617万m 3 、6596万m 3 、11221万m 3 和11599万m 3 ，分别占总蓄水量的50.2%、11.2%、19.0%和19.6%。
（2）保土量
一期项目建设期新增水土保持措施保土量为21065万t，年均2633万t。其中淤地坝、梯田、乔木林、灌木林、经果林、人工种草和小型蓄水保土工程保土量分别为：11622万t、2981万t、1229万t、1634万t、1756万t、1452万t和391万t，分别占保土总量的55.2%、14.2%、5.8%、7.8%、8.3%、6.9%和1.9%。项目区新增措施保土效益达22.3%，其中伊盟片、佳芦河与延河项目区保土效益较高。保土效益高低主要与措施建设规模及其配置有关。
水土保持措施保土量中，陕西、内蒙古、山西和甘肃四省（区）水土保持措施保土量分别为：9760万t、4053万t、3579万t和3673万t，分别占总保土量的46.3%、19.2%、17.0%和17.4%。
项目建设期间，林草措施保土量呈现波动式上升趋势，其中1998年保土量增加较多，与该年伊盟片、延河、鄂河等项目区产沙模数较高有关。2000年保土量减少主要与该年度项目区大多数支流（片）降雨量小，产沙较少有关。
（3）新增措施保土能力
一期项目可行性研究中规划达到的保土能力为4099万t，项目建设期末实际达到的保土能力为3914万t，是可行性研究规划的0.95倍。新增措施实际拦沙量是保土能力的67.3%。
（1）蓄水量
二期项目建设期新增水土保持措施共蓄水42190万m 3 ，年均7032万m 3 。其中淤地坝、梯田、乔木林、灌木林、经果林、人工种草和小型蓄水保土工程蓄水量分别为：9470万m 3 、12662万m 3 、8361万m 3 、3484万m 3 、7614万m 3 、345万m 3 和254万m 3 ，分别占蓄水总量的22.4%、30.0%、19.8%、8.3%、18.0%、0.8%和0.6%。项目区新增措施蓄水效益达7.5%，其中伊盟（片）和浑河项目区蓄水效益较高。
水土保持措施蓄水量中，陕西、内蒙古、山西和甘肃四省（区）水土保持措施蓄水量分别为：14575万m 3 、7468万m 3 、7697万m 3 和12450万m 3 ，分别占总蓄水量的34.5%、17.7%、18.2%和29.5%。
（2）保土量
二期项目建设期新增水土保持措施保土量为10532万t，年均1755万t。其中淤地坝、梯田、乔木林、灌木林、经果林、人工种草和小型蓄水保土工程保土量分别为：4492万t、2072万t、764万t、936万t、1166万t、715万t和387万t，分别占保土总量的42.6%、19.7%、7.3%、8.9%、11.1%、6.8%和3.7%。计算结果表明，封禁措施减轻水土流失的效益非常显著，其保土量与人工草地基本相当。项目区新增措施保土效益达16.1%，其中内蒙古伊盟（片）和浑河项目区保土效益较高。
水土保持措施保土量中，陕西、内蒙古、山西和甘肃四省（区）水土保持措施保土量分别为：4063万t、2622万t、1121万t和2726万t，分别占总保土量的38.6%、24.9%、10.6%和25.9%。
（3）新增措施保土能力
二期世界银行贷款项目可行性研究中规划达到的保土能力为2647万t，环境影响评价中计算的保土能力为2980万t，项目建设期末实际达到的保土能力分别是可行性研究规划和环境影响评价计算的1.06倍和0.94倍。由于计算期来沙偏枯，计算的新增措施实际保土量占新增措施保土能力的62.7%。
（1）代表性水文站水土保持治理前后泥沙级配变化分析
项目实施后，延河甘谷驿站与佳芦河申家湾站实测最大减沙粒径级为0.025~0.1mm；窟野河王道恒塔站粒径小于0.1mm的泥沙比例增加，大于0.1mm的粗泥沙比例减小；庆阳站0.01~0.05mm之间的泥沙减小最多，而0.05~0.25mm之间的粗泥沙含量有所增加。其中庆阳站泥沙粒径变粗的主要原因是，在项目建设期，洪德站以上暴雨频发，来自洪德站以上粗沙区的输沙量显著增加，是导致庆阳站泥沙粒径粗化的主要原因。各站泥沙粒径变化不仅与水土保持治理有关，而且与各流域地形地貌、计算期水流泥沙条件及开发建设项目的影响有关。
