【建国70年•印象水保】南小河沟水土保持科学试验研究技术成果总结

作者:科研中心  来源:黄河水土保持ope体育官网app治理监督局  点击数:531   更新时间:2019-9-24  

 一、南小河沟科研工作及科研设施布设情况
        在径流泥沙观测工作方面,紧密围绕黄土高塬沟壑区水土保持的实践需求,探索研究黄土高塬沟壑区水土流失规律,试验、示范、推广水土保持治理措施。径流泥沙观测工作以南小河沟流域为主要观测基地,从1954年开始按照“纵向对比,平行对比,以及大流域套小流域,综合套单项”的指导思想,布设了一系列的典型小流域、坡面径流泥沙测验场,进行降雨、径流和泥沙等项目的水土流失观测、试验和分析。主要研究暴雨有关因素与小流域产流、汇流、产沙、输沙关系,小流域径流泥沙来源及水土保持单项措施、综合治理措施对洪水、泥沙、年径流、年输沙量的影响,在小流域和小区两个尺度内进行观测布设。
        坚持开展典型小流域和中尺度流域的原型观测工作,完成了全国水土保持监测网络和信息系统建设二期工程,建成了南小河沟典型小流域水土流失自动化测报系统。目前,南小河沟和砚瓦川流域观测站点已被水利部监测中心纳入全国典型小流域水土流失动态监测网络,成为国家水土保持公告的重点监测站点。水利部监测中心2008年启动了全国水土流失动态监测网络二期站点和信息系统建设,ope体育官网app监测分中心建成了信息传输网络,十八亩台、杨家沟、董庄沟、砚瓦川、湫沟径流场5个场点列入二期工程,其中三站点列入土建、五场点全部配备了泥沙测验、土样水样处理、土壤水分、自动气象园等仪器设备。
        2005年我站承担了模型黄土高原野外试验区建设部分内容,在南小河沟湫沟建成了包括16个标准径流场及与之配套的排水系统、道路系统、供电系统的湫沟试验区,安装人工模拟降雨装置一套。
        2003年、2006年黄河上中游管理局分别批复了《黄土高塬沟壑区典型小流域原型观测项目》和《黄土高塬沟壑区典型小流域水土流失试验与分析项目》,建成了南小河沟流域自动遥测系统,包括4个遥测水位站、14个遥测雨量站、一个遥测气象园、一个中继站、一个遥测数据接收中心,改建维修了砚瓦川、杨家沟、董庄沟、十八亩台径流站及观测道路、进站道路,修建了董庄沟全坡面径流场3个,荒坡标准径流场2个,基本解决了测站、径流场水、电、通讯、娱乐、交通等历史欠缺问题,极大的改善了职工工作、生活条件;初步达到标准测站要求;观测设施得到强化,观测设备得到更新,观测手段有了提高,观测内容得到补充和完善,观测人员也全部配置到位,所有观测内容全部启动,进入正常观测阶段,观测项目已经由单一的原始、人工观测复合为综合、多元化、自动化为一体的典型小流域水土流失试验分析体系,观测资料更加全面、系统、科学、准确,基本能够适应新形势下水土流失规律研究工作的需求。

南小河沟流域观测站网布设图

        南小河沟小流域面积38.93km2,设有3处控制站,十八亩台控制站控制面积32.78km2,杨家沟控制站1.01km2,董庄沟控制站1.12km2
        1、 气象园
        2006年完成了“南小河沟流域原型观测自动测报系统”建设,流域内布设的14个雨量站(单站控制面积为2.34km2/站),1个气象园,实现了除泥沙外的自动化测报。配备了遥测雨量计、普通雨量筒、虹吸式自记雨量计等雨量观测设备,2015年更新了15台固态存储雨量计,并实现了观测数据GPRS实时无线传输。

