模型黄土高原相关规划设计论证

 

 

十五期间,为适应治河新理念和水土保持生态建设的新形势,黄河上中游管理局按照三条黄河建设的要求,进一步加强了水土保持原型观测工作,开展了原型观测体系的调研和论证,完成了典型小流域原型观测实施方案和初步设计,恢复了三站径流泥沙测站、各类径流小区和雨量站,建立了较完善的典型小流域原型观测体系,开展了观测工作并已取得部分成果,为水保科研和模型黄土高原建设提供了基础支撑。

2003年底开始,黄河上中游管理局开展了模型黄土高原建设的前期工作和部分项目的实施。2004年积极扎实地开展了模型黄土高原实体模型建设工作,编制了《模型黄土高原实体模型建设方案》,初步建立了甘肃南小河沟湫沟流域实体模型。目前,已完成了一个标准小区野外固定式人工模拟降雨系统的研制与安装,16个径流小区和小流域试验点的布设,以及试验区通信、交通、水电等基础设施的改建,开展了相关技术研究工作。2004年底黄委在西安召开了模型黄土高原研讨会,就模型黄土高原建设的思路、技术路线等征询了有关专家的意见和建议。

 

200546日,黄委召开模型黄土高原汇报会,就模型黄土高原建设的问题进行了深入的讨论,提出了一些意见和建议。根据这些意见和建议,对模型黄土高原建设的目标、任务等进行了补充修改。

2002525日我局研究模型黄土高原建设工作

2004819日局领导考察西峰南小河沟模型建设地点

2005425日时任黄河水利委员会主任的李国英同志考察西峰南小河沟模型黄河建设

2005425日李国英考察西峰南小河沟模型黄河建设

结合模型黄土高原 论证和建设,在个人网站(1999年制作:yellowriver.org)编发了一些关于模型建设的文章,探索物理模型建设、设备选型等技术问题。

个人网站上的相关文章

 

 

一、模型黄土高原建设的目标与任务

(一)模型黄土高原的涵义

模型黄土高原是为研究黄土高原水土流失规律、水土保持治理模式和治理效益,借助实体模拟理论和技术、测控技术和信息技术而构建的高科技试验研究模型体系。

模型黄土高原通过野外原型小流域观测,野外实体小流域模型和室内比尺模型,全面、系统地反映黄土高原各自然因素及其相互间的关系,检验各种治理措施的水土保持效果,为数字黄土高原工程建设提供物理参数,为各项水土保持建设和运行提供强有力的技术支撑,为黄土高原治理开发的重大决策提供科学依据。

(二)模型黄土高原建设的目标

根据《模型黄河工程规划》,模型黄土高原建设总的目标是:在黄土高原地区选择不同类型区,构建野外和室内物理模型,开发数学模型;探索水土流失规律;提出水土保持治理模式,研究水土保持效益。同时使模型成为治黄减沙的科研基地,成为国家研究土壤侵蚀与水土保持的开放性实验室和国家级的水土保持高科技示范园。

(三)模型黄土高原建设内容

 根据模型黄土高原建设的总体目标,模型黄土高原建设主要由野外试验模型和室内模型组成。具体包括三方面建设内容:野外原型小流域观测(简称原型观测)、野外实体小流域模型(简称实体模型)、室内比尺模型(简称比尺模型)。

1、原型观测

原型观测是在黄土高原不同类型区选择有代表性的小流域,布设水文、气象和水土保持观测设施,采集天然降雨条件下的水土流失和水土保持相关数据而建立的野外物理模型。概括的说,原型观测就是天然降雨+天然下垫面。

2、实体模型

实体模型是在黄土高原不同类型区选择有代表性的小流域,布设水文、水土保持观测设施,采用人工降雨试验手段,采集水土流失和水土保持相关数据而建立的野外物理模型。从研究水土流失规律方面,实体模型是揭示水土流失机理的不可缺少的组成部分;从黄土高原有效降雨较少方面,实体模型是原型观测的补充。该模型的面积拟选择0.1-1km2左右。概括的说,实体模型就是人工降雨+天然下垫面。

3、比尺模型

比尺模型就是室内(实验室)物理模型,也就是将野外某一典型小流域或区域,按照一定比例缩小,建成物理模型放到实验室。其特点是人工模拟降雨(人工模拟降雨系统)再加上人工模拟的地形地貌(人工地形模型)。概括的说,比尺模型就是人工降雨+人工下垫面。

原型观测、实体模型和比尺模型构成模型黄土高原的有机整体,三者功能不同,相互联系,相互印证,相互补充。

(四)模型黄土高原建设的技术路线

黄土高原面积广大,千沟万壑,包括13个水土流失类型区,水土流失类型复杂多样,涉及多种气候和植被类型,经济社会条件各地差异巨大。错综复杂的自然条件很难准确、全面地模拟。不可能将其作为一个整体建立模型,进行研究。为了探索黄土高原的水土流失规律,研究水土保持治理模式和效益,首先必须在不同类型区选择典型,建立模型,研究水土流失和水土保持的机理,然后通过扩大试验区,采集相关数据,将模型外延,进而建立黄土高原模型群(体系)。

通过建立野外不同空间尺度的天然降雨原型小流域观测、建立野外人工降雨实体小流域模型和室内人工降雨比尺模型,结合遥感技术和地理信息系统,采用实体模拟理论和技术、测控技术和信息技术,把水土流失和水土保持重大的理论与技术问题体现在相关物理模型上,通过对物理模型的试验(复演、模拟、试验)与观测,研究解决这些问题的理论和方法。

由于小流域土壤侵蚀机理和过程十分复杂,为了保证模型建设和试验研究的顺利实施,实体模型建设的思路是:先简单,后复杂,从小到大,循序渐进,逐步实施。先建立小区单因子试验区,再建立全坡面试验区,然后建立微集水区(微流域)多因子试验区,最后建立实体小流域多因子、非线性试验区。

模型黄土高原建设是一项前无古人的事业,工作难度大,挑战性强,为能使项目建设顺利进行,达到预期目的,采取边建设,边试验,实施三步走的战略:

1)探索试验阶段

搞好模型黄土高原建设论证和规划设计工作,确定合理的试验研究技术路线,促使早日立项。

2)全面实施阶段

根据项目试验研究设计,全面开展实体模型的高标准建设,使湫沟试验区满足进行水土流失规律、水土保持治理模式、水土保持效益试验研究的所有条件。

3)正常的试验阶段和推广阶段

全面开展水土流失规律及效益试验研究,并在黄土高原地区进行土壤侵蚀模型的验证及参数修正,并在其他类型区进行推广。

 

      其后,继续开展了模型黄土高原工程可行性研究和黄土高原水土流失数学模型研发工作,对数学模型一期工作进行了总结,进一步加强了小流域原型观测工作。