水文工作創(chuàng)新百題_陳滿祥水文水資源

水文工作創(chuàng)新百題

一、第一類水文測驗工作方面

1.浮標(biāo)系數(shù)的研究成果

20世紀(jì)50年代水文站的流量測驗除小水外基本上是用浮標(biāo)法，采用的浮標(biāo)系數(shù)，不論大小河流一律用老“八五”（0.85）系數(shù)。1956年后，開始執(zhí)行水文測驗規(guī)范，覺得一律用0.85系數(shù)有問題，首先在整編定線中發(fā)現(xiàn)了問題的存在：即大部分站低水流速儀流量點子和中高水浮標(biāo)點子不銜接，因此認(rèn)為是采用浮標(biāo)系數(shù)不當(dāng)造成。于是就在站上廣泛開展了流速儀和浮標(biāo)法測流的對比試驗。首先要解決過河設(shè)備的問題，各站普遍建設(shè)吊箱，有的搞纜道，這樣就解決了中、高水流速儀測流問題。我們在許多站都開展了對比試驗，積累了大量的對比資料。在此基礎(chǔ)上作者進(jìn)行了全面分析，寫出了《內(nèi)陸河中小河流浮標(biāo)系數(shù)的分析》文章，提出了適合我省河流的浮標(biāo)系數(shù)計算公式：

K₁＝C/（C+8）　　（1）

K₂=

其中（1）式為各站廣泛采用，大大提高了流量測驗精度。比如中小河流現(xiàn)在采用的系數(shù)大部分為0.74～0.78，顯然較原用0.85系數(shù)減少10﹪以上。

2.創(chuàng)建第一個簡易纜道

1955年，我在鶯落峽水文站創(chuàng)建了第一個簡易水文纜道，是用當(dāng)?shù)罔F匠打造的鐵鉸關(guān)，很粗糙，但初步解決了中水流速儀測流問題，提高了測驗精度，也為研究解決浮標(biāo)系數(shù)創(chuàng)造了條件。

3.提出關(guān)于變動固定垂線測流的方法

在水文測驗規(guī)范中規(guī)定流速儀采用固定垂線法，即斷面上按河寬布設(shè)一定數(shù)量的垂線，保持長期不變。后來我們發(fā)現(xiàn)，在大卵石河床上，測深誤差很大，有的垂線恰好對準(zhǔn)大石塊，有的則測到石縫間，所以固定垂線有它的缺陷。我在具有大卵石河床的站上提出了變換垂線的測流方法，即若固定垂線為距離的一、三、五、七、九數(shù)，則變動后可按二、四、六、八、十來布線。兩種方法交替測流。雖然流量點子可能亂些，但通過點群中間定水位流量關(guān)系線，其精度定能反映真實情況。因此可以提高測流精度。我們在雙城站做了這樣的對比試驗，在水位基本不變的情況下，我們四個人，各測一份流量，按不同垂線布線，結(jié)果，四份流量最大誤差達(dá)10%，可見提高單次流量測驗精度的重要性。

4.垂線流速分布的研究

作者在《碧口水文站垂線流速測驗精度分析》中采用過兩種垂線流速分布形式，即對數(shù)型公式和拋物線形公式，如下：

　對數(shù)型：Vx＝a＋bLg（H-Hx）

式中Vx－為垂線上任一點的流速，H－垂線水深，Hx－為相應(yīng)于Vx的測點水深。

　拋物線公式：y²＝2PX，

對于垂線流速分布曲線，假定Vmax處為坐標(biāo)原點，分別取橫、縱坐標(biāo)，曲線上任意一點a的橫坐標(biāo)為Vm-V,縱坐標(biāo)為H-Hm,代入上式，則移項后，得垂線流速公式為：

　　V=Vm－1/2P(H-Hm)²，即為標(biāo)準(zhǔn)公式。

通過對碧口站實測資料的分析，得出該站的垂線流速公式為：

　V總=1.0＋0.33lg（1.0－Hx）

　V中=1.0＋0.327lg（1.0－Hx）

　V岸=1.0－1/1.274(H-0.2)²

可見該站斷面流速公式基本上適用于對數(shù)公式，只兩岸部分,其流速分布為拋物線形。

此外，對許多中小河流也進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)其垂線流速分布并非上述兩型，而是表面流速大于0.2水深流速，其分布曲線為S型，特別是大卵石河床，比降較大的河流更為突出，這就形成了水面流速系數(shù)更小的特點，也符合浮標(biāo)系數(shù)為什么特小的緣故。這一發(fā)現(xiàn)，對指導(dǎo)測驗工作有重要意義。

5.糙率的研究成果

作者在1959年《對于內(nèi)陸河流域中小河流浮標(biāo)系數(shù)的分析》一文中，提出過河流糙率計算公式：

n=H^γI^λ=KI^λ

并據(jù)大量資料綜合得經(jīng)驗公式為：

n＝0.223I^1/3

根據(jù)以后大量洪調(diào)工作應(yīng)用，此公式對于中小河流卵石河床是適用的。

在曼寧公式中，糙率與水力半徑（平均水深）和比降有關(guān)，此公式為什么去掉了水深一項，因為前提是中小河流，因其平均水深一般均小于2.0m，因此影響較小，為了方便應(yīng)用故而簡化。

1979年進(jìn)行了全省性的系統(tǒng)分析，提出的糙率公式為：

n₁＝0.134I^0.29　　適應(yīng)于黃土高原混水河流

n₂＝0.225I^0.34　　適應(yīng)于卵石河床清水河流

此兩公式經(jīng)大量的洪調(diào)工作檢驗，是合理的，也方便應(yīng)用。這里值得指出的是我們發(fā)現(xiàn)了兩種河流的差別性，特別是黃土高原多泥沙河流，其糙率的特殊性。分析其原因，河床多由泥、沙、小卵石組成，且河底平整，有稀泥漫光墻的特點，所以其糙度小，自然糙率就小了。因而這些河流的流速較快，這也是造成洪水匯流時間短、陡峰的原因之一吧。

6.泥沙脈動試驗

1957年我們在李家村水文站進(jìn)行泥沙脈動對取沙精度影響的研究，先后在相對水深0.2、0.6、0.8處完成6個測點的連續(xù)取樣，工作量是很大的，分析結(jié)果：相對水深0.6一點法取樣，只要重復(fù)兩次（單沙水樣為混合水樣）其誤差可控制在±5%以內(nèi)，達(dá)到規(guī)范要求；0.2、0.8水深處單沙取樣，則要重復(fù)三次，否則其最大相對偶誤差達(dá)＋15.9%～8.0%。當(dāng)前泥沙采樣方法（橫式采樣器）單次采樣其誤差是很大的，一般在7%～8%以上，超規(guī)范要求精度出現(xiàn)的機(jī)率達(dá)40%～50%，因此建議測站單沙取樣一般應(yīng)采用二線一點混合或一線二點混合，以提高測驗精度，目前許多站采取岸邊一點法，更是不允許的。

7.河道沖淤變化規(guī)律及整編定線方法

經(jīng)多年研究，河道沖淤（主要是多沙河流）類型大體可歸納為三種類型，即：①漲峰過程和沖刷過程對應(yīng)型，②沖深滯后型，③峰后淤積型，這也不能概全。沖刷過程隨峰型變化，往往是錯綜復(fù)雜的。水位～流量關(guān)系定線也要根據(jù)具體情況來決定，由于沖淤變化復(fù)雜，沖淤型繩套曲線也是多變的，我歸納主要有8類型，請參閱《對河流斷面沖淤變化規(guī)律及其整編定線方法的再認(rèn)識》。

8.河道沖深的規(guī)律

經(jīng)過資料分析，認(rèn)為刷深和漲差成正比，同水位級峰后較峰前刷深加大。建立了以下漲差與刷深關(guān)系

D=1/2Hm

D—主槽段平均刷深（m），Hm－平均漲差（m）

本公式反映了大洪水沖淤的一般規(guī)律，主要反映了多沙河流的情況，對于具有緩彎道復(fù)式河床的主流部分，具有普遍性的意義。這一公式近似地認(rèn)為是沖刷的上限。

9.水流平面圖

水流平面圖是指測流斷面上下游測驗河段范圍內(nèi)河道水流流向的態(tài)勢，用平面圖來表示，它是比較準(zhǔn)確地確定流量測驗斷面走向的依據(jù)，避免了一般目測定線的不確定性，特別是對大河流。50年代，我們在李家村水文站用兩種方法，進(jìn)行了水流平面圖的測量作業(yè)，一種方法是用小平板儀施測，主要是用斷面法。第二種方法是用經(jīng)緯儀施測，所謂單點法（追蹤浮標(biāo)法）作業(yè)。顯然前一種方法的圖面上較簡單，后一種方法則精度較好。

用水流平面圖測量的結(jié)果，校正了李家村站測流斷面走向，并予以改正。因為李家村斷面是復(fù)式河槽，不同水位級的流向也有差異，原來憑經(jīng)驗定的斷面不能準(zhǔn)確的反映實際情況。這次測量成果是全省的第一次，也應(yīng)屬于是開創(chuàng)性的。

10.冰川河流的測驗

為了研究夏季冰川融水量的變化，則需實測冰川河流的水量。在冰舌下端，有融水小河，但其水流流行于冰磧堆積物，大石橫亙的陡坡上，所以難于有所謂的好斷面進(jìn)行儀器測流。在這種情況下，我們采用了兩種辦法，達(dá)到了測流看水位的目的，而且所得水位流量關(guān)系還非常好，是一條光滑的拋物線。

第一個方法，人工清理修出一條測流斷面，當(dāng)然也只能有幾米長，然后栽水尺，裝起點斷面索，即可看水位測流了。這種方法是好的，但費工大，而且水大了，往往被沖毀。

第二種方法，選所謂的臨界斷面。在冰川小河上，由于河道縱坡極大，不可能有較長的平整河段，一般都是跌水加深潭。一段很陡的跌水下面，定有一個深潭，類似一個小小的湖泊，而“湖泊”的出水口處，恰恰就有一段很短的溢水道，其長度一般1～2米，水流比較平穩(wěn)，類似堰流的進(jìn)口段，此處也正是臨界水深所在。利用此處測流，是比較理想的，也可獲得較好的水位流量關(guān)系。

我們在1958年祁連山冰川考察中，6個分隊的水文人員就是用這種辦法測流的，取得了短暫，但確是大量的冰川融水資料，為冰川融水補(bǔ)給河流的研究做出了貢獻(xiàn)。

11.水平儀的安平問題

不少同事對水平儀（水準(zhǔn)儀）的擺平問題很惱火，每次測量，總是在擺儀器上費了很長時間。我經(jīng)過多年的體驗覺得按以下辦法做，效果就好的多了。辦法是：①前提，儀器事先要進(jìn)行校正，即檢驗水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸（望遠(yuǎn)鏡軸線）是否平行。這是儀器校正的核心內(nèi)容，事先應(yīng)進(jìn)行校正，并保證儀器經(jīng)常處于良好狀態(tài)。②擺儀器時，第一步對中圓水準(zhǔn)器，再看長水準(zhǔn)管，只要氣泡在窗孔范圍內(nèi)，即可使用。③使用時，只需用俯仰螺栓調(diào)整氣泡居中，即可測量。這樣的精度是有保證的。如果費了好大勁擺儀器時，將長水準(zhǔn)器調(diào)平，但在測量時認(rèn)為儀器是可靠的，而不動微調(diào)，往往會產(chǎn)生事實上氣泡已經(jīng)偏離的情況而不察，這樣測的精度定會有所下降。

12.冰期測流問題

歷年來，冰期流量測驗問題很多，原因是中小河流冰期河段結(jié)冰，往往產(chǎn)生壅水，壅冰，層冰層水，連底凍，全封凍，冰下分流等多種情況，流量無法施測。即使測了一些流量，其精度也難以評定。因此冰期流量整編就成了問題。在這種情況下，我倡導(dǎo)冬季打冰測流的辦法，是根據(jù)鶯落峽的工作經(jīng)驗提出來的。

其方法是在河流岸冰發(fā)展開始時，就著手打冰，每天看水位時，將岸冰打去。這樣就保證了河道斷面冬季暢流。河段雖仍有壅水情況，但能定出冰期水位流量關(guān)系曲線，大大提高了精度。

13.竹竿輔測冰期流量的辦法

有一年洮河冬季冰情特別嚴(yán)重，李家村水文站河道斷面全部封凍，這是往年少有的。在此情況下與下游紅旗站所測流量相差太大，李家村比紅旗大了1倍多。我去了李家村了解情況，原來是封凍期流量測驗方法不對。于是在現(xiàn)場施測流量，發(fā)現(xiàn)問題出在確定流水水深上，見圖，圖中表示：

H—水深，D—冰厚，A—水浸冰厚，B—冰花厚，C—靜水區(qū)，h—流水深，

h的計算公式為：　h=H-A-B-C

其中D、A、B均用L形（道布蘭斯基）量冰尺量得，C的情況往往忽略未測，因而流量偏大，如何確定C是很困難的。后來我們發(fā)現(xiàn)活水區(qū)（流水區(qū)）有擊打測桿的微小聲音，為了聽的清晰，找來了竹竿探測。因竹竿是空心的，所以冰花（流冰珠）擊打聲很大，只要能聽到擊打聲，即知流水層的上界，測出了C，這樣h就算得。冰層下流水屬管狀流，與暢流期垂線流速分布不同，我們采用相對水深0.2、0.5、0.8三點法測速，斷面上多孔測流，計算得流量與紅旗站基本對應(yīng)。

14.渠道測流的注意事項

河西渠道斷面有兩種類型，一為矩形，一為梯形且其邊坡較緩。水文站的測流斷面也有許多是渠道。渠道測流看起來簡單，實則問題也不少。比如矩形斷面測流，有的站只布三條垂線，而且是一點法，所謂三點三線，此測法誤差很大。第一，三線無法控制斷面流速分布；第二，因渠邊擾流大，一點法也不能代表垂線平均流速。因此建議的測法：布線必須4～5條，兩邊線距岸邊不能太遠(yuǎn)；垂線測點最好三點不能少于2點。