遥测雨量站及气象园

        2、 径流场
        南小河沟小流域布设有35个径流场,其中2005年湫沟布设14个坡度径流场(5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°各2个重复)是水利部监测中心确定的全国水土流失动态监测公告项目的重点监测点,全部为人工观测,定期进行除草管理。观测指标有降雨量、径流量、侵蚀量、土壤含水率等
        6个林地径流场,杨9林地径流场1979年建立,HJ11、HJ12湫沟林地径流场2005年建立,2006年开始观测,魏1-1、长1-1、长1-2三个径流场于2003年建立,2004年开始观测。观测指标为径流量、侵蚀量、土壤含水率等。
        3个全坡面径流场,其中一个全坡面、一个全坡面坡段、一个全坡面沟段,均于2007年建立,2008年开始观测。观测指标径流量、侵蚀量、土壤含水率等,主要进行研究自然坡面区域暴雨洪水特征,分析相关区域侵蚀沟地表组成和水土保持效益。
        2个自然荒坡径流场,2008年建立,2008年开始人工观测。主要进行径流量、侵蚀量、土壤含水率、植被及管理因子观测。
        10个植被效益观测径流场,均为坡度15°,2016年建立,同步观测各种植被效益,通过不同径流场种植不同草种来研究植被的蓄水保土作用。

径流场

        3、小流域控制站
        流域控制站观测内容主要包括:小流域降水观测,气象要素9要素观测;径流场径流、泥沙量观测;量水堰水位、流量、泥沙量观测;植被盖度季节分布观测和样点小流域土壤侵蚀调查等。
        南小河沟小流域布设有十八亩台、杨家沟、董庄沟、花果山水库出口4个径流观测站,目前主要开展径流、泥沙、降雨量、气象等项目观测。现有设备主要有虹吸式自记雨量计、人工标准雨量筒、自计水位计等。观测设备仪器有:YDH-1M型遥测终端机16台、JDZ05-1型翻斗式雨量计6台、HMP45D型温度仪4台、湿度计2个,YDH-1S固态存储雨量计16台,9要素气象仪1台等。
        董庄沟小流域控制站始建于1954年,建有三角形量水槽,主要开展降雨、径流泥沙、气温,气压,干湿度等人工观测。流域建有林地径流场3处,有3个全坡面径流场,2个荒地径流场,主要开展降雨、径流泥沙、土壤含水率、植被盖度等人工观测。
        流域内布设有自记雨量计1台、EL15-2D尾翼叶面风向仪1台、EL15-1A螺旋桨风速仪1台,YDH-1M型遥测终端机1台,JDZ05-1型翻斗式雨量计1台、SM1型普通雨量计1台,HMP45型温度仪1台,HMP45D型湿度仪1台、PTB220型气压仪1台、FZZ-1型蒸器和AM3型蒸发器各1台。
        杨家沟小流域控制站始建于1954年,建有三角形量水槽,主要开展降雨、径流泥沙、气温,气压,干湿度等人工观测。流域建有林地径流场1处,主要开展降雨、径流泥沙、土壤含水率、植被盖度等人工观测。流域内布设有自记雨量计1台、EL15-2D尾翼叶面风向仪1台、EL15-1A螺旋桨风速仪1台,YDH-1M型遥测终端机1台,JDZ05-1型翻斗式雨量计1台、SM1型普量计1台,HMP45型温度仪1台,HMP45D型湿度仪1台、PTB220型气压仪1台、FZZ-1型蒸器和AM3型蒸发器各1台。

