摘要：河道是流域系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，而且河道泥沙災(zāi)害所造成的損失往往是巨大的。因此，在進行水土保持治理時，就必須考慮河道系統(tǒng)的反饋效應(yīng)，適應(yīng)河流系統(tǒng)動平衡及可持續(xù)發(fā)展的要求，使水土保持治理建立在整體流域環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)演化的科學(xué)基礎(chǔ)之上。由此，提出了建議開展水土保持治理對河道系統(tǒng)影響的若干基礎(chǔ)理論問題。

關(guān)鍵詞：水土保持治理；河道系統(tǒng)；基礎(chǔ)理論

江河流域多是開放的復(fù)雜環(huán)境巨系統(tǒng)。從地貌學(xué)的角度而言，該系統(tǒng)是由以坡面為主的能力聚集區(qū)子系統(tǒng)和以河道為主的能量及物質(zhì)輸移通道子系統(tǒng)構(gòu)成的。水土保持治理不僅會對坡面生態(tài)環(huán)境變化產(chǎn)生影響，而且對下游河道的演變也會有很大作用，就是說，在流域環(huán)境系統(tǒng)下，水土保持的效應(yīng)具有級聯(lián)性。然而，關(guān)于后一效應(yīng)問題的研究目前并未引起人們的足夠重視。

隨著社會經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及山地的大規(guī)模開發(fā)，水土保持在解決江河水患和山區(qū)自然災(zāi)害中所具有的作用愈加被人們所認識。不過應(yīng)當(dāng)看到，水土保持是人類加諸自然環(huán)境的一種外界干預(yù)，對其必然有正負兩方面的效應(yīng)。如果這種干預(yù)適應(yīng)自然環(huán)境的演化規(guī)律，就會促進自然環(huán)境的改善，增加其承載能力；反之，就難以達到治理的目的，可能會以系統(tǒng)性的或大局的損失換取局部或部分的利益，例如，若水土保持治理方案不合理，將對河流系統(tǒng)的水沙組合關(guān)系及其輸移規(guī)律產(chǎn)生大的干擾或破壞，很可能在得到流域局部地區(qū)的經(jīng)濟效益的同時而造成下游河道泥沙災(zāi)害進一步加劇的局面。

目前，國內(nèi)外對流域治理的方法和模式都有不少研究成果，例如，我國80年代提出的以小流域為單元綜合治理的模式，就是我國在流域治理應(yīng)用基礎(chǔ)理論方面作出的一項重大貢獻。但是，就研究現(xiàn)狀看，這些研究多局限于流域水土流失治理的土壤侵蝕學(xué)科范疇，忽視了從流域整體系統(tǒng)出發(fā)，研究河流對流域治理的反饋響應(yīng)；片面強調(diào)了水保措施在流域治理中的減沙效益，而忽視了流域治理對河流水動力學(xué)特性及水文學(xué)特性、輸沙規(guī)律的影響；更多地研究水保治理對流域大時域平均意義上的產(chǎn)水產(chǎn)沙的影響，而對洪水要素影響的研究有嫌不足；只從總量上研究水土保持的減水減沙效益，忽視了因措施配置方案不宜，而可能造成的不利水沙關(guān)系，使河道淤積加劇等問題。這些均屬水土保持建設(shè)中存在的重大基礎(chǔ)理論問題，是泥沙災(zāi)害防治中理論性與實踐性很強的重要科學(xué)命題，直接涉及到制定江河治理方略及總體規(guī)劃的科學(xué)決策。當(dāng)前，國家對江河流域治理、生態(tài)環(huán)境保護極為重視，大大加強了投資力度。此時對有關(guān)水土保持治理效應(yīng)研究的現(xiàn)狀進行分析并提出加強研究水土保持治理對河道系統(tǒng)影響的幾個重要基礎(chǔ)理論問題是十分有意義的。

1 流域治理對河流能量輸入的影響

在一定的邊界條件下，河流能量對河床演變趨勢起著制約作用。例如，若動能減小，輸沙能力降低，就不利于泥沙的輸移，河床將向淤積抬高方向發(fā)展，引起泥沙淤積災(zāi)害加重。反之，若動能增加，就有利于河流輸沙，河床淤積減輕。因此，分析不同治理措施配置體系下河流能量流的變化，是認識水土保持治理后河道沖淤演變趨勢和原因的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。

河流能量包括水動力因子形成的動能和河流地理因子形成的勢能，以及化學(xué)、生物等環(huán)境因子形成的化學(xué)生物能。相對而言，水流動能是河流演變的主要動力來源。