梯形斷面不能只布中線及兩底角三線，應(yīng)當(dāng)是四線：即兩底角二線，中間再布兩線。此外邊坡也需布兩線，否則對精度影響很大。

總之，渠道測量一定要用精測法，因測次少，定線不需要太多點據(jù)。

15.冰厚與氣溫關(guān)系

冰凌觀測全省在20世紀(jì)50年代后期普遍開展，各站河流冰情不一，觀測項目也不統(tǒng)一。由于河流冬季封凍情況不一致，有系統(tǒng)冰厚觀測站也較少，取得有效的或有用的資料更少，有的資料在冰孔處往往有冰上流水，累計結(jié)冰的情況，無法使用。在1960年我在對河西冰情變化研究時，只取得了兩份冰厚資料，并推導(dǎo)了冰厚與累積負(fù)氣溫的關(guān)系，公式如下：

　　鶯落峽水文站：H=9.0(∑-t)^0.36

　　冰溝水文站：H=1.67(∑-t)^0.62

這是我省僅有的資料和這方面的成果，可供參考應(yīng)用。

16.流冰珠的規(guī)律和成因

作者對甘肅許多河流冬季流冰的觀察，認(rèn)定冰珠是冬季北方河流流冰花的一種類型，它的成因是在過冷卻的河流中，河底冰（水內(nèi)冰）上浮漂流于水中，形成冰團(tuán)，遇急流石灘冰團(tuán)破碎成眾多冰屑，成為凝結(jié)核，隨流程冰粒逐漸增大，相互摩擦而成圓扁形冰豆。能形成流冰珠的河流，可歸納為以下條件：①中等河流，冰期具有一定的流量；②小河流不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生流冰花的現(xiàn)象，更無流冰珠可言；③大河流不產(chǎn)生流冰珠現(xiàn)象，原因是水深大，急灘少。黃河在上游水庫未修之前，也有流冰珠，但冰珠來自洮河等支流。④流珠只發(fā)生于冬季流冰期，春季流冰期沒有。

17.自記水位計的建設(shè)和推行

水位觀測的自記化，是水文現(xiàn)代化的必由之路，它是提高水位觀測精度的不二法門。60年代以后，全省大力推行自記化，先后建起自記水位計臺近50處，有條件的站基本實現(xiàn)了自記化。

我個人親自設(shè)計和雜木寺站的同志一同動手，完成了該站自記水位計臺的建設(shè)，至今已運(yùn)用40余年，（以后測站同志對自記臺又有所改進(jìn)）。雜木寺站水位日變化極大，春、夏季融冰期每日一峰，而且均出現(xiàn)在夜間，所以水位觀測十分辛苦，有了自記水位計，站上同志很是歡迎，所以能保存至今。目前全省自記水位臺由于種種原因，已保留的很少了，十分可惜。

18.河流推移質(zhì)問題

河流推移質(zhì)泥沙的計算是水庫淤積設(shè)計的重要資料，國內(nèi)以往也做過這方面的不少工作，出過推移質(zhì)測驗規(guī)范，但真正取得實效的不多。我省在這方面也做過努力，比如在冰溝水文站開展過測驗，我為此設(shè)計了網(wǎng)式采樣器，并推導(dǎo)過其取樣效率（見前文）但取得能用的實測資料不多。我在臨洮工作期間，對東峪溝河道進(jìn)行了沿河踏勘，發(fā)現(xiàn)了河流推移質(zhì)可以用調(diào)查測量的方法解決。

一條河道都是彎彎曲曲的，一個彎道接一個順直段，又是一個彎道。在彎道處河流的凹岸是刷深水槽，而凸岸則為淤積河灘。河灘處往往沉積許多大石、泥團(tuán)以及大小卵石，形成一個石頭灘。我立刻意識到這個石頭灘的堆積物，就是河流的推移質(zhì)。研究石頭灘體積的變化（年變化，一場大洪水后的變化），即可推算其推移質(zhì)數(shù)量。這不失為一種研究河流推移質(zhì)的方法。

19.平衡河道

另外我們也可以了解到在兩個彎道之間的順直河段，是一條所謂的平衡河段，即物質(zhì)平衡河段，它對泥沙或推移質(zhì)只是一個輸送通道，而很少截留。因而水文站斷面多選在此種河段上，往往具有不沖不淤的特征，特別是卵石河床斷面具有這種特性。水文站許多斷面也具有這種特性，水位流量關(guān)系的單值化，就是其特征。如下巴溝、岷縣龍王臺、正義峽、扎馬什克以及白龍江上的許多站。這種具有水位流量關(guān)系單值化的河段（水文站）是我們首先實現(xiàn)無人值守的水文現(xiàn)代化的最佳條件。

20.水面蒸發(fā)量的冰期觀察

對于E601型蒸發(fā)器，冬季往往因結(jié)冰而無法觀測，大部分站都停測，只有隴南部分站可以連續(xù)觀測。冬季停測期一般為11月至翌年3月共5個月。這部分缺測資料如何解決，我們省提出了一套辦法，即①用小型蒸發(fā)器（E20）代替觀測，觀測期從10月開始至第二年4月終止。②利用10月、4月兩種儀器的重復(fù)資料推算折算系數(shù)，用10月的折算系數(shù)，改算11、12月小型蒸發(fā)資料，補(bǔ)齊E601兩個月的資料；用4月份折算系數(shù)改算1～3月小型資料為E601的資料，這樣就將E601蒸發(fā)量補(bǔ)為全年資料，以便全年的統(tǒng)計刊布，也大大便于應(yīng)用。

我們這套辦法從60年代開始，直到現(xiàn)在一直沿用，為提高蒸發(fā)資料質(zhì)量起到了重要作用。

二、第二類、水文勘測和調(diào)查方面

1.地形、地貌的勘測

水文科學(xué)是地學(xué)的一部分，因此研究水文必先了解水文現(xiàn)象賴以存在的水文地理、氣象等許多相關(guān)科學(xué)。第一要了解此研究區(qū)域的地形、地貌，而且要掌握這方面的第一手資料，現(xiàn)代的遙測遙感技術(shù)，為我們了解這方面的信息提供了極有利的條件。比如要掌握遙測地圖（衛(wèi)片）、谷歌地圖的解讀技術(shù)。然而親臨現(xiàn)場察勘是最基礎(chǔ)的基本功。所謂“讀萬卷書，不如行萬里路”。我在甘肅幾十年的水文工作中，跑遍了全省的山山水水，從最西邊敦煌的陽關(guān)，最東至正寧縣的子午嶺山林區(qū)；從北邊的黑河下游鼎新、民勤北部沙漠、到南部隴南石山林區(qū)；觀測到了最濕潤的南部暖溫帶山林景觀，也領(lǐng)略了最干旱的北部戈壁沙漠。我觀察過祁連山高山冰川，到達(dá)4500多米的冰川粒雪盆地，也踏過高原沼澤草地。這些對水文科學(xué)的研究，無疑打下了良好的基礎(chǔ)，要知道我所到的大部分地方，多數(shù)是靠兩條腿，所以印象深刻，加之我習(xí)于記錄，也加深了認(rèn)識自然和理解聯(lián)系的能力，為我的工作奠定了基礎(chǔ)。

2、觀景知水文

所謂景，放大了就是我們常用的術(shù)語“景觀”。景觀包括地形、植被等多種要素。景觀也可概稱為地貌，我們常把水文和它們聯(lián)系起來。植被類型的分布，最主要的體現(xiàn)，它是氣候帶的產(chǎn)物，也就是反映溫濕條件。而其核心水文要素是降水量，所以我們一看到植物或植物類型不同植物群落的分布，就知道此地降水量多少，相應(yīng)地也能判斷徑流的分布狀況。假如從蘭州出發(fā)直走到東南快出省界的碧口，沿途的各種地形、地貌盡現(xiàn)眼前。一個水文工作者也應(yīng)聯(lián)想到它沿途水文要素的變化，年降水量從300mm漸升至800mm，起起伏伏可說是水文現(xiàn)象的一個展覽館。

我們?nèi)テ钸B山區(qū)看看，從低到高又是一幅景觀變化圖，也更是一幅水文萬花筒的展現(xiàn)，比如2000m以下是干旱草原，只要看到芨芨草群落的分布，就可判斷其草原向干旱草原的過渡，年降水量在300～350mm左右。再向上出現(xiàn)像地毯式的優(yōu)美草原景觀時，即可想到這里年降水量已達(dá)到400mm。

我們把這些景觀對照衛(wèi)片去研判，即時感到有種豁然開朗，海闊天空的感覺，也就是把點的認(rèn)知立刻可以擴(kuò)大到面上，以至于認(rèn)知更大范圍的水文景觀。這也可認(rèn)為是“知一隅而三隅反”吧。

3.黃土高原的認(rèn)知

我們所見到的黃土高原，第一印象就是丘陵溝壑，光山禿岺。再從文獻(xiàn)上看到的是進(jìn)一步描述它的地貌形態(tài)。但怎樣更能認(rèn)知和理解它的深層含義呢，第一要熟知它的外表、景觀，這要靠“行”；對于我們水文工作者來說，更要研讀水文數(shù)字知其里，就是內(nèi)在的深層次的理解。我在下放正寧的兩年期間，不但跑遍了全縣的山山水水、溝溝岔岔；還利用開會等許多機(jī)會，去了寧縣、合水、慶陽、環(huán)縣、西峰等地，以后在查勘站網(wǎng)中又去了靈臺、華亭、涇川、平?jīng)龅瓤h市。認(rèn)知的是什么?第一，隴東是個大平原，一條條平行的塬，連起來就成了大平原，所謂“八百里秦川，頂不上一個董志塬邊”。第二，它又是一個大山區(qū)，人們在塬上瞭望是看不到山的。怎么說是山區(qū)？原來隴東的所謂“山”，要向下看，因此這個山我叫它“負(fù)山”。從總面積來說山地面積遠(yuǎn)超過其2/3。

聯(lián)系起水文，它又成為水文的獨特景觀。以降水量來說，年降水量等值線，僅有稀稀的幾條平直線，或概括地說僅有400mm和500mm兩條線，最南邊的600mm線也只搭了一個邊角，（不包括六盤山區(qū)，其面積比重也較?。?。再說年徑流深，其特點是數(shù)量較小，變幅小。從南到北為30～15mm，南邊有50mm線也只搭個邊。

當(dāng)然，東邊的子午嶺林區(qū)和西邊的六盤山石山林區(qū)，又是一番水文景觀。

站在六盤山頂，向東、向西望去，只見莽莽蒼蒼，無垠的黃土高原上，猶如大洋的波濤，一浪又一浪，浪高是有限的，其高度也是一致的。隴西的黃土高原，也是這樣，一條一條的梁，其頂部在一個高度上（除突出的華家?guī)X和馬銜山例外），只不過比隴東不那么平整。

要認(rèn)知黃土高原的水文特征，請詳細(xì)參閱我的其他文章。

4.對沙漠的認(rèn)識

提起沙漠，馬上會聯(lián)系到干旱，如果到不同地區(qū)的沙漠里走走看看，就會發(fā)現(xiàn)有的沙漠生長有許多灌叢植被，還有不少鹽堿濕地（草地）和小淖兒（海子），說明沙漠里還是有水的。

沙漠中的水有三個來源，第一是河水，比如大河下游兩邊沙漠地下水靠大河補(bǔ)給。塔里木盆地大沙漠里的許多地下水，靠周邊大河流的滲漏補(bǔ)給。周邊山區(qū)各流域年徑量總量達(dá)400億，而灌溉面積只有2044萬畝（1998年數(shù)字）。若農(nóng)田（包括人工林地）畝凈耗水按500方（折合降水量750mm）計，（這算夠大的了），也只耗水100億，其余300億水資源全部進(jìn)入塔里木沙漠。

第二個來源是降水。全年降水在50mm左右或以下地區(qū)補(bǔ)給的可能性就少了，年降水量150～300mm或以上的地區(qū)，補(bǔ)給沙漠地下水的數(shù)量是很可觀的，比如鄂爾多斯的東南部，西遼河上游沙區(qū)河流，年徑流系數(shù)可達(dá)0.25～0.35，是一般黃土高原的近十倍。很多例證可以說明沙漠在干旱地區(qū)是一個“保水器”甚至是一個“產(chǎn)水器”。近來我們看到云貴石漠地區(qū)干旱缺水的嚴(yán)重程度，與我們西北干旱沙漠地區(qū)，甚至黃土高原對比，實在是驚人。

第三個來源是沙漠凝結(jié)水。有關(guān)沙漠凝結(jié)水的概念及其產(chǎn)生機(jī)理、數(shù)量等，請參見我的文章。最近我看到雜志上登載一篇有關(guān)沙漠凝結(jié)水的文章，但他研究的是用地滲儀（lysimetr）測出的所謂“沙漠凝結(jié)水”，所測數(shù)量極小。80年代王世德研究內(nèi)蒙古凝結(jié)水的論文（也是根據(jù)實驗場資料），提供的數(shù)量各地區(qū)為8.6～16.6mm/年。顯然都不是我所定義的沙漠凝結(jié)水的概念。這樣小的沙漠凝結(jié)水，沙丘上的沙生灌叢怎能存活呢？我提供的沙漠凝結(jié)水?dāng)?shù)量應(yīng)在200mm/年左右。沙生植物（多為木本小灌木）都是一叢一叢的，或一株一株獨立生長的，株間保持一定距離，這樣的疏密度，是能起到防風(fēng)、固沙的作用的。否則風(fēng)大沙走，根系就會暴露而死亡?？梢赃@樣計算和判斷其疏密度。

設(shè)：植株疏密度為1/3,(樹冠總面積與地塊面積之比)

植株及株下沙土蒸散發(fā)量為500mm則：①植株年凈耗水量：

×667×E₀=222×500=111m³，(667m²為一畝面積)

②沙面受光照產(chǎn)生凝結(jié)水，設(shè)：凝結(jié)水量為Nmm

若蒸散發(fā)量按400mm計算，則凝結(jié)水?dāng)?shù)量為200mm。這些數(shù)字與我的估計是一致的。也說明1/3的疏密度是恰當(dāng)?shù)?，這一概念可以指導(dǎo)沙漠綠化。

5.對植被的觀測

我們常說“下墊面”這個詞，植被可說是下墊面內(nèi)涵的最主要的構(gòu)成。常用自然景觀來劃分氣候區(qū)，比如濕潤區(qū)對應(yīng)森林帶，半濕潤區(qū)對應(yīng)森林—草原的過渡帶，半干旱區(qū)—草原、干旱區(qū)—半荒漠、極干旱區(qū)—荒漠。