三角形量水槽

 二、南小河沟发展历史及开展的科研工作
       新中国成立后,为战胜水患,确保黄河安澜,黄河水利委员会将治理黄土高原水土流失列为治理黄河的重要举措。1951年,西北黄河工程局根据黄河水利委员会的指示,派出泾河流域水土保持工作队(即黄河水利委员会ope体育官网app水土保持科学试验站前身),来到甘肃省庆阳县ope体育官网app镇,次年4月成立陇东水土保持工作推广站,揭开了陇东黄土高塬沟壑区水土流失治理与科学研究工作的序幕。以王书馨队长为代表的14位科技工作者,肩负起了建站和全面开展水土保持工作的双重重任。1953年建立东湖苗圃,1954年建立南小河沟试验场,并以南小河沟作为主要试验和观测基地,相继在高塬沟壑区、丘陵沟壑区第二副区和第五副区、子午岭天然林区布设径流观测站24个,建立径流场68处。积极参加指导群众性的农田水利工程和保塬工程,建成的ope体育官网app城区火巷沟沟头防护工程,有效遏止了沟头前进,避免了ope体育官网app镇被沟壑切割的危险。随后,在南小河沟相继建成了“陇东第一坝”(黄土均质淤地坝)、“陇东第一园”(山地果园)。1955年全国人大通过了《关于根治黄河水害和开发黄河水利综合规划报告》,黄土高原地区水土保持工作正式列入国民经济计划,1956年,黄河水利委员会将我站更名为“ope体育官网app水土保持科学试验站”,开始全面开展水土保持科研工作。1958年,在黄土丘陵沟壑区第二副区建立环县洪德水土保持试验场(后迁至环县县城,改名为环县分站)。
        1963年,三年自然灾害过后,在国务院《关于黄河中游地区水土保持工作的决定》文件精神的指导下,我站科研成果开始全面推广,南小河沟、南佐、王铁、环县十八里、城东塬等多处综合治理试验示范典型应运而生。至1965年底,ope体育官网app水土保持科学试验站机构框架已具雏形,试验基地总面积517hm2,试验、示范、推广点遍布陇东地区各县,涉及多条重点流域。
        1969年水电部军管会决定将ope体育官网app站下放甘肃省水电局领导,1970年与庆阳地区水利局归并成立了庆阳地区林水局,大部分科研人员被下放或调出,试验场地被侵占,仪器设备被拆除。
        1973年,黄河中游水土保持工作会议决定恢复ope体育官网app站,再次划归甘肃省水电局领导。在这艰难的岁月里,ope体育官网app站的广大科技工作者忍辱负重,继续坚持开展南小河沟流域综合治理和南佐村治理典型培养工作,开展机具平整塬面条田、条田小麦高产稳产、快速筑坝、水土保持林草及苹果早期丰产等试验研究工作。为继续探索高塬沟壑区水土流失规律与水保效益,在中尺度流域砚瓦川开展观测与治理,并设立了砚瓦川出口径流泥沙观测站。
        1978年10月,ope体育官网app站重归黄委会领导,加大基础设施建设力度,修建办公大楼,添置仪器设备,全面恢复南小河沟、砚瓦川两个流域的径流泥沙测验工作,兴建了三幢住宅楼和一幢单身宿舍楼。在此期间,水土保持试验研究工作呈现两大特点:一是系统总结建站近40年来的研究成果。先后刊印了《水土保持试验研究成果汇编》第一集(1952-1980年) 、第二集(1981-1985年)和第三集(1986-1988年),共收编成果论文183篇;刊印了“ope体育官网app水保站小流域径流场、径流泥沙测验资料”;与甘肃省科技情报所、黄委会、庆阳地区科技处、陕西省科技情报所等单位共同摄制完成我国第一部水土保持彩色科教影片《小流域综合治理》,并在国内外发行;ope体育官网app站编写的《水土保持技术》也于1983年由甘肃人民出版社正式出版发行;由黄委会水保处主持,ope体育官网app站参与编写的《水土保持试验规范》,由水利电力出版社正式出版发行。