（2）典型支流坝地淤积物取样颗分资料分析
通过对佳芦河流域坝地淤积物取样颗分资料分析，可以看出，不同粒径级泥沙在坝内不同部位的沉积比例有较大差异，d ≥0.05mm的粗颗粒泥沙含量，坝后较坝前明显增多，反映了坝内水流条件改变，对进入坝区的泥沙有分选作用。延河流域坝地淤积物取样颗分成果与相应水文站悬移质颗分成果对比结果表明，坝地淤积物在粒径级为0.05~0.1mm上较水文站实测悬移质含量高。淤地坝比水文站平均粒径粗，证实有放水设施的淤地坝具有一定的“拦粗排细”作用。
（3）项目区水土保持措施拦减泥沙粒径分析
各项水土保持措施在拦减泥沙的过程中，必然也拦减粗泥沙。根据各支流（片）项目区保土量乘水文站实测平均悬移质颗粒组成比例，求得世界银行项目区各支流（片）不同粒径泥沙拦减量。
一期项目新增水土保持措施拦减泥沙量中，d ≥0.025mm、0.05mm和0.1mm的泥沙分别为11531万t、6388万t和2582万t。其中d ≥0.05mm和0.1mm的粗颗粒泥沙年均拦减量分别是798万t和323万t，分别占年均拦减全沙量的30.3%、12.3%。
二期项目新增水土保持措施拦减泥沙量中，d≥0.025mm、0.05mm和0.1mm的泥沙分别是5324万t、2570万t、935万t。其中d ≥0.05mm和0.1mm的粗颗粒泥沙年均拦减量分别是428万t和156万t，分别占年均拦减全沙量的24.4%和8.9%。
（4）水土保持措施拦减泥沙对下游河道减淤量分析
本项目计算中，采用黄河中下游龙门、华县、河津、状头四站至利津区间1994~2003年淤积量和各粒径级平均淤积比，来估算世界银行贷款项目水土保持措施拦减泥沙对下游河道冲淤的影响。
一期项目水土保持措施拦减泥沙使下游河道共减淤13116万t，年均减淤1640万t。其中d≥0.05mm和0.1mm的粗泥沙年均分别减少594万t和308万t。
二期项目水土保持措施拦减泥沙使下游河道共减淤6558万t，年均减淤1093万t。其中d≥0.05mm和0.1mm的粗泥沙年均分别减少318万t和149万t。
（1）预测期（2005~2030年）新增措施蓄水能力预测
预测期（2005~2030年）新增措施在多年平均降雨情况下，共蓄水70亿m 3 ，年均蓄水2.7亿m 3 。其中，梯田、造林（乔木林和灌木林）、经果林、种草和淤地坝蓄水量分别为18.1亿m 3 、33.3亿m 3 、10.7亿m 3 、7.0亿m 3 和1.4亿m 3 ，分别占总蓄水量的25.7%、47.2%、15.2%、9.9%和2.0%。
（2）预测期（2005~2030年）新增措施保土能力预测
预测期（2005~2030年）新增措施在多年平均降雨情况下，共保土18.4亿t，年均保土7085万t。其中，梯田、造林、种草和淤地坝保土量分别为4.0亿t、9.0亿t、2.3亿t、2.1亿t和1.0亿t，分别占总保土量的21.9%、48.7%、12.6%、11.4%和5.5%。
（3）预测期末（2030年）不同降雨频率下的蓄水保土量
通过对2030年各项目区不同降雨频率下的单项措施蓄水保土量的计算，表明降雨频率对措施蓄水保土效益的影响十分明显，随着降雨频率变大，新增措施蓄水保土量渐趋下降。但各支流（片）降雨产流产沙特性不同，单项措施对水沙关系的影响不同，因此，各项目区新增措施蓄水保土量变化趋势亦有较大差异。
本研究以世界银行贷款项目各项水土保持措施质量、进度和效益监测资料为基础，充分吸收了已有研究成果，并在以下两方面有所创新：
1）在应用坡面林草措施蓄水保土指标时，首次引入人工神经网络技术，来拟合项目区产流产沙模数和措施质量与蓄水保土指标之间的复杂关系。从模型分析结果看，方法可行、预测精度高。
2）本项目研究中，对一、二期世界银行贷款项目新增水土保持措施拦减粗泥沙进行了分析，并对拦减粗泥沙对下游河道减淤量及其对黄河水资源的影响进行了初步估算。