對于黃土高原地區(qū)上述劃分（據(jù)雒鳴岳總工程師）要降低半級，這樣體現(xiàn)了黃土高原的實際干旱面貌，如下：

對草原這個概念來說，一般理解為像地毯一樣的綠色草地，而且應(yīng)當(dāng)是大面積的原野，沒有裸土，且有不同深厚的草坡層（根系的腐殖層），這種草原的主體植物應(yīng)為禾本科屬。在野外考察時，常注意植被的蓋度，甚至大體知道一些物種，也可以和水文因子聯(lián)系起來，比如光山禿嶺，植被稀少，年降水量多在200mm以下；在一定高程的山地陰坡，有茂密的灌木林分布，則其年降水量接近500mm；

如果是石山區(qū)，這會有松林分布，在同樣高程的陽山，由于其蒸發(fā)量大，所以只有稀疏灌木及雜草。

在野外觀察中，要特別注意植物群落的更替，比如要了解各氣候帶的代表性的植被，這樣就能判斷降水量為200mm地區(qū)的植被情況、300mm的，甚至400mm的植物群落特征。如能和衛(wèi)片進(jìn)行對比，即可判斷其多種色調(diào)所代表的或反映的水文情勢。

6.水文站網(wǎng)的勘測

水文站網(wǎng)的勘測，不應(yīng)僅僅局限于查勘水文測驗河段，而應(yīng)兼顧勘測流域水文地理特征，注意記錄（包括攝影）沿河的地形山勢，比如劃分丘陵、平原、低山（相對高度200m以內(nèi)），中山（200～500m，）、高山（＞500m）；對于一些明顯的、簡單的地質(zhì)構(gòu)造如黃土層、紅層、砂頁巖、石灰?guī)r、花崗巖等。表層的地質(zhì)狀況是水文下墊面的最重要的要素之一。第二個需注意記錄的就是植被狀況，前面已述，不再重復(fù)。

掌握了水文的地理特征，目的是為下一步劃分水文分區(qū)積累資料。進(jìn)行水文分區(qū)是站網(wǎng)規(guī)劃的核心內(nèi)容，這些條件對我們進(jìn)行產(chǎn)匯流分析研究是十分重要的。

7.全省水文分區(qū)的劃分

進(jìn)行水文分區(qū)劃分依據(jù)的主要原則就是水平衡原則，影響地區(qū)水平衡三要素重大變動的主要因子，不外上述的地形、地貌、氣候等。所以水文工作者掌握上述內(nèi)容是最低的基本功，因為在以后的各種水文計算中，也離不開這些內(nèi)容。

甘肅省水文分區(qū)的劃分。我在1956年編制甘肅省水文站網(wǎng)規(guī)劃時，第一次進(jìn)行了全省的水文分區(qū)研究，全省共劃分為18個水文分區(qū)：（1）子午嶺黃土丘陵林區(qū)，（2）隴東北部黃土丘陵溝壑區(qū)，（3）隴東南部半濕潤塬區(qū)，（4）六盤山隴山石山林區(qū)，（5）隴西黃土丘陵溝壑區(qū)，（6）天水土石山林區(qū)，（7）隴南石山林區(qū)，（8）隴南西段和南段高山峽谷區(qū)，（9）甘南高原草原區(qū)，（10）洮河、大夏河下游黃土丘陵區(qū)，（11）馬銜山區(qū)，（12）祖厲河黃土丘陵半干旱區(qū)，（13）蘭州北部干旱半荒漠區(qū)，（14）祁連山東部半濕潤山區(qū)，（15）祁連山西部半干旱山區(qū)，（16）河西走廊區(qū)，（17）走廊北部荒漠區(qū)，（18）北山剝蝕荒原山區(qū)。

以上水文分區(qū)，不僅為水文站網(wǎng)布站需用，而且也為后來的洪水計算打下基礎(chǔ)。

8.定點洪水調(diào)查

定點洪水調(diào)查工作，是我省在水文站網(wǎng)建設(shè)上的一個創(chuàng)舉，這不是個人的獨出心裁，而是凝結(jié)著廣大水文工作者智慧的結(jié)晶，特別是一些老技術(shù)人員感于甘肅洪水計算中難于解決的問題而提出來的。有關(guān)詳解請看其他文章。

9.大暴雨洪水的調(diào)查

這項工作在全國許多地方也已開展過，我省第一次大暴雨洪水調(diào)查，就是紅水河流域的大暴雨、及紅水河產(chǎn)生的洪水。這項工作是在“文革”前進(jìn)行的，以后至70年代后期，又陸續(xù)開展了一些調(diào)查，它的功用和影響是很大的。

關(guān)于徑流資料的調(diào)查

洪水調(diào)查是大家熟悉的而且全國也有相應(yīng)的規(guī)范，年徑流資料的調(diào)查，是我在歷年工作中的創(chuàng)意所作，可有多方面的內(nèi)容，現(xiàn)簡述于后：

10.泥痕調(diào)查

一般中等河流，卵石河床，夏季河底或河岸卵石層上或有石崖的巖壁上，都能看到一層泥痕。泥痕是暖季在硬質(zhì)河床上所生長的低等藻類植物所形成的，一般厚約2～3mm，泥層細(xì)膩光滑，這也是魚類的餌料。夏季（暖季）河流常水位期藻類開始生長發(fā)育，一般高度約20cm，水下約15cm，深水處很少。當(dāng)秋后水位降低泥痕在巖壁上十分明顯。我們?nèi)∧嗪壑形粩?shù)的水位與河流的年平均流量對比，（最好在水文站斷面），發(fā)現(xiàn)其水位所對應(yīng)的流量與年平均流量相近或略大些。

在日流量保證率曲線上進(jìn)行分析，以石山林區(qū)河流資料為代表，在暖季180天內(nèi)，除去洪水高值期，在0.6～1.4倍年平均流量期間，約120天，這一期間正是藻類生長的時期，其流量的均值恰約等于平均流量。因此，我們對河流進(jìn)行年徑流的調(diào)查，只需測量泥痕中值，即可推得該河流域的年徑流量。當(dāng)然不在水文站位置需按比降面積法則算出該斷面水位流量關(guān)系曲線，再推流。

11.水磨的調(diào)查

在甘肅的南部和東南部山區(qū)，在半濕潤和濕潤氣候條件下，許多小河上都有水磨，我們調(diào)查的水磨大體有兩種類型，一為立輪水磨，也要分兩型，小立輪和大立輪兩種。另一類為平輪水磨，也有輪徑大小之分。經(jīng)實測水量，立輪水磨，引水流量一般約0.05m³/s～0.1m³/s，有的小立輪引水流量僅約為0.03m³/s～0.05m³/s。平輪水磨引水流量比較大，一般0.1m³/s～0.2m³/s，還有雙輪磨，引水流量可達(dá)0.5m³/s。

水磨的運(yùn)作時間與河川流量年內(nèi)分布情況有關(guān)，一般從春季融冰期開始至初夏干旱終止，再從汛期至秋末，一般可運(yùn)轉(zhuǎn)8個～9個月（較大河流除外）

在野外調(diào)查時，要對一些小河上的水磨情況進(jìn)行了解，實測水磨引水流量，記錄其運(yùn)轉(zhuǎn)時間，就可以計算出小河的常水流量。要知道一般情況下河水是被全部堵入渠道的。然后再分析某類型地區(qū)河流的常水、洪水在年徑流中的比例，即可推算出該小河的年徑流量。這在水文分析研究中，特別是繪制等值線圖意義重大，等于在面上增加許多徑流深點據(jù)，雖然精度差點，但可作為重要的參考點據(jù)，特別是水文站稀少的一些空白區(qū)意義重大。

12.祁連山前區(qū)，沿山小流域水量調(diào)查

我們在河西水資源研究報告中，提供了許多祁連山前區(qū)小流域水量調(diào)查資料，調(diào)查方法是首先了解其下游引水灌溉面積和灌溉次數(shù)等情況，按灌水定額推出年引水量，第二了解每年洪水情況，根據(jù)河西河流暴雨洪水量占年徑流量的比例，即可推算出該小河溝的年徑流量。

13.調(diào)查各地小灌區(qū)、小水庫（有水管站）的引水量記錄

河?xùn)|、河西地區(qū)都有許多小水庫和小灌區(qū)（一般較大，有一個鄉(xiāng)或一個村），往往有水管人員記錄引水資料，雖然有的不完整，或缺漏等情況，但這些資料我們整理后，仍為重要的補(bǔ)充資料。

在繪制祁連山前區(qū)徑流深10mm、5mm等值線時非常難確定，可我們在山邊上調(diào)查了許多小流域，甚至小小流域（只有一個生產(chǎn)隊灌溉），獲得了徑流深數(shù)據(jù)，于是劃這些線就有了依據(jù)。

14.景泰、皋蘭地區(qū)引洪漫地調(diào)查

蘭州以北廣大的干旱地區(qū)，包括永登南部山區(qū)、皋蘭、景泰等地，年降水量只有200mm，已經(jīng)不能靠雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)了，群眾創(chuàng)造了溝壩地引洪漫地，即在一條條溝底修筑梯田，側(cè)面留一條排洪渠，單等每年夏季發(fā)洪水時引洪灌地，稱為漫地，即將洪水引入梯田漫一次，這樣可以搶種一季秋禾。另外漫過的地底墑好，亦可種冬麥或春麥。

我們統(tǒng)計有代表性地段的溝壩地數(shù)量，了解每年可引洪次數(shù)（多年平均次數(shù)），即可估算出總洪水量，即年徑流量，因沒有基流。在蘭州以北廣大地區(qū)沒有水文資料，這里也沒有長流水河道，有了這些調(diào)查資料，就可以確定10mm、5mm徑流深的分布走向。

15.南湖水資源調(diào)查

南湖在敦煌之南，正位于陽關(guān)所處之地。南湖是一個鄉(xiāng)，由幾塊小綠洲構(gòu)成（詳見我的文章），恰好位于陽關(guān)之東側(cè)。陽關(guān)是古代兵家要地，而其東側(cè)是水草肥美之地，而陽關(guān)之西，卻是茫茫黃沙。因之有“西出陽關(guān)無故人”之名詩。

陽關(guān)的水資源數(shù)量究竟有多少，以往所見敦煌的資料是1億m³，這個數(shù)量是很大的，有這么多水嗎？在對河西水資源的專題研究中，下決心要搞清楚，于是我們做了較詳細(xì)的調(diào)查。因為該水域泉水分布零亂，而且有上下串聯(lián)的情況，所以調(diào)查是困難的，我們根據(jù)水量轉(zhuǎn)化關(guān)系和水資源評價的基本方法，確定南湖水資源量為6210×10⁴m³。

此數(shù)量是相當(dāng)可觀的，農(nóng)田和林地合計約3.0萬畝，因此有大量的余水滲入下游戈壁，潛流至玉門關(guān)一帶，有不少泉水涌出（淡水），是著名的玉門關(guān)，古代屯兵之地和今人之旅游勝地。

16.高原沼澤的調(diào)查

我去過祁連山區(qū)許多沼澤地，比如北大河、黑河上游河源的沼澤地，特別是橫穿過大通河上游開闊、廣平的密集沼澤地，使我知道了什么是高原沼澤。這些沼澤都在流域上游的開闊平原上，河谷寬度均在十公里以上，河道縱坡很小，沼澤區(qū)域有河網(wǎng)，此外大面積的都是高原草甸、小水坑，所以行走必須穿長筒膠靴，否則一滑就掉入小水坑。水坑不深，一般0.3～0.5m。水為什么不滲不流，可見其下為不透水的凍層。在水資源的評價工作中，高山區(qū)水文資料很少，所以等值線是很難繪制的。我在研究中總結(jié)了高原沼澤的特點，分析了其各地沼澤的降水徑流特性(見有關(guān)文章)，因而在這些高山、高原地區(qū)繪各種等值線都有了根據(jù)。

17.關(guān)于青藏高原閉合流域水文要素的分析

祁連山區(qū)以及廣大的青藏高原地區(qū)，根本沒有水文資料，但發(fā)現(xiàn)高原上有許多小湖泊，都是閉合流域，根據(jù)流域水平衡原理，流域的徑流量應(yīng)近似等于湖泊的總蒸發(fā)量。關(guān)鍵問題是如何確定湖泊蒸發(fā)量，我們根據(jù)許多蒸發(fā)資料，特別是高程較高的水文站資料，比如花兒地和月牙湖的高程超過3000m。繪制高程和蒸發(fā)量資料關(guān)系。在分析祁連山區(qū)中部哈拉湖流域的徑流深時，按上述關(guān)系推得湖面蒸發(fā)量為420mm（E601），從水平衡關(guān)系出發(fā)，推算得該流域徑流深為56.3mm。其結(jié)果與周圍有水文站實測資料流域非常接近，其對比也是合理的。因此在祁連山中一大片空白區(qū)就有了徑流深點據(jù)，為山區(qū)徑流深圖的繪制提供了依據(jù)。我在審查藏北廣大地區(qū)水文等值線圖時，也采用類似的方法，因這廣大地區(qū)根本沒有水文氣象資料，用這一方法基本解決了藏北的水資源評價問題。

18、河流天然水質(zhì)變化調(diào)查

在洮河中下游搞洪水調(diào)查時，我們發(fā)現(xiàn)許多河流是苦水河，而且有的特別嚴(yán)重，在南部地帶有不少地方河流水質(zhì)又過淡，當(dāng)?shù)厝罕娪写蟛弊硬〉?，于是我們注意記錄了各條河流的水質(zhì)情況，主要是訪問當(dāng)?shù)厝罕?，排出了以下關(guān)于河流水質(zhì)的描述，并判斷其河水礦化度范圍。

對河水的描述　　　　　　　　判斷河水水質(zhì)（礦化度）

飲此水易得大脖子病　　　　　＜200mg/L注：大脖子病主要缺碘，河水礦化度低

此水為群眾常用水　　　　　　200～300mg/L

此水群眾飲用，身體發(fā)育好　　300～400mg/L

飲此水可消大脖子病　　　　　800～1000mg/L

河水略苦、可飲用　　　　　　1500mg/L

河水甚苦不能飲用，牲畜可飲　2000mg/L

河水苦咸羊不能飲　　　　　　3000mg/L

河水特別苦咸　　　　　　　　＞3000mg/L

通過以上調(diào)查分析，在缺少實際河流水質(zhì)分析資料時，可以幫助我們繪制出較細(xì)致的河流水化學(xué)分布圖。

19.灌溉面積的調(diào)查

我們在《河西水資源調(diào)查評價及合理利用研究》工作中，對河西各流域灌區(qū)灌溉面積的真實情況，做了大量的調(diào)查，原因是歷年來各地灌溉面積數(shù)字（上報數(shù)及各種統(tǒng)計）嚴(yán)重不實，許多面積仍采用土改時的面積。研究水資源的合理利用，首先是要研究農(nóng)業(yè)灌溉用水問題，采用灌溉面積數(shù)字是分析研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如果這些數(shù)據(jù)不實，其他分析則成為空中樓閣，沒有了任何可信度。