二是根据党和国家工作重点转移及黄土高原水土流失治理的需求,制定发展规划,提出新的科研课题。黄河流域小流域综合治理大面积水土保持措施试验与推广、镇原县武沟乡快速营造沙棘林研究、合水县何家畔乡水平条田地埂栽植黄花试验、陇东黄土高塬沟壑区立地条件类型划分和适地适树研究、土地资源合理利用农林牧生态经济结构优化模式研究、沟坡治理种草养畜示范点建设、改羊只放牧为舍饲养殖、山地果园示范与推广、苹果新品种研究、机修梯田研究、南佐村由单一农业经营过渡到农林牧综合发展研究等30多项课题取得了丰硕的研究成果,受到了国家、省、地区的高度重视和表彰奖励。这些新上科研项目集中体现了成果转化与生产紧密结合的特点。在此期间,ope体育官网app站荣获“全国绿化先进单位”、“甘肃省精神文明先进集体”、“全国水土保持先进单位”等荣誉称号;宋尚智、王占孟、杜百正、白守义等老专家被评为黄河劳模,叶正春被全国总工会授予工会积极分子,王心荣、常茂德被评为全河先进工作者。原国务院副总理谷牧、原农业部部长何康、原兰州军区司令员皮定均,原甘肃省省委书记李子奇、省长陈光毅、副省长刘恕,原黄委主任王化云、袁隆,副主任李延安、李玉峰、吴书琛先后莅临ope体育官网app站视察指导工作。黄河流域水土保持科研座谈会、交流会等重要会议多次在ope体育官网app召开。先后有前苏联、加拿大、英国、日本、美国、荷兰、澳大利亚等18个国家和国内专家学者来我站开展学术交流活动。
        20世纪90年代,由于国家经济结构调整,工业化和城市化的快速发展使我站一度形成全民经商的局面。科研机构改革几经周折,加之我站未被纳入科研机构名录,科研项目申请渠道不畅,科研经费严重不足,造成许多技术干部分流下岗,或自谋出路,或到试验场地参加农业生产劳动。仅有的科研任务来源或靠投标竞争,或与大中专院校及其它科研机构合作,水土保持科学研究工作在艰难中前行。尽管如此,部分科技人员仍坚持了水保效益的长期定位观测,承担了黄河河口镇至龙区间水沙效益研究等项目,保证了我站科研工作的稳步和持续发展。
        进入21世纪,为适应国家西部大开发战略和生态文明建设的需要,在黄委和黄河上中游管理局的正确领导下,我站及时调整工作方向和研究方向,创新工作思路,拓展新的工作领域,为黄河治理开发和服务地方经济社会发展再次做出了新的贡献。2000年4月,黄委党组经过认真研究,及时调整了“三站”的工作职能,在黄委会ope体育官网app水土保持科学试验站的基础上成立黄河水土保持ope体育官网app治理监督局,两块牌子,一套机构,赋予了ope体育官网app治理监督局水土保持预防监督、水政水资源管理、水土流失动态监测和生态工程建设等新职能。使我站由原来单一的科研机构转变成集科研、监测、示范、管理为一体的水土保持综合事业单位。
  此阶段,在科研工作方面,我站多次争取承担完成水利部水沙基金项目、科技部农业成果转化项目、黄委“十五”、“十一五”治黄重大科技攻关项目,并与中科院水利部水土保持研究所合作承担完成国家农业科技支撑项目。同时,以生态项目建设为契机,辅以项目带科研、带监测的模式,取得了一批可喜的研究成果。2005年6月,ope体育官网app站水土保持试验研究成果汇编第四集《黄土高原水土流失及其综合治理研究》(1989-2003年)出版发行,共收录论文136篇、科技成果17项。