2 流域治理對河流水動力學(xué)特性的影響

在分析河流能量變化的基礎(chǔ)上，進一步研究不同水土保持措施配置體系對河流水動力學(xué)特性的影響。分析內(nèi)容主要包括河流縱比降、床面糙率、斷面形態(tài)和流速等。同時，進一步分析輸沙水力因子的變化，包括輸沙率、懸移質(zhì)泥沙組成等等。在分析過程中，通過對河流有關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計，將水力、輸沙因子的變化同流域治理體系的表征值聯(lián)系起來，了解治理措施的影響作用。

研究的關(guān)鍵技術(shù)問題是水土保持措施不同配置體系對河流水動力學(xué)特性影響的關(guān)聯(lián)性數(shù)學(xué)模擬或反映。對于河流能量而言，其大小與流域降雨等因子具有直接的關(guān)聯(lián)性，即屬于第一嵌套關(guān)系(或顯函關(guān)系)，水動力學(xué)特性與流域面上的各類因子，尤其是與流域治理因素的關(guān)系屬第二嵌套關(guān)系，或隱函關(guān)系，其關(guān)聯(lián)性較為復(fù)雜，具有一定的模糊性。

3 水土保持治理對河流水文學(xué)特性的影響

主要是對洪水特性的影響。目前，不少專家認為水土保持治理對一般洪水有明顯的影響，可使洪水過程趨于坦化，洪峰流量減小，歷時加長。但對大洪水尤其對特大洪水是否有影響，有何影響及影響多大等需要研究，這不僅對認識下游河道的演變趨勢是必要的，而且對制定下游的防洪宏觀決策和規(guī)劃也有十分重要意義。

4 水土保持治理對河道演變的影響

關(guān)于水土保持治理對河道的沖淤演變影響有很多問題需要研究，主要有：流域產(chǎn)水產(chǎn)沙與河道沖淤演變的關(guān)系、流域治理后河床沖淤變化、橫斷面形態(tài)調(diào)整、縱剖面調(diào)整等等，及其與流域治理的關(guān)系。

在大的流域自然地理系統(tǒng)中，一定的自然地理背景決定著特定的河流演變規(guī)律，這種演變規(guī)律實質(zhì)上是河流為適應(yīng)集水區(qū)內(nèi)各種地理環(huán)境因子繁紛復(fù)雜演化過程的一種由無序到有序的自組織功能的體現(xiàn)，就是說，河流的性質(zhì)和演變過程集中反映了流域控制變量的影響，這些變量共同決定著河流的水文泥沙特征、河道形態(tài)特征和演變趨勢。

尤其對于黃河這類含沙量大的河流，其下游河道特征及其演變規(guī)律是在具有中游水土流失極為嚴重的黃土高原地理背景下經(jīng)漫長時期形成的，一旦開展大規(guī)模的水土保持治理，不僅直接改變了土壤侵蝕的環(huán)境演化過程，還必然使徑流量及其過程受到調(diào)蓄或干擾。而正如上述，在流域環(huán)境系統(tǒng)行為中存在著集水與產(chǎn)沙、供水與河道演變的平衡閾，當(dāng)水土保持治理達到一定規(guī)模后，流域環(huán)境系統(tǒng)的行為將逾越這種閾，各項控制因子演變過程將處于一種突變性的振蕩態(tài)勢，不過，這種演變過程卻又總是力求達到另一種新的平衡，建立相應(yīng)的閾。各級支流是直接受到感應(yīng)的第一層次。因此，分析水土保持治理對河道演變影響的科學(xué)關(guān)鍵點是搞清水保措施與產(chǎn)沙、產(chǎn)水產(chǎn)沙與河道演變的平衡閾關(guān)系，并以支流作為基本層次，研究下游河道演變對水土保持治理的反饋響應(yīng)。

5 水土保持治理方案的河流效應(yīng)約束參數(shù)的研究

從流域環(huán)境系統(tǒng)的觀點，水土保持治理的主要目標(biāo)應(yīng)獲得三方面的效益，即防治土壤侵蝕效益、農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效益及減少河道泥沙淤積災(zāi)害效益(或作用)，而這三方面的效應(yīng)具有相互聯(lián)系、相互平衡的關(guān)系，這種關(guān)系受約于流域系統(tǒng)整體穩(wěn)定運行的要求。事實上只有此，才可能實現(xiàn)整體流域社會、經(jīng)濟等方面的可持續(xù)發(fā)展。關(guān)于水土保持治理減少土壤侵蝕效益及農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效益的約束參數(shù)已有不少研究，但如何選擇減少河道泥沙淤積效益或水土保持治理的河流效應(yīng)的約束參數(shù)需開展研究，同時，關(guān)于河流效應(yīng)同其它效應(yīng)間的關(guān)系以及在考慮河流效應(yīng)約束條件下水土保持措施配置體系的比選原理及依據(jù)也是應(yīng)開展研究的重要的基礎(chǔ)理論問題。

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