在河西調(diào)查的重要內(nèi)容之一，就是調(diào)查灌溉面積。調(diào)查的方法是深入基層水管所、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)等一線管理機(jī)構(gòu)，通過座談和分析資料、算水賬等許多方法，取得了可信的較接近實際的數(shù)據(jù)，比如了解了自然畝和標(biāo)準(zhǔn)畝的差異和換算系數(shù)，其換算系數(shù)大體為1.5倍。

所謂自然畝就是當(dāng)?shù)亓?xí)慣用法，因此過去的上報數(shù)字全是按習(xí)慣畝計算，所以一般畝面積要偏大1.5倍。而灌溉面積數(shù)則偏小1.5倍。調(diào)查結(jié)果是十分驚人的。比如武威地區(qū)1990年國家統(tǒng)計面積為230萬畝，我們調(diào)查面積為330萬畝。此數(shù)與2002年水利雜志一篇論文提供數(shù)基本一致。張掖地區(qū)分別為191萬畝和360萬畝，全河西地區(qū)分別為：650萬畝和1121萬畝。

由于改正了灌溉面積數(shù)字，此數(shù)字與1991年省計委改正后的面積接近，我們分析的畝耗水?dāng)?shù)，灌溉定額數(shù)等就落到了實處，基本反映了實際情況，我們的研究報告也得到許多專家和鑒定的好評。

20.土壤含水量的調(diào)查評估

土壤含水量是我們研究土壤水分狀況（墑情）的重要數(shù)據(jù)，但在現(xiàn)場一時取不到這種數(shù)據(jù)，根據(jù)我的實踐經(jīng)驗，判斷土壤含水率的方法歸納如下：

①看似干土、松散，土壤含水率小于8%（枯萎點）。

②看有濕氣、但捏不成團(tuán)，土壤含水率約10%。

③土濕、手握可能成團(tuán)，但松手即散，土壤含水率約12%。

④手握成團(tuán)、不散，土壤含水率約14%～15%。

⑤成團(tuán)、緊密，土壤含水率約17%～18%。

⑥可和成泥，土壤含水率約20%。

21.鋪沙田土壤含水率的調(diào)查實例

關(guān)于鋪沙田的問題，我已寫過文章，但沙田的含水率實際資料，始終沒有現(xiàn)場取得。2004年夏，正是瓜苗生長盛期，我們?nèi)ジ尢m忠和鄉(xiāng)到沙田瓜地進(jìn)行實地查看，并取土樣測定其土壤含水率，實測土樣含水率為：

深20cm處：二個樣（19.2%+18.8%）÷2=19.0%

深60cm處：二個樣（15.8%+15.7%）÷2=15.8%

深80cm處：含水率比60cm處低。瓜地邊臺地上的原狀土，其含水率為12%。只能生長稀疏的駱駝草類干旱植物。以上資料充分說明了沙田西瓜為什么在這樣干旱的土地上能生長成熟的根本原因。這樣好的墑情是從哪里來的，首先從地邊土地的干旱狀況充分說明它不是降水補(bǔ)給的，那只能說明沙田增墑是凝結(jié)水所形成的，同來的大氣所專家也充分認(rèn)可這一結(jié)論。

三、第三類：水文分析計算和研究方面

1.繪制第一張甘肅省年徑流等值線圖

1956年編制站網(wǎng)規(guī)劃報告時，繪制了第一張年徑流深圖，當(dāng)時限于資料，還是比較粗糙的。以后在編制水文圖集中，也繪了該圖，至80年代初期搞全省第一次水資源評價工作中，根據(jù)水利部水資源評價技術(shù)細(xì)則的要求，重新繪制了“甘肅省年徑流等值線圖”，此圖正式出版附于《甘肅省地表水資源》中，同時印制了1/160萬的等值線圖附送。

本圖的精度嚴(yán)格按“細(xì)則”的技術(shù)要求規(guī)定，全面進(jìn)行平差修正，按±3～±5%的精度控制。每一條較大河流均進(jìn)行平差校驗，全省大部分流域檢驗的結(jié)果誤差均在±2%～±3%以內(nèi)，個別邊遠(yuǎn)站點稀少的流域其誤差也不超過±5%。

2.繪制甘肅省年降水量等值線圖

本圖也列入水資源報告，本圖的特點采用的資料最多，而且采用同步系列，考慮了高程的變化關(guān)系，用百萬分之一的最新地形圖。同時也參照衛(wèi)星照片五十萬分之一。全省采用的站數(shù)達(dá)600多處（包括氣象站）。高山地區(qū)還采用了部分冰川降水觀測資料。所以本圖的精度是比較高的。

3.繪制甘肅省泥沙侵蝕模數(shù)圖

在水資源報告中所附的泥沙侵蝕模式圖，是歷年來最完整、細(xì)致和精度最高的一幅。其一所用資料多，再則參考衛(wèi)星照片所顯示的地貌類型及其分布，特別是植被帶顯示清晰，因此劃線的位置較準(zhǔn)確。此外有的水文站控制的流域內(nèi)包括了許多種地貌類型及植被分布帶，因而資料代表性差，我們采用了重新劃分流域下墊面類型及其面積，用多元回歸模型，分別求出各類型地域的侵蝕模數(shù)，既增加了資料點數(shù)據(jù)，又確定各地類的侵蝕值，使圖面等值線分布更加合理，此圖也得到了廣泛應(yīng)用，在規(guī)劃設(shè)計部門，特別水土保持部門的應(yīng)用最廣。

4.甘肅省年徑流之研究

本研究成果近六萬多字，文圖并茂，包括年徑流研究方面的全部內(nèi)容：資料的加工整理和插補(bǔ)延長，年徑流的分布規(guī)律，影響因素，季節(jié)變化、多年變化，枯季徑流特性等。特別是對許多關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值分析、相關(guān)分析，給出許多經(jīng)驗公式，以便定量推算。更突出顯示了黃土高原地區(qū)與一般石山林區(qū)水文特性的差異性。

本成果雖然是60年代的研究成果，但它揭示了甘肅省水文規(guī)律的基本特征，其研究的深度、廣泛，及許多內(nèi)容是新穎的，有廣泛的應(yīng)用價值。

5.甘肅省暴雨之研究

本成果是在編制甘肅省水文手冊的基礎(chǔ)上單獨研究成果，內(nèi)容反映了當(dāng)時甘肅暴雨基本特性，雖然資料數(shù)量較少、資料系列短缺，但有關(guān)內(nèi)容詳盡，本成果的油印本存于水文局資料室。

6.甘肅河流泥沙之研究

本成果是在編制甘肅省水文手冊的工作中完成的，涉及泥沙分析工作的大部分內(nèi)容，如河流泥沙的分布規(guī)律，含沙量、輸沙量與流量的關(guān)系分析，泥沙侵蝕模數(shù)等內(nèi)容。這也是對甘肅省有關(guān)河流泥沙的認(rèn)識的第一次分析研究工作。本成果油印本存于水文局資料室。

7.甘肅省河流水化學(xué)分析研究

本報告是60年代的研究成果，內(nèi)容包括河流水化學(xué)的分布規(guī)律，初步了解了甘肅苦水河流的存在。水化學(xué)成分間的相互關(guān)系，不同礦化度河流的形成，各種離子之間由低礦化度到高礦化之間的變化規(guī)律等，本成果油印本保存于水利廳設(shè)計院資料室。

8.冰凌測驗工作的研究

50年代后期我省全面推廣河流冰凌觀測規(guī)范的任務(wù)，水文站均開展冰凌觀測一般目測項目，如初冰、岸冰、流冰花、封凍、解凍等工作。中等河流開展水內(nèi)冰、冰流量、冰厚、冰情平面圖等許多工作。由于我省河流冰情非常復(fù)雜，有很多技術(shù)問題在站上很難解決，所以我們在一些重點站上開展了許多試驗研究工作。首先對河流冰凌演變的全過程進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，編制了一套冰凌相片圖冊，明確了許多冰凌的定義和實際情況對比，比如：岸冰有普通岸冰、沖積岸冰；在冰厚觀測中，有冰上流水、層冰層水、連底凍等，使冰厚觀測困難，難以取得有代表性的資料；封凍及其過程又有許多現(xiàn)象：如冰橋、冰花路氈，封凍的定義等。流冰花的種類，疏密度的測量方法，冰流量的測量等。

冬季我們常住測站，和站上同志共同觀測研究，完成了許多研究報告，參加全國長春冰凌會議交流，有的存于水文局檔案中，有的文章已出版。

9.水文站網(wǎng)的分析研究

甘肅省水文站網(wǎng)第一次規(guī)劃，是在1956年按部水文局安排進(jìn)行的，有統(tǒng)一的技術(shù)要求和工作大綱，研究規(guī)劃成果經(jīng)水利廳技術(shù)委員會審查并報部水文局批準(zhǔn)，成為我省水文站網(wǎng)建設(shè)的藍(lán)圖，歷年建站均按此規(guī)劃進(jìn)行。以后在60年代、80年代先后又進(jìn)行幾次修訂。其中1964年站網(wǎng)審查工作的核心任務(wù)是用先進(jìn)的水文計算方法—納什瞬時單位線法對站網(wǎng)進(jìn)行檢驗。當(dāng)時由四單位：黃委、甘肅、青海、陜西聯(lián)合進(jìn)行試點工作，以涇河流域為重點，按瞬時單位線法進(jìn)行暴雨洪水的分析計算，取得了初步研究成果。

10.瞬時單位線法在涇河流域站網(wǎng)分析中的應(yīng)用

瞬時單位線法是在1960年代引進(jìn)中國的。水文局首先組織在廣東試點，取得成功，第二步就是在全國推廣，用來對1956年以來建成的水文站網(wǎng)進(jìn)行檢驗，主要檢驗區(qū)域代表站和小面積站的布設(shè)合理性及其能否實現(xiàn)站網(wǎng)布設(shè)的核心目標(biāo)—探求產(chǎn)流匯流理論，檢驗?zāi)Ｐ蛥?shù)。涇河試點工作就是這個目標(biāo)。

本報告是我在試點工作的總結(jié)成果，主要內(nèi)容有暴雨徑流關(guān)系，即P+Pa～R關(guān)系，其中在推求Pa（土壤前期影響雨量）的過程中發(fā)現(xiàn)在黃土高原地區(qū)Imax（最大初損量）可達(dá)200多毫米，而一般山區(qū)流域其值為60～80mm。納什單位線中的主要參數(shù)m¹、m₂，雖然也可以與流域特征參數(shù)建立關(guān)系，但由于站點少，小面積站尤其少，所以不甚滿意。這是我省第一次進(jìn)行這一工作，也是一次有益的嘗試。

11.流速脈動試驗研究

流速脈動影響流速的測驗精度，50年代，在貫徹水文測驗規(guī)范，提高水文測驗質(zhì)量的研究工作中，我們在許多河流上進(jìn)行了流速脈動變化的試驗研究。重點在昌馬站、鶯落峽站進(jìn)行試驗，通過試驗，了解了流速脈動影響最大的部位在0.8水深處，0.6水深處脈動強(qiáng)度最小，而且得出結(jié)論，測速歷時達(dá)到100秒，即可消除脈動影響，包括0.8水深處測點，使得測速精度能控制在±2%以內(nèi)。全國水文測驗規(guī)范在以后修改版中，將測點測速歷時由120秒修改為100秒。

12.內(nèi)陸河流融雪、融冰對水情的影響

50年代對這一問題首次進(jìn)行了分析，其成果在資料室可能找到，初步認(rèn)識到祁連山的冰雪消融規(guī)律如下：

⑴河冰的消融：其消融期一般為3月～4月份，隨高程而變，每年冬季河網(wǎng)大量冰凍，特別是高程較高的上游支流，往往連底凍，有些地段形成冰堆。冰期流水只在河底部分大石縫間有細(xì)流，因此河網(wǎng)儲冰數(shù)量巨大，不僅河網(wǎng)儲冰，凍土層中也有大量的地下水固結(jié)。

河冰消融在出口斷面流量變化的特點是：3月～4月份每日一小峰，峰現(xiàn)時間往往在夜間，隨冷暖日變化，水量大小也不同，但河冰融水期洪峰不會很大。

⑵春季融雪期：一般4月下旬至6月初。此期間融雪一般為季節(jié)雪，所謂季節(jié)雪即指春季的降雪量，大多情況是在3月下旬以后的各月降雪量（高程低的地段為降雨）。冬季降雪量一則數(shù)量少，二則歷經(jīng)時間長，多蒸發(fā)消耗，所謂真正的冬雪融化量占比重較少。

春季融雪洪水一般較大，如雜木寺歷年實測春季最大洪峰流量接近200m³/s，融雪洪峰的特點是與天氣的周期變化有關(guān)，如一段陰雨天，接著較長的晴曇天氣。陰雨天（比如三天或更長）河水平穩(wěn)，不漲峰，接著開始晴天，繼之，一天比一天暖，日中氣溫可達(dá)20多度，于是河水初期為小峰，接著一天比一天高，晴天結(jié)束，最后一天變?yōu)闀姨欤ǜ邔釉?、卷云等）出現(xiàn)所謂暖平流天氣，次日河流洪峰依然很大。洪峰過程為一日一峰，一般20時起漲（大河略遲）24時至凌晨峰頂，8時大落，12時基本落平（大河延遲很多）此時正值春灌季節(jié)，所以對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極為有利。

⑶夏季冰川融冰期：高山冰川融冰期開始于6月中下旬，至8月底基本結(jié)束。祁連山冰川分布西多東少，因此冰川融水補(bǔ)給河流的數(shù)量，石羊河只有3%～4%，黑河流域（平均）約7%～9%，疏勒河流域可達(dá)30%以上。比較集中的大冰川群有酒泉洪水河冰川群，疏勒南山冰川群，以及哈爾騰上游冰川群，此外大部分冰川分布比較零散。

通過分析，我們認(rèn)識到，祁連山河流的主要補(bǔ)給來源是降水量，冰雪補(bǔ)給，只不過是降雨補(bǔ)給的重新分配過程。冰川更是所謂的高山水庫，由于冰雪補(bǔ)給對河流水量的調(diào)節(jié)作用，所以使河流的年變化更適宜灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展。徑流的多年變化更趨穩(wěn)定，如河流cv值普遍偏小，有利于水資源的可持續(xù)開發(fā)利用。