 三、取得的主要成果
        (一)初步摸清了径流主要来自塬面、泥沙主要来自沟谷、泥沙比径流更集中在汛期的黄土高塬沟壑区水土流失规律
        研究表明:在黄土高塬沟壑区代表性小流域——南小河沟流域塬面、坡面、沟谷面积占比分别为56.86%、15.70%、27.44%,该流域塬面部位径流量和泥沙量分别占流域总量的61.5%和12.2%,坡面部位径流量和泥沙量分别占流域总量的8.4%和1.5%,沟谷部位径流量和泥沙量分别占流域总量的30.1%和86.3%。因此,得出径流主要来自塬面,泥沙主要来自沟谷的结论。
        塬面农田在大暴雨时是径流的主要产区,集流槽为塬面农田最显著的侵蚀部位,乡间土路是侵蚀最强烈的部位,道路多年平均侵蚀模数达9240t/km2,是农田的71倍。坡面水力侵蚀主要是上、中部以降雨溅蚀、面蚀为主,下部以局部的细沟侵蚀为主,在未治理的情况下,水土流失相对轻微,无论是水还是沙都不占主要地位。沟谷是侵蚀最剧烈的部位,该部位以重力侵蚀为主,水力侵蚀主要以冲蚀为主。南小河沟流域沟谷地单位面积侵蚀量是沟间地的9.4倍,如果沟间地的径流和泥沙就地拦蓄,则沟谷地的侵蚀量比沟间地仅大1.26~1.49倍。南小河沟流域重力侵蚀面积占流域总面积的9.1%,重力侵蚀产沙量占流域总产沙量的57.5%。塬水下沟和沟谷重力侵蚀是这一地区水土流失的主要特征。
        南小河沟流域7、8、9三个月径流量占年径流总量36%,而泥沙占年泥沙总量91%,在暴雨中,泥沙随径流增加呈指数关系,所以在大的径流中侵蚀量增加更快,呈现出明显的泥沙比径流更集中在汛期的规律。
        (二)探索提出了黄土高塬沟壑区“三道防线”、“四个生态经济带”,形成了一整套综合治理模式体系
        1、 “三道防线”模式
        此模式是由ope体育官网app站以南小河沟流域为依托,于20世纪70年代开始提出。该模式根据黄土高塬沟壑区塬、坡、沟三大地形地貌特点,提出了“以建设农田、村庄道路和沟头沟边防线的塬面治理,以兴修水平梯田,建立山地果园,营造防护林防线的沟坡治理,以主沟道布设坝系,支毛沟打柳谷坊,植速生防冲林防线的沟谷治理”的“三道防线”的综合治理模式。防治的基本方针是“按照水土流失规律,保塬固沟,塬、坡、沟综合治理;充分开发利用水土资源,塬面建设粮食生产基地,沟壑发展用材林、果园和牧草”。 初步摸清了黄土高塬沟壑区水土流失规律,提出了“保塬固沟”的治理方略,为黄土高塬沟壑区水土流失综合治理和保障塬面的完整提供了科技支撑,该模式在同类地区的137条小流域得到推广。
        2、“四个生态经济带”模式
        此模式是1987年由ope体育官网app站以庆丰沟流域为依托提出的。该模式以小流域为开放的生态经济系统,按照“把具有相同的经济发展方向,又具有类似的生态环境问题而需要改造的地带划为同一条生态经济带”的原则和方法,将小流域生态经济系统划分为“塬面农业生态经济带,塬边林果生态经济带,沟坡草灌生态经济带,沟底水利生态经济带”。该模式最突出的特点是强调了生态效益、经济效益、社会效益三兼顾,明确提出“小流域治理要和发展农村商品经济相结合,积极为当地经济发展服务”,探索了既有利于自然生态环境改善,又有利于生产经济发展的合理途径,引进和开发了一些生态经济型治理措施。该治理模式在泾河流域推广后,取得了显著的蓄水保土效益和可观的经济效益。
        (三)主持完成了黄河中游重点流域和区域水土保持措施减水减沙作用分析成果,培养了一支有一定影响的黄河水沙研究队伍。
       ope体育官网app站自1988年开始参加黄河水沙变化研究工作以来,先后代表黄委会黄河上中游管理局并三次作为项目总负责人或项目第一完成人单位,率领黄委会天水、绥德水土保持科学试验站,主持并承担了“八五”国家重点科技攻关项目——“多沙粗沙区水沙变化原因分析及发展趋势预测”(85-926-03-01)、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效益分析”以及“泾河、北洛河、渭河流域水土保持措施减水减沙作用分析”、黄河流域第一期水土保持科研基金第四攻关课题子题——“泾河流域水利水土保持减水减沙效益及水沙变化趋势预测研究”、黄委会黄河上中游管理局“八五”重点课题——“黄河中游河口镇至龙门区间水土保持措施减洪减沙效益研究”等重大科研项目的研究任务。以上项目先后荣获陕西省科技进步二等奖、水利部科技进步三等奖、黄委会科技进步一等奖、二等奖、黄委会黄河水利科学研究院科技进步一等奖及黄委会黄河上中游管理局科技进步一等奖;出版及合作出版专著3部;在国家CN级核心学术期刊及国际学术刊物上公开发表论文70余篇;参加国际、国内大型学术交流会25次,入选论文20余篇。其研究成果在黄河中游水沙变化研究和黄河中游水土保持生态工程建设规划中发挥了重要作用,具有很大影响。(ope体育官网app站科研中心供稿)

(责任编辑:张竿)  
 
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