13.祁連山現(xiàn)代冰川考察

1958年，我參加科學(xué)院冰川考察隊，對祁連山冰川進(jìn)行了全面的考察。六個分隊，每個隊都有水文人員。我負(fù)責(zé)冰川水文觀測技術(shù)組織工作。我們水文工作者主要負(fù)責(zé)冰川融水的觀測，以及在冰川面上的消融變化和氣象要素的關(guān)系，經(jīng)過半年暖季工作，測得了許多冰川融水資料，我們的研究成果，全部列入《祁連山現(xiàn)代冰川考察報告》。當(dāng)時分析計算的冰川融水?dāng)?shù)量，雖然是初步的（限于資料），但與后來多年的研究成果基本上是一致的。這一點施雅風(fēng)先生在90年代省水利學(xué)會上的發(fā)言予以了肯定。我們的工作，開創(chuàng)了甘肅冰川水文工作的先河。

14.祁連山融冰化雪研究工作

祁連山融冰化雪工作是適應(yīng)1958年“大躍進(jìn)”在1959年開展的，其組織隊伍非常龐大，河西許多縣都組織大量民工上山搞融冰化雪工作。我參加的以科學(xué)院為主體的隊伍主要是搞融冰化雪工作的科學(xué)實驗和觀測，我們水文隊的工作起初是搞黨河的河冰消融觀測，六七月以后轉(zhuǎn)為觀測冰川融冰及其沿程滲漏研究。經(jīng)過半年的野外工作，取得了許多觀測數(shù)據(jù)，最后出版了《祁連山融冰化雪考察研究報告》。

在此同時，我也進(jìn)一步認(rèn)識了祁連山西部河流所謂地下水補(bǔ)給為主的機(jī)制，如黨河、榆林河等許多河流，它們的基流很大，月流量變幅很小，所謂是地下水補(bǔ)給型的河流特征。實則是這樣的：其一，上游河谷開闊、平坦，山前洪積扇巨大，沉積層深厚，因而沿河有一系列的地下水庫。其二，暴雨洪水總的補(bǔ)給量小。第三，是河流冰雪融冰補(bǔ)給量，其主要產(chǎn)于高山區(qū)。融冰水（七八月主要是冰川融水）出山以后經(jīng)過漫長的洪積扇，大部分滲漏殆盡，儲入地下水庫，然后以泉水的形式再補(bǔ)給河流。比如黨河月流量過程不顯汛期，反而4月水量較大（河冰消融），榆林河的主要水源是大雪山冰川群補(bǔ)給。而冰川融水出山以后經(jīng)過漫長洪積扇潛流至石包城以泉水出露，致該河水量四季平穩(wěn)。

15.河西灌區(qū)水文工作

廣泛開展河西灌區(qū)水文工作，也是我們的一項開創(chuàng)性的工作，打開了水文工作面向生產(chǎn)面向社會服務(wù)的渠道。從60年代開始，我們先后在武威西營灌區(qū)、山丹祁家店灌區(qū)、民樂灌區(qū)，以及敦煌灌區(qū)開展了灌區(qū)水文工作。主要的任務(wù)是：開展科學(xué)用水方法宣傳和實用技術(shù)的傳授。過去河西灌水計量是估量法，即管水人員以“寸”計的水量計算方法，比如說現(xiàn)在渠道是幾“寸”水，某生產(chǎn)隊供水5個小時。由于上游河流來水變化大，水大水小相差懸殊，所以灌水計量非常不準(zhǔn)。

我們開展灌區(qū)水文工作，首先是在渠道上設(shè)水尺（畫在渠邊上），繼而測出水位—流量關(guān)系曲線（以表的形式）教會管水人員使用，總干渠上都要做水位觀測記戴推算流量，供算水賬應(yīng)用。在主要支渠上也要畫水尺。繪出查算圖表，供配水應(yīng)用。這樣就改變了“寸”的概念，給各生產(chǎn)隊供水，則按地定量，按來水量定時，做到科學(xué)合理。在這個基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推行合理用水，節(jié)約用水。

1990年，在河西搞水資源調(diào)查時，發(fā)現(xiàn)民樂的一些灌區(qū)仍然應(yīng)用我們當(dāng)時編制的水位流量表，貼在墻上，使我們十分欣慰。

16.1962年西營河灌區(qū)科學(xué)用水試驗報告

1962年水利廳組織在西營河開展灌區(qū)科學(xué)用水試驗研究，主要目的是為了探索和研究合理的灌溉制度，作物灌水輪次、灌水定額，渠道利用系數(shù)等許多內(nèi)容。其中第一項內(nèi)容就是在渠網(wǎng)上建立測流點網(wǎng)，不但總干渠、主要支干渠測流，重要支流都要進(jìn)行測流記載，多個點上測定水位流量關(guān)系，由管水人員系統(tǒng)進(jìn)行觀測、記載。第二項內(nèi)容是在地頭測定灌水定額。第三項內(nèi)容是為民勤放水的沿途測量工作，西營河每年要向民勤放水，是通過老河灘放水，我們要測定其沿途損失量，老河床是原來的一條老干渠的卵石河床，沒有規(guī)整的渠道，更沒有襯砌，所以沿途滲漏量很大。不僅是天然滲漏量大，而且群眾還偷水搶引灌地。

在近半年的研究工作后，我提供了一份全面的總結(jié)研究成果，此報告交存水利廳農(nóng)水局。

17.對我省水旱規(guī)律及防治措施的認(rèn)識

主要有以下論點：⑴旱澇周期變化：分析歷年資料，事實上沒有可確認(rèn)的周期，直到近期，見于許多學(xué)者的研究，也沒有得到公認(rèn)的周期變化。但是在小周期上，卻可看出明顯的三年周期。⑵關(guān)于作物生長期水量平衡：我們知道小麥的主要生長期在四五月份，大秋作物的主要生長期在七、八月份，分別可推求出降、蒸與干旱指數(shù)的關(guān)系：

對于四五月份：

G=100-0.075P^1.40　G—干旱指數(shù)　G=100%

對各地小麥生長情況的判別

當(dāng)干旱指數(shù)大于30～50的地區(qū)，即應(yīng)進(jìn)行灌溉。

對于七、八月份：

各地作物生長情況判別如下表

⑶旱澇標(biāo)準(zhǔn)評定旱情分為三級：輕旱、重旱、特大旱；澇情只分一級。

輕旱：四五月份干旱指數(shù)50～70，降水量100～75mm，其中4月份小于40mm，5月小于60mm；七八月份干旱指數(shù)40～60，降水量110～150mm，月降水量小于75mm，6月份按5月份標(biāo)準(zhǔn)。

重旱：四五月份干旱指數(shù)70～85，降水量40～75mm，其中4月份16～28mm，；5月，24～42mm；七八月份，干旱指數(shù)60～80，總降水量70～110mm，分月降水量55～35mm。

特大旱：四五月份，干旱指數(shù)大于85，總降水量小于40mm，4月份小于16mm，；5月，小于24mm；七八月份，干旱指數(shù)大于80，降水量分月小于35mm。

澇情：四五月份，干旱指數(shù)為“0”，4月份大于68mm，5月大于102mm；七、八月份，降水量大于130mm。

本指標(biāo)的特點是給出了具體的降水量，而不是距平值。

18.高含沙水中可利用清水資源的計算方法

多沙地區(qū)，混水中含沙量的比例是很大的，設(shè)計工作中往往需要知道可利用的清水?dāng)?shù)量，利用比重瓶法計算含沙量的原理，并結(jié)合實際資料求得計算公式并繪出查算圖。

V_b=100（1-）%

式中V_b—清水百分比，ρ—含沙量（kg/m³）

19.關(guān)于雙城等站多沖淤變化河道高水浮標(biāo)測流斷面借用問題的分析

1978年，雙城站發(fā)生大洪水，卵石河床，主流擺動，斷面沖刷嚴(yán)重，高水浮標(biāo)流量計算仍沿用老辦法，即漲峰借用峰前實測斷面，落峰借用峰后實測斷面。結(jié)果推算的流量過程與下游馮家臺站洪峰過程對照，嚴(yán)重失衡，峰量相差太大。如何處理，我經(jīng)過分析以后認(rèn)為斷面借用不合理，于是通過建立垂線流速與水深的關(guān)系，反用流速改正水深的辦法，改算浮標(biāo)流量，取得了良好的成果，使上下游流量過程對照趨于合理。這一辦法應(yīng)用的原理，即在正常情況下，流速橫向分布與斷面水深分布有良好的關(guān)系，如果浮標(biāo)投放均勻，其流速分布形態(tài)應(yīng)與斷面是對應(yīng)的。所以該資料整編時應(yīng)用此原理對原始資料進(jìn)行改算，取得了滿意的結(jié)果。在通常的情況下，改算資料是大忌，但我卻做出了這樣的改算，它是建立在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，因此是正確的。這里也提出了一個十分重要的問題，每年進(jìn)行資料整編審查是非常必要的，尤其重點是在審查方面。

20.被切割的黃土高原是其水文干旱的主要原因

大家都認(rèn)為黃土高原是干旱的，而且在進(jìn)行干旱分區(qū)時，專家們特意將黃土高原干旱的降水量標(biāo)準(zhǔn)提升了半級。

黃土高原的干旱，是由它的水文特征值表現(xiàn)出來的，如年徑流深特小，不僅地表水資源少，而且地下水資源也特少，這就叫做“既缺地表水，又缺地下水”。人們又提出了疑問，黃土高原洪水大，夾帶泥沙多，水土流失那樣嚴(yán)重，怎么說水少呢？這個問題還是專家們提出來的。是的，這也是事實，但是搞水文的是用資料說話的，而不是靠感性，那么究竟洪水大不大？大！在黃土高原地區(qū)，不論大小河流其最大洪水的洪峰模數(shù)都是很大的，（洪峰模數(shù)是單位面積的洪峰流量），往往可以超過南方濕潤地區(qū)。這也解釋了泥沙侵蝕模數(shù)特大的原因。侵蝕量大，水量就大嗎？這似乎是個常理，其實不然。大洪水過程幾乎是一方水就帶一噸泥沙（正常情況下，洪水含沙量達(dá)800kg/m³～1200kg/m³）,在陜北多粗沙地區(qū)含沙量甚至可達(dá)1700kg/m³（這是最高紀(jì)錄）。舉一個例子：若在100km²面積上，下1小時強(qiáng)暴雨，其雨量為60mm，（雨強(qiáng)60mm/h）,這種情況在黃土高原任何一塊流域上都是可能發(fā)生的，其總降雨量為600萬m³，總徑流量為300萬m³，（按洪水徑流系數(shù)0.5計，算大的），若平均含沙量按800kg/m³計，則輸沙總量為240萬噸，侵蝕模數(shù)為24000t/km²，這是很大的了。

這種暴雨洪水不是在每個流域，每年都可能發(fā)生的，即使在一個大流域也是稀遇的.。正常情況下，低強(qiáng)度的暴雨是主要的，大部分地區(qū)年徑流系數(shù)只有0.05～0.1，可見其水量之小。徑流系數(shù)為什么會這樣小呢？原因出在黃土層的深厚上，但是僅深厚也不是主要原因，比如黃淮平原、華北平原其土層不謂不深厚，但其地表、地下水資源量可達(dá)100mm或以上。而黃土高原卻只有區(qū)區(qū)25mm（據(jù)中部多數(shù)地段）。經(jīng)作者多年觀察研究，認(rèn)為其根源出在被切割的黃土高原上。黃土高原被切割后，流域內(nèi)缺失了地下水的儲存構(gòu)造，因而地下水資源奇少。二則黃土高原土層深厚，暴雨產(chǎn)流機(jī)理改變，其前期影響雨量奇大，可達(dá)200～300mm，因而小強(qiáng)度雨量一般不產(chǎn)流或產(chǎn)流甚少，這就造成了地表徑流大大減少的特殊的產(chǎn)流機(jī)制。

21.對我國年徑流地區(qū)分布規(guī)律的認(rèn)識

本文刊登于1988年《水文》雜志，而且是頭版，2000年中華文庫來函稱道“您撰寫的題為《中國年徑流分布規(guī)律之研究》已被媒體刊載，并得到了社會的認(rèn)可和行業(yè)的贊譽(yù)，實踐證明，一個為人類進(jìn)步和社會的發(fā)展創(chuàng)造財富的人，將永遠(yuǎn)得到社會和歷史的敬重?！?/p>

本文是根據(jù)全國水資源評價工作中的一些實踐和體會寫成的，內(nèi)容牽涉到全國年徑流特征的方方面面，提出了徑流形成的許多影響因素及其機(jī)理，揭示了降水與徑流的內(nèi)在關(guān)系。

22.沙漠凝結(jié)水機(jī)理的發(fā)現(xiàn)過程

1990年7月第一次去了武威清源灌區(qū)新地片的沙漠公園。公園內(nèi)沙丘與平地相間，平地上有小渠引水，楊樹長的旺盛；沙丘上沒有灌溉條件，沙生小灌木長得也特別好，一株一株都是獨立的，中間有一定的空地。主要樹種有梭梭、花棒、沙拐棗、沙木蓼等。這些樹種都是以前沒見過的，經(jīng)介紹才認(rèn)識。它們長得有一人多高，樹冠直徑約1～2m，開的花樣很好看，新奇，長勢也十分好。我第一次提出了問題，沙丘上這些小灌木在沒有澆水的情況下，為什么長得這么好？

后來我們?nèi)チ嗣袂谥紊痴?，抄錄有關(guān)資料，并與工程師座談，第一次知道了沙漠的含水率竟是如此之低，其田間持水率為4.0%～4.5%，而黃土層為22%，枯萎點為0.8%，而壤土則為8%。這樣低的含水率植物能生存嗎？

當(dāng)我們抄錄土壤含水率資料時，發(fā)現(xiàn)沙丘上實測含水率分布為：表層為干沙，20～60cm處為濕沙，100cm以下為干沙。

有幾個問題，第一沒有降雨，更沒有降雨補(bǔ)給下層，因為下面是干的。第二為什么20～60cm處有一層濕沙。

我們又抄了一份資料，是在樹蔭下的含水率垂直變化，發(fā)現(xiàn)在0.9%～1.1%范圍，沒有中間的濕沙層，于是就提出問題：濕沙層的水分是否為凝結(jié)水？我在水文站上觀測干濕球溫度表，并查算濕度時，在濕度表上有露點溫度，說明只要有一定溫度差的情況下，就會產(chǎn)生凝結(jié)水。夏季沙面溫度很高，而沙層下溫度很低，因而可產(chǎn)生凝結(jié)水，但我與站上同事們討論凝結(jié)水問題時，他們都說凝結(jié)水?dāng)?shù)量極少，早晨有露水，日出后即消散。有一位工程師說沙生植物的根系大部分為表層根系，深根很少，基本上都分布在濕沙層部位，而且向四周擴(kuò)展，最長可達(dá)18m以上，于是我堅定了關(guān)于沙漠凝結(jié)水的概念。

后來我們?nèi)チ伺R澤治沙站，在他們的展覽室，我突然看到墻上貼著一張沙丘上含水率圖，和民勤的資料完全一樣，即沙層中部有一濕沙層，幾乎把我驚呆了。

科學(xué)院在“黑河地一氣相互作用研究”中，用最先進(jìn)的儀器測得沙漠地區(qū)白晝大氣中的水汽通量是向下的，這個水汽去了哪里呢，正是在沙漠中產(chǎn)生了凝結(jié)水，充分說明了我的結(jié)論。

23.關(guān)于黃土高原建設(shè)雙平雙膜梯田的問題

黃土高原以干旱著稱，特別是在300～500mm年降水量地區(qū)更是所謂十年九旱，尤其是春旱更是對農(nóng)業(yè)的嚴(yán)重的危害。在400～500mm地區(qū)，按說總降水量還不是太少，比如春小麥，一季耗水量300mm就可以了。但問題是雨不逢時，特別是春雨更是稀缺，所謂“春雨貴如油”。但是一般秋雨比較多，如何能把秋雨儲存起來，留作春用，成為一個重要的研究課題。

根據(jù)水保站試驗資料，表明：⑴不論林地和荒坡地其多年平均降水量和土壤蒸發(fā)量十分接近，亦就是說損失于地表徑流部分很少。⑵1m層土層內(nèi)是土壤水分變動最大區(qū)段，也是主要儲水部位。1～2m土壤比較干，經(jīng)常處于8%～12%的低含水率水平，因此可認(rèn)為它是植物根系下面的“干海“。⑶但是下層土壤受降水量豐枯變化影響很大，含水率的最大變幅仍可達(dá)6～8個百分點，也就是說，在1m層處水分交換數(shù)量仍是可觀的。

根據(jù)這一客觀事實，我提出來建立雙平梯田的設(shè)想，即在1m深處建一不透水層，截斷下滲水量，使其成為一不漏水的“土壤水庫”，用這樣一座土壤水庫，充分積蓄秋雨，供來年春季作物所需，因而可解決春季的卡脖子旱問題。其次為了減少土壤表層水分蒸發(fā)問題，所以應(yīng)在地表鋪膜，抑制蒸發(fā)量。這樣就成為“雙平雙膜梯田”。

有人擔(dān)心或提出問題：⑴鋪底膜工程量大，每畝土方量600～700m³?，F(xiàn)在機(jī)械化施工，不像過去人挑車推，實際施工也不是太困難的，因為這是百年大計工程。⑵1米深土層，遇特大雨，土層儲存不了會產(chǎn)生澇漬。1米土柱能存多少雨量呢，以飽和含水率40%計，則最少可儲存200～250mm雨量，有這樣大的秋雨的機(jī)率是非常小的，所以不必?fù)?dān)心。

24.石羊河流域山區(qū)徑流形成的分帶規(guī)律及綜合模型研究

祁連山區(qū)徑流深的分布隨高程變化十分明顯，東段隨高程的遞增率可達(dá)35mm/100m，但隨高程布設(shè)的水文站很少，無法控制徑流分布的真實情況。因此我們將山區(qū)分成三個帶，即高山帶：高程大于3250m；森林帶：高程2600～3250m；低山丘陵帶：高程小于2600m，按多元回歸分析的方法建立方程組：

　　　　R_古=△R₁＋f_古1R₁+f_古2R₂+f_古3R₃

　　　　R_黃=△R₂+f_黃1R₁+f_黃2R₂+f_黃3R₃

　　　　R_雜=△R₃+f_雜1R₁+f_雜2R₂+f_雜3R₃

　　　　……………

上式R_古，R_黃……分別為_古浪站，_黃羊河等站平均徑流深，R₁、R₂、R₃—分別為高山帶、森林帶、低山帶擬定徑流深，△R—余差，按±10%精度控制，f為各站分區(qū)面積，已量算。

經(jīng)過試錯法，求得R₁=370mm，R₂=150mm，R₃=50mm。

于是我們就得到了不同高程帶徑流深的數(shù)值，提高了對山區(qū)徑流產(chǎn)流機(jī)制的認(rèn)識，也能幫助繪制等值線圖。

25.黃土高原流域不同部位泥沙侵蝕模的分析

在研究流域不同部位泥沙侵蝕模數(shù)時，也應(yīng)用了多元回歸模型，取得了良好效果。因為水文站控制流域下墊面很不一致，比如上游是林區(qū)，中游是過渡區(qū)、下游是丘陵溝壑區(qū)，所以準(zhǔn)確分辨侵蝕模數(shù)非常困難，我們提出流域侵蝕模數(shù)公式為：

m_o=f₁m₁+f₂m₂+f₃m₃+△

　=∑f_im_i+△

式中m_o—水文站實測資料，m₁分區(qū)計算的侵蝕數(shù)模。

具體分區(qū)時參用衛(wèi)片。將流域類型相近的站作為一組進(jìn)行分析計算，即可求得不同地類的泥沙侵蝕模數(shù)，為繪制泥沙侵蝕模數(shù)圖提供了可用的數(shù)據(jù)。

26.甘肅黃河流域水土流失規(guī)律及水土保持效益分析

本研究成果有許多創(chuàng)新點，如對產(chǎn)洪規(guī)律的分析，黃土高原最大的產(chǎn)流區(qū)洪水徑流系數(shù)可達(dá)0.56。對于產(chǎn)沙規(guī)律的分析中，提出了極限產(chǎn)沙能力公式（隴東地區(qū)）

　m_s=84500-15250LgF,　F＞100

式中m_s—年侵蝕模數(shù)。（T/km²）

各流域的水沙關(guān)系極好，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.96～0.99，

如：靖遠(yuǎn)站：Ws=4965.9R^1.317　　　　r=0.988

　　首陽站：Ws=5931.9R^1.312　　　　r=0.981

　　洪　德：Ws=6500.6R^1.412　　　　r=0.995

雨沙關(guān)系：采用指標(biāo)降水量與年輸沙量建立關(guān)系,其關(guān)系的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.8～0.9，公式為：

　S_i=f（m_1i,m_2i,m_3i），

可寫為：S=AKⁿ_i

式中K為指標(biāo)降水量，K_i=am_1i+bm_2i+cm_3i

m₁為三日暴雨量，m₂—最大1個月雨量，m₃—汛期四個月雨量。

計算得公式為：

　　雨落坪　S=11518K^2.781　　r=0.90

　　楊家坪　S=8799.6K^3.106　 r=0.79

　　秦　安　S=7671.1K^2.582　 r=0.89

　　……………

27.降水量與高程關(guān)系的分析

我省山地多，特別是一些高大山體，對降水量的影響非常大，迎背風(fēng)坡差別也大。祁連山的北坡為迎風(fēng)坡，從西到東降水量隨高程的遞增率為：西部玉門9mm/100m、酒泉13mm/100m，中部張掖南山24mm/100m，東部武威南山34mm/100。秦嶺北坡為迎風(fēng)坡，西至太子山北麓主峰段迎風(fēng)坡降水量增率可達(dá)135mm/100m，在全國都是比較高的。在黃土高原上，雖然地形丘陵起伏，但在大面積范圍其高程與降水量關(guān)系，可為一條直線關(guān)系，不顯迎背風(fēng)的影響。在有實測資料的幾座山脈如烏鞘嶺，民樂南山等，發(fā)現(xiàn)山頂部位雨量反而偏小，最大雨量在距山頂300m左右。六盤山脊高程2800m，從其東側(cè)雨量高程關(guān)系分析，顯然最大雨量在2500m左右。

28.水面蒸發(fā)與高程關(guān)系

我省蒸發(fā)資料多，高程最高的站如花兒地、月牙湖都超過3000m，繪制的祁連山西部的蒸發(fā)與高程關(guān)系是非常好的。如下圖

29.典型代表性流域徑流系數(shù)的歸納

我省各種流域地類齊全，分布廣，歷年水文站實測資料控制性亦較好，為徑流的分析提供了最有利的條件。茲以河川徑流系數(shù)進(jìn)行分析，將各種地類的徑流系數(shù)列入下表。

不同地類降水徑流關(guān)系表

可以看出徑流系數(shù)最高的為石山林區(qū)，最小的為黃土高原林區(qū)，其相差可達(dá)5～10倍。徑流系數(shù)是流域水文的基本特征，我們現(xiàn)在所表述的只是它的宏觀歸納，如何實現(xiàn)其微觀研究，將有賴于遙感技術(shù)和數(shù)值化的實現(xiàn)。

30.河西山區(qū)和平原地區(qū)水面蒸發(fā)量的研究

水面蒸發(fā)研究的最重要用途之一，是作為計算水庫水面蒸發(fā)量。為了計算大水體的蒸發(fā)量，以往采用全國一些大型試驗站資料。上世紀(jì)八十年代我們下決心在河西開展水庫漂浮蒸發(fā)量觀測，只有南營取得了資料，雙塔堡風(fēng)大木筏損壞而未能成功，臨澤雙泉湖取得了兩年觀測資料，是借助科學(xué)院“黑河”項目的支持。

根據(jù)以上觀測資料，經(jīng)分析得到了以下重要結(jié)論：南營水庫漂浮E601資料代表祁連山區(qū)情況，其與陸地E601（陸地觀測場）資料對比折算系數(shù)為：

R₁==705.2/957.7=0.74

雙泉湖水庫位于臨澤平原地區(qū)，E601漂浮蒸發(fā)量與陸地蒸發(fā)量之折算系數(shù)為：

R₂=1.37為三年（不全）平均值

由上可計算得平原水庫水面蒸發(fā)量與山區(qū)水面蒸發(fā)量之比為：設(shè)山區(qū)陸面蒸發(fā)量為1000mm，平原區(qū)為1500mm。則

R==1.37×1500/0.74×1000=2.78

可見平原水庫蒸發(fā)量是山區(qū)水庫的2.78倍。

若平原水庫位于走廊下游地段，其陸地蒸發(fā)量以2000mm計，則下游區(qū)水庫蒸發(fā)量應(yīng)為山區(qū)的3.7倍。這就充分證明了河西修建水庫，應(yīng)首先考慮建于山區(qū)的重要性。

31.黑河地、氣關(guān)系研究中水宏觀平衡分析

黑河實驗區(qū)范圍為9280km²，其中分析研究的綠洲范圍計2104km²，不包括南部山麓灌區(qū)。本研究成果是“黑河地氣相互作用研究課題”的第三部分（子課題）的宏觀水平衡研究報告。分析方法：平衡方程式：

I=0±△WI—總?cè)肓鳎?—總出流，△W—地下水庫年蓄水變量，多年平均可忽略，

I=R_r+R_s+R_g+R_i+R_j+∑P

Q=R_r+R_j+∑E

詳細(xì)可了解作者有關(guān)文獻(xiàn)。本分析研究分上下兩區(qū)段，以高崖水文站為界，上段為張掖綠洲水平衡分析：

分析結(jié)果：總輸入水量（16.9×10⁸m³）共計有七項；總輸出為11.94×10⁸m³，則可算得張掖綠洲內(nèi)灌耕地年蒸發(fā)量為507.4mm，即畝均凈耗水量338m³，

下段為臨澤、高臺綠洲：計算得總進(jìn)入水量為14.65×10⁸m³，(共有八項)。經(jīng)正義峽水文站總輸出量為9.72×10⁸m³。則臨澤、高臺綠洲蒸散發(fā)量為4.93×10⁸m³。當(dāng)不計降水量時，綠洲平均蒸散發(fā)量為501.4mm，畝均為334m³。而綠洲內(nèi)灌耕地年蒸散發(fā)量每畝為393m³。黑河流域張臨高綠洲總平均，其灌耕地蒸散發(fā)量為358m³/畝。這個數(shù)字就是綠洲內(nèi)農(nóng)田（包括林地）的凈耗水水平，可說是非常低的。因此，我們也得出結(jié)論：綠洲具有很強(qiáng)的節(jié)水功能。

32.水文圖集的編制

水文圖集是在1974～1976年編制完成的，當(dāng)時組織了一個20多人的工作隊伍。做了大量的整編分析、計算工作，作者首先編寫了“水文圖集編制提綱”（見文獻(xiàn)），在全部工作過程中，也確實有不少創(chuàng)新性工作，其中包括有關(guān)枯水徑流方面的研究，有暴雨洪水分析方面的研究等，報告中有關(guān)水文地理概述方面是比較完整和系統(tǒng)的，此部分內(nèi)容成為以后許多研究報告的必引部分。報告中對全省水文分區(qū)的劃分也是細(xì)致的恰當(dāng)?shù)?，直至今日，這種劃分依未能更動。

33.最小月平均流量的推算公式

最小月平均流量的推算公式是在冬季三月（12月～2月）徑流量的基礎(chǔ)上建立的，冬季三月資料可在等值線圖上查得，該資料也可以代表河流地下水補(bǔ)給量。公式如下：

（1）適用于水文分區(qū)Ⅹ、Ⅺ、Ⅷ、Ⅻ、譽(yù)、、Ⅷ南部。

=0.82-

當(dāng)12-2小于0.05以下時，最小月按“0”計，流量均以m³/s計。

34.多年平均含沙量的計算公式

河流多年平均含沙量可以泥沙侵蝕模數(shù)和年徑流模數(shù)來計算，其公式為：

ρ=0.0317

式中ρ—含沙量（kg/m³）,G—侵蝕模數(shù)（T/km²）

M₀—年徑流模數(shù)（L/S/km²）

L/S/km²=31.54mm（相當(dāng)于年徑流深31.54mm）

35.石羊河上下游洪水流量關(guān)系的分析

應(yīng)水利廳水科所要求，做了石羊河上下游洪水流量相關(guān)分析，（見文獻(xiàn)）。第一，建立上下游洪量關(guān)系，其式為：Y=0.452x-92.86。式中y—石家莊洪量，（m3/s.d）,x—上游三站（四溝咀、南營、雜木寺）洪量合計。相關(guān)關(guān)系合格率：離差不超過±15%的點據(jù)占總點數(shù)的86%，相關(guān)系數(shù)為0.992，同時給出了區(qū)間流量損失關(guān)系，如下表：

附圖如下

36.黃土高原分區(qū)集水面積和輸沙量相關(guān)關(guān)系

黃土高原河流不但流量與輸沙量關(guān)系良好，而且分區(qū)流域集水面積與輸沙量關(guān)系也極好，徑流量與輸沙量的關(guān)系用下式：Qs=AR^b

凡是黃土高原的河流其相關(guān)關(guān)系均極好，相關(guān)系數(shù)均在0.9以上，洪德、郭城等站可達(dá)0.99。

流域集水面積與輸沙量也有極好的關(guān)系，明顯地分成兩條直線（雙對數(shù)紙上）。祖厲河、洮河?xùn)|峪溝、首陽等為Ⅰ線，其余渭河、涇河大部分多沙河流為Ⅱ線（下圖）

以上關(guān)系為什么這樣好，原因在于下墊面條件的一致性，最主要的條件是：黃土層的廣泛分布是一致的，植被均較差，年降水量在400～550mm之間。在國外研究流域產(chǎn)沙量時，提出了一個所謂的通用公式：

Me=R.K.L.J.C.P

其中Me—侵蝕模數(shù)，R—降水量，K—土壤可蝕因子，L—坡長，J—流域坡度，C—土壤管理制度，P—水土保持因子似乎太復(fù)雜了。

37.關(guān)于張掖地區(qū)近些年來新增加的灌溉面積的框標(biāo)

關(guān)于張掖地區(qū)近些年來新增加的灌溉面積的匡算，我們在“河西水資源調(diào)查評價及合理利用研究”報告中提供的張臨高灌區(qū)的灌溉面積數(shù)位249.95萬畝（包括人工林草），根據(jù)截至2002年水文資料計算分析:

據(jù)鶯+梨～正義峽流量雙累計曲線分析：截至2000年，正義峽水量累計減少47.31×10⁸m³，其中1981—1990年減少15.71×10⁸m³，1991～2000年，31.54×10⁸m³。因此，1991—2000年減少數(shù)應(yīng)為新開荒造成，按畝均耗水量計算（依據(jù)“河西報告”）：

　　/428=73.7萬畝，

至此，張臨高盆地綠洲內(nèi)現(xiàn)有總耕地面積可達(dá)324萬畝，增加的面積大部在綠洲的內(nèi)部，屬原荒草灘地，輕鹽堿地，以及部分綠洲外圍邊緣地段（可以谷歌地圖對比）。

38.關(guān)于花盆效應(yīng)

什么是“花盆效應(yīng)”呢，這是我杜撰的一個概念，就是說花盆里常年澆水很多，為什么土壤不鹽堿化呢？這是實實在在的一個事實，而且土壤不但不鹽堿化，反而看起來越來越肥沃。試做分析如下：⑴花盆澆水：花盆口徑30cm，面積為706.5cm²，約等于0.0001畝。每年澆水從四月至九月，澆的多的是5—8月，幾乎每天要澆500g左右，年澆水總計約75kg，折合畝定額750m³/畝。水的礦化度若以0.36g/L,計，則年進(jìn)鹽量（離子總量）為27g。

⑵關(guān)于植物析出鹽量

據(jù)有關(guān)試驗資料，排鹽量與土地生產(chǎn)干物質(zhì)比為：

蘇聯(lián)，苜蓿3.7%

河套灌區(qū)（大田）2.8%　　平均可按3.5%考慮（按豐產(chǎn)）

則大田畝排鹽量為1300×3.5%=45.5kg/畝

⑶在水中主要化學(xué)成分所占百分比，（指大河水、淡水）

Ca⁺⁺14.6%，Mg⁺⁺4.0%，Na⁺+K⁺7.4%

Cl^'3.5%,SO₄^''18.1%,HCO₃^''50%,CO₃^''2.5%.

其中碳酸類占52.5%，大部分參與光合作用，以CO₂的形式由植物呼出。硫酸鈣鎂類占36.7%，一部分為植物吸收，成為干物質(zhì)的成分，一部分存在于土壤中，成為有機(jī)肥的一部分。鈉氯類為形成鹽類的部分占10.9%

⑷花盆中植物干物質(zhì)排鹽量約4.55g，占總進(jìn)入量的17%。顯然鈉鹽類是完全被植物吸收利用了，此外硫酸鹽類的一部分也被植物利用了，這樣就可以解釋為什么花盆中每年澆那么多的水而不鹽堿化的原因。

但是還有一種現(xiàn)象，如果有的花盆里的花長得十分差，苗弱株稀，則這種花盆里的土壤就會泛鹽，有白色鹽析出。因此，可以得出結(jié)論，只要土地上長的莊稼好，都是豐產(chǎn)田，那么，土地就不會鹽堿化。

39.關(guān)于耕地排鹽問題

有關(guān)文獻(xiàn)講“西北以缺水著稱，西北亦以灌溉方式粗放聞名，灌溉效率低，既浪費了水，又導(dǎo)致了鹽害”等等。很多專家的這類論點，可以說屢見不鮮。土地鹽堿化問題在上世紀(jì)70年代以前，可說是普遍存在的，在河西、張掖、武威地區(qū)都有不少鹽堿地，比如臨澤、高臺中部都有較大面積的鹽堿草灘地。至于銀川灌區(qū)，顧名思義，白茫茫地到處都有鹽堿地。特別是銀北地區(qū)，河套灌區(qū)亦然。

為什么有那么多的鹽堿地呢？其一灌水定額大，造成地下水位高；其二莊稼差、樹少?，F(xiàn)在再到這些地方看看如何，武威沒有鹽堿地了，張掖沒有鹽堿地了，銀川也基本沒有鹽堿地了，現(xiàn)在銀川引排鹽量之比達(dá)到1:1.5，故灌區(qū)處于強(qiáng)度脫鹽狀態(tài)，不但排掉了新鹽，而且也逐漸排出了“老鹽”

原因何在？其一經(jīng)過多年的水利建設(shè)，水庫、渠網(wǎng)配套，井渠并用，科學(xué)配水引排結(jié)合，降低了地下水位；其二土地承包到戶，莊稼成長翻了兩三倍；其三鹽堿荒地開墾，既降低了地下水位，剝奪了地下潛蒸量，又增加了生產(chǎn)；其四加上農(nóng)田林網(wǎng)的建設(shè)，總體大大增加了植物干物質(zhì)的生產(chǎn)量，因而生物排鹽量大幅增加，土壤中的有機(jī)質(zhì)增加，使瘠土變沃野。水資源的利用率當(dāng)前不少地方已超過或達(dá)到東部的水平，而且超過西方發(fā)達(dá)國家的水平。

40.日流量保證率的研究

日流量保證率是徑流年內(nèi)分配的重要特征，它也是反映年徑流在不同流域水文地理條件下的表現(xiàn)類型，所以它也是我們水文工作者重點研究的對象之一。我省由于流域自然地理條件的差異性特別大，所以日流量保證率曲線的差異性也特別大（見圖）圖中縱坐標(biāo)為：

K=Q_i/Q₀

Q_i—為各種保證率日平均流量，Q₀—為年平均流量。

可以看出以下特點：⑴同一類型的河流，其流量保證率曲線的縱坐標(biāo)是很接近的，例如非黃土濕潤石山林區(qū)第30日之縱標(biāo)在2.1～2.39之間，只有0.29的變幅，這些河流包括大夏河、洮河、大通河、莊浪河、漳河等。其第180天之縱標(biāo)在0.71～0.77之間，變幅均較小。黃土高原地區(qū)的河流特別突出，它們的曲線都在最下方，說明其洪枯不均的情況。⑵流域調(diào)蓄能力可以用徑流天然調(diào)節(jié)系數(shù)ψ值來表示，

日流量保證率曲線

其含義為等于小于年平均流量的徑流量與年徑流量之比值，亦即圖中當(dāng)K≦1曲線下部面積與總面積之比。黃土高原地區(qū)ψ值為0.30～0.40，土石山區(qū)為0.58～0.60，黃土森林區(qū)0.68～0.72，非黃土石山林區(qū)為0.68～0.75。用ψ值來說明森林具有涵養(yǎng)水源的作用，我看是比較恰當(dāng)?shù)?，不然“涵養(yǎng)”的概念是模糊的。

ψ值越大，對水資源的開發(fā)利用越經(jīng)濟(jì)，對于建庫的年調(diào)節(jié)庫容可以下式計算:

V=C(1-ψ)W0

V—年調(diào)節(jié)庫容，W0—年徑流量，C—有效系數(shù)，可見ψ值越大，其所需年調(diào)節(jié)庫容相對越小。

第四類，水資源評價及其合理利用研究

1.水資源評價工作、水文資料的加工整理、審查和還原

我省在資料加工整理方面是做得非常好的。首先要做好水文統(tǒng)計工作。統(tǒng)計工作中最主要的是對各種資料的審查，包括很多合理性檢查，資料的考證，弄清其沿革和多種關(guān)系?；咎卣髦狄M(jìn)行量算，如流域面積、河長；這部分工作要下大工夫。所以我們在水資源的評價工作之前，首先整出了兩本水文統(tǒng)計，即1970年以前的歷史資料，1971—1980年的第二本統(tǒng)計。

資料拿來以后不是馬上就可以應(yīng)用了，還必須搞清每個站的斷面遷移變化、及控制情況，它的代表位置，對流域的控制性。

資料還原也是一個大問題，我們組成三個組分別進(jìn)行了黃河、長江、內(nèi)陸河流域各水文站的水量還原調(diào)查，用了幾個月的時間。

首先要調(diào)查灌溉面積，這是極其困難的，而且現(xiàn)有統(tǒng)計資料很不實，都得去了解實情。還原量如何定也是一個大問題。

在水資源評價中，要求水文資料具有所謂天然河川徑流資料的功能，即水文系列具有時間上的代表性，空間上的控制性，符合水文規(guī)律的可統(tǒng)計性。在我省主要是還原灌溉用水資料，還原計算的實質(zhì)是將引走并消耗不復(fù)回歸到水文站斷面上的水量。還原量即為總耗水量亦為凈用水量，用以下公式計算：

Y=A(1-ηβ-m)

式中A—總引水量，η—渠系有效利用系數(shù)，β—灌溉回歸系數(shù)，

m—渠系滲漏補(bǔ)給系數(shù)。

這些灌區(qū)資料是很難取得的，不過我們根據(jù)各地的具體情況做了綜合分析，給出了具體數(shù)據(jù)：每畝凈耗水量按以下方法判定采用：半干旱地區(qū)：每畝按400m³，干旱地區(qū)：450m³，半濕潤地區(qū)每畝300m³，山區(qū)小、平原大。

2.水資源評價工作中，水量的計算

水資源量的計算是非常復(fù)雜的，要因地、因區(qū)來具體分析，如河西地區(qū)，我們采用水文站控制，小流域調(diào)查和外圍等值線量算方法，非常細(xì)致；河?xùn)|則要采用把口站控制法，區(qū)段量算法，代表站放大法等各種方法，要做到細(xì)致入微。許多地段以等值線量算為主，所以繪好等值線是第一關(guān)，我們完成的水資源成果在全國審查評價中都屬于一流的，特別是圖件，鄰省的一般要向我們靠攏，與我們對接。

3.關(guān)于縣級水資源評價

縣級水資源工作是由我們具體組織指導(dǎo)的，基礎(chǔ)資料都全部供給，特別是各種基本圖件。為此繪制了1/50萬的大比例尺的徑流深等值線，此圖除了加繪等值線數(shù)，并全部進(jìn)行平差量算，使從圖上量算的流域徑流量與水文站控制數(shù)相差在2%～3%以內(nèi)。各縣由于沒有水文站能恰好控制，所以其資源量基本是依圖量算，而且要按地區(qū)綜合，要和全省對口，開展縣級水資源計算評價工作，也大大推動了水文工作的全面展開和普及性。許多縣都開展了河流、溝道水文調(diào)查，或者采取了短時期的實測工作，求得溝道水量，調(diào)查歷史洪水，以及河流水質(zhì)。成為了本縣的重要檔案資料和發(fā)展規(guī)劃的依據(jù)資料。

4.甘肅省地表水資源評價

本成果完全是按國家統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求編制的，是屬于國家第一次水資源評價成果的甘肅省分成果。本成果得到了上級有關(guān)部門的審定，獲得了省科技進(jìn)步三等獎。省政府區(qū)劃辦的批語是“本成果依據(jù)資料翔實，按國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)完成，所提供的有關(guān)水資源數(shù)據(jù)可靠。今后全省應(yīng)用水資源數(shù)據(jù)時，應(yīng)一律以此成果為準(zhǔn)”。本成果得到了廣泛應(yīng)用，甚至抄錄，尤其是報告中的河流水文數(shù)據(jù)。等值線圖件等為許多研究部門所采用。

5.中國水資源評價

作者參加了中國水資源評價工作，并任水資源圖組副組長，有關(guān)各種圖件，從分片會審到全國會審拼接的完成，作者都親自參與審查和修改工作，特別如黃河流域、內(nèi)陸河流域、長江上游地區(qū)、青藏高原等地區(qū)。有些圖都由作者參與修改完成，如川西高山大川地區(qū)，西藏雅魯藏布江大拐彎地區(qū)、藏北羌塘高原等都經(jīng)過了精心修改和新會。報告中的徑流部分由作者起草。本成果得到全國有關(guān)專家的一致好評，獲國家科技進(jìn)步二等獎。

6.地表水資源調(diào)查和統(tǒng)計分析技術(shù)細(xì)則》

本成果是水利部水文局組織編制的，是作為全國水資源評價工作中的技術(shù)規(guī)范性文件。該文件中有關(guān)徑流分析工作是作者編寫的。突出了水文資料審查加工、水量還原及其方法。資料系列的插補(bǔ)延長中有關(guān)技術(shù)規(guī)定、精度要求和限制等內(nèi)容，對資料的插補(bǔ)延長，做了比較嚴(yán)格的規(guī)定，比如降雨、徑流資料用相關(guān)法的插補(bǔ)延長，規(guī)定相關(guān)線的精度：75%的點據(jù)誤差控制在±10%以內(nèi)，或80%的點據(jù)誤差控制在±15%以內(nèi)，后者略放寬。資料系列的延長幅度控制在30%～50%以下。還規(guī)定10年以下的資料，一般不做延長，其點據(jù)作為參考點。這些規(guī)定是為了強(qiáng)調(diào)使用水文資料的嚴(yán)肅性。

7.水面蒸發(fā)折算系數(shù)的研究

水面蒸發(fā)量的觀測，無論站網(wǎng)建設(shè)，還是蒸發(fā)量器皿的使用，歷年變化很大，五十年代，測站上普遍采用口徑80cm套盆式蒸發(fā)器及直徑20cm的小型蒸發(fā)器。口徑80cm套盆式蒸發(fā)器中也有幾種形式，如有防鳥加網(wǎng)蓋型和防鳥罩型，加水深度也不統(tǒng)一。

1964年以后，國家在站網(wǎng)上普遍推行E601蒸發(fā)器，此型儀器是蘇聯(lián)ИИЕ-3000型的改進(jìn)型，口徑一致，即為61.8cm，面積為3000cm²，E601加外套水圈，所以其受周遭溫度影響較小，觀測資料穩(wěn)定性亦好。

我省水面蒸發(fā)站網(wǎng)布設(shè)采用以下原則：即以小型蒸發(fā)器作為面上控制，原則上每個水文站都進(jìn)行觀測；E601型蒸發(fā)器作為骨干代表站，全省共設(shè)四十余處，E601觀測要與氣象觀測配套，因此測站按要求建設(shè)全套氣象觀測，設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)氣象場。其目的是研究蒸發(fā)量與有關(guān)氣象因子的關(guān)系，建立蒸發(fā)計算模型。同時都要配套小型蒸發(fā)儀器，以推求折算系數(shù)，將小型資料換算為E601資料。

經(jīng)過水資源評價工作中的系統(tǒng)分析研究，我們發(fā)現(xiàn)E601與E20的折算系數(shù)是穩(wěn)定的，而且在地區(qū)分布上，也是很有規(guī)律的，全國的變化范圍為0.60～0.73，北方小、南方大。在北方，黃河流域普遍采用0.65，甘肅省東部地區(qū)0.65，河西地區(qū)0.63，內(nèi)蒙古地區(qū)采用0.62，新疆采用0.61。

關(guān)于蒸發(fā)量的公式：大家都用以下公式：

E₆₀₁=α(e₀-e₁₅₀)（1+bw₁₅₀）

式中e₀-e₁₅₀—水汽壓力差（mb），w—平均風(fēng)速（m/s）

現(xiàn)列舉幾個公式：

甘肅公式：E₆₀₁=5.0(e₀-e₁₅₀)（1+1.08w₁₅₀）

本式為計算月蒸發(fā)量公式

廣東公式：E₆₀₁=0.2(e₀-e₁₅₀)（0.18+0.38w₁₅₀）

計算日蒸發(fā)量

長辦公式：E₆₀₁=0.2(e₀-e₁₅₀)（1+0.32w₁₅₀）

計算日蒸發(fā)量

8.甘肅東部地區(qū)年降水量和年徑流關(guān)系

甘肅東部地區(qū)地貌類型復(fù)雜，包括了黃土高原，隴南山地等多種復(fù)雜的地貌和下墊面類型，如黃土高原丘陵溝壑區(qū)、黃土高原林區(qū)、土石山混合區(qū)、石山林區(qū)、青藏高原東部高山峽谷區(qū)等。這些地區(qū)由于下墊條件的差異性，而導(dǎo)致流域產(chǎn)流特性的巨大差別，（見有關(guān)論文）。從中可見黃土高原林區(qū)產(chǎn)流率最小，而隴南高山區(qū)產(chǎn)流率特大，如以600mm降水量為例，其徑流深相差5倍以上，這種水文特性也可算是我們甘肅水文的一大景觀。

9.我國東部山丘區(qū)代表流域年降水徑流關(guān)系

我國東部山丘區(qū)包括：東北嫩江、牡丹江、第二松花江、渾河、太子河、華北山區(qū)諸河、淮河南岸諸河，長江中下游主要支流、東南沿海諸河及廣東沿海諸河。由于這些河流的流域大部分為石質(zhì)山地，流域高程多在500～1500m左右，植被好。因此這些河流的年降水徑流關(guān)系表現(xiàn)為一條直線（下圖），而且點帶整齊密集，十分驚人，我記得福建省水文總站也曾畫過一張這樣的圖，全省降水徑流關(guān)系中，幾乎所有河流的點據(jù)，都在一條直線上。

以上情況說明，我們甘肅確是研究水文規(guī)律的好地方，不僅降水徑流關(guān)系，其他許多方面的客觀水文自然規(guī)律都是極其復(fù)雜的。

我國東部年降水徑流關(guān)系圖

10.灌區(qū)模式的區(qū)分

根據(jù)河西各種灌區(qū)的差異性，我們第一次將灌區(qū)劃分為兩種模式，即閉合型灌區(qū)模式，及開敞型灌區(qū)（亦可稱為扇形）模式。

河西走廊區(qū)由紅崖山、合黎山、黑山等一系列高低山系劃分為南盆地和北盆地兩大系列。南盆地由東至西分別為武威盆地、永昌盆地、張臨高盆地、酒泉盆地、玉門盆地等；北盆地則對應(yīng)地為：民勤盆地、金昌盆地、鼎新盆地、金塔盆地、安西盆地以及敦煌盆地等。

南盆地灌區(qū)多為閉合灌區(qū)，而北盆地則都為開敞型灌區(qū)。所謂閉合灌區(qū)即灌區(qū)下游有一道山脈屏障，且只有一個出水峽口(或基本為一個出水口)，如武威盆地灌區(qū)出水口為紅崖山；張掖灌區(qū)下游出水口為正義峽；酒泉灌區(qū)為鴛鴦池；玉門灌區(qū)下游為雙塔堡。

閉合灌區(qū)的特點：所有上游水源都流入一個盆地式灌區(qū)，而其下游只有一個出口。在這個盆地式灌區(qū)中，從上游至下游水量有多次重復(fù)利用，比如從上到下有：山水灌區(qū)—第一層次井灌區(qū)—泉水灌區(qū)—第二層次井灌區(qū)—泉水河道灌區(qū)—泉湖灌區(qū)等，最后剩余的泉水或者汛期的洪水由一個輸水河道排出下游。

閉合灌區(qū)的最主要功能，就是其水資源的多次重復(fù)利用，因而其水資源的總體利用率高，所體現(xiàn)的總的耗水水平低。灌區(qū)下面就像有一個大水盆，從上到下，一次次灌水的回歸量（下滲量）都復(fù)歸入水盆內(nèi)，水盆下游方只有一個出口（底檻），沒有任何水量向其他地方流失。

開敞型灌區(qū)的特點是：一個進(jìn)水口，向下游水流渠道分散，水量沿程蒸損濃縮，礦化度節(jié)節(jié)增加，至下段地下水又變成大于2g/L的高礦化水，使其失去應(yīng)用價值。因此扇形灌區(qū)多數(shù)為一次性利用，最多在上游段發(fā)展一次井灌，因此重復(fù)利用率很低。在灌區(qū)下游往往淡咸水早混致使水資源再無法利用，因而水的浪費十分嚴(yán)重。

11.水資源的可持續(xù)利用問題

水資源的可持續(xù)利用根據(jù)不同的地域、河流、社會等許多情況而有不同的理解，僅就河西地區(qū)的特點提出以下看法：

⑴水源的穩(wěn)定性

河西是灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，有水就有地、就有社會，古今概莫能外。所謂可持續(xù)發(fā)展的前提，就是天然水資源要穩(wěn)定，這就是基礎(chǔ)。對于河西來說，包括西部新疆等地，水資源都來自高大山區(qū)，多年實測水文資料表明，天然來水量是非常穩(wěn)定的，以河流年徑流變差系數(shù)Cv來評價：河西各河流：石羊河0.25、黑河0.16、疏勒河0.24、討賴河0.16?？傮w都在0.15～0.25之間，可以說歷年河流水量變化是很穩(wěn)定的。我國東部許多河流的Cv值在0.3～0.4。新疆的河流Cv值更小，如南疆諸河Cv值在0.11～0.2之間，更為穩(wěn)定。河水變化穩(wěn)定，這是大自然的客觀存在，不是一般的人為因素可以變更的，當(dāng)然在山區(qū)大規(guī)模地開荒，破壞森林，植被，肯定會改變流域自然特性，對河川徑流產(chǎn)生不利影響，是應(yīng)堅決制止的。因此在西部維系水資源的可持續(xù)利用，第一要務(wù)是保護(hù)山區(qū)生態(tài)環(huán)境。

⑵在節(jié)水和重復(fù)利用上下工夫

天然來水量不能增加，而社會用水量卻在不斷地增加，這個矛盾如何解決，顯然只能在科學(xué)用水上下工夫。對于農(nóng)業(yè)來說，首先充分利用閉合灌區(qū)的固有優(yōu)勢，發(fā)展多層次的重復(fù)利用機(jī)制（暫不用所謂現(xiàn)代節(jié)水灌溉節(jié)水）使水資源的利用率達(dá)到最高，亦即使單位灌面凈耗水率降到最低，如300m³/畝或以下，相當(dāng)于450mm，若加上降水量則可達(dá)550mm，這樣的灌水量維持較高的綠洲生產(chǎn)水平是可以做到的，武威盆地恐怕已經(jīng)達(dá)到或接近這一水平。

對于下游扇形灌區(qū)，則應(yīng)采用以色列模式，即全部管道化，自動控制采用最先進(jìn)的滴灌、滲灌、微灌等先進(jìn)技術(shù)，吃干喝盡。在目前達(dá)不到這一水平情況下，則應(yīng)采用“金塔模式”（見后文）

⑶對城市的用水及污水處理應(yīng)及早性采用“0”排放的措施，否則遺患無窮。對工業(yè)用水則應(yīng)提倡高重復(fù)利用模式，以及強(qiáng)制執(zhí)行“0”排放。因為城市和工業(yè)用水凈耗水率低，0排放的“中水”仍可作為農(nóng)業(yè)用水，或城市綠化用水。

12.金塔模式

金塔灌區(qū)位于討賴河（北大河）下游北盆地，其灌區(qū)為一向下游張開的三角洲（扇形），其水源為鴛鴦池水庫，從扇形頂部進(jìn)入。（請參閱“河西”報告）這里只簡單介紹開敞灌區(qū)灌溉配置方法的簡單模式：灌區(qū)從上游到下游可劃分為四段：

⑴上游河井混灌，人工回灌區(qū)——面積約占三角形1/3～1/4。此區(qū)地下水位較深，水質(zhì)好，適宜于上游來水（冬季多余來水）的回灌，全年實行渠、井共灌。這里發(fā)展井灌是為了將渠水向下游多供。

⑵中部河井混灌，以渠水改造渠間鹽堿地，增加灌溉面積，使綠洲密集化，降低地下水位，減少或抑制地下水質(zhì)變壞，改變葡萄藤式灌區(qū)形態(tài)。

⑶北部河井水混灌洗鹽區(qū)，將大于2g/L的地下水抽入渠內(nèi)稀釋，澆灌耐鹽作物或林果，以盡量利用余水，增加水的重復(fù)利用次數(shù)。

⑷灌區(qū)北緣排鹽區(qū)，選擇東、中、西三處相對低凹地段辟為排鹽區(qū)，以井排為主，降低中北部地下水的含鹽量。排鹽區(qū)周圍可以發(fā)展鹽生和沙生植被，維護(hù)綠洲外圍天然生態(tài)環(huán)境。

總的目標(biāo)是促進(jìn)綠洲密集化，提高水的重復(fù)利用，實現(xiàn)灌溉面積最大化，保持中段地下水質(zhì)良好率，抑制北段上部地下水質(zhì)變壞，使高礦化水線向北推移，亦即為避免淡鹽早混。

金塔模式是基于現(xiàn)行灌溉制度（地面灌溉）的基礎(chǔ)上的一種權(quán)宜方法，當(dāng)然在扇形灌區(qū)最好的灌溉制度應(yīng)該采用以色列模式，吃干喝盡，滴水不漏。到那時將會出現(xiàn)：整個灌區(qū)下面沒有地下水（或者很深）沒有土地鹽堿化。

13.金塔灌區(qū)地下水補(bǔ)給量及可開采量的估算

金塔縣原來有關(guān)報告，估算的地下水補(bǔ)給量為3.05×108m³，可開采量為1.5×108m³。作者在“河西”研究報告中作了修改，主要根據(jù)灌區(qū)地下水埋深的實際變化資料為依據(jù)進(jìn)行了分析（圖）。

金塔灌區(qū)中部地下水埋深過程線分析圖

從代表性地下水埋深過程線上分析，每年有兩次下降和兩次上升段，上升與下降是灌溉與蒸發(fā)相互作用的結(jié)果。地下水的排泄方式以豎排為主，灌水量與蒸發(fā)量的對比，3～4月與9～10月為盈余期，也是主要補(bǔ)給期；6—8月為主要虧耗期，地下水位下降最多，等。據(jù)以上分析，設(shè)△Z₁、△Z₂為前后兩個時段地下水位下降值，△Z₃為開采影響的地下水位下降值，則地下水補(bǔ)給量按下式計算：

W補(bǔ)=μFΣ△Zi=μF（△Z₁＋△Z₂+△Z₃）

式中F△Z₃=W井采，為已知數(shù)，則上式可寫為

W補(bǔ)=W井采+μF（△Z₁+△Z₂）

△Z₁，△Z₂按全灌區(qū)平均分別采用0.8和1.2m，

則，W補(bǔ)=1.452×10⁸m³≈1.5×10⁸m³，

此數(shù)約為進(jìn)入灌區(qū)水量的，可認(rèn)為合理。

地下水的開采量計算：由于地下水的開采期主要在灌水季節(jié)，則可開采量實為奪取其部分潛蒸量，設(shè)△Z₄為此部分影響地下水位的下降值，則可開采量為：

W可采=μF△Z₃+μF△Z₄，

式中△Z₄為3～11月期間奪取潛蒸發(fā)量的下降值，全灌區(qū)平均選用1.2m，則

W可采=1.023×10⁸≈1.0×10⁸m³,

此數(shù)為進(jìn)入灌區(qū)總水量的40%，亦較為合理。

14.甘肅黃土高原河水礦化度與流域平均年降水量的關(guān)系

甘肅黃土高原以及相鄰的寧夏回族自治區(qū)河水礦化度與流域年平均降水量有很好的關(guān)系（見下圖）。黃土高原干旱、半干旱區(qū)廣大的面積上河流水質(zhì)逐漸變壞，有許多苦水河流分布，其分布特點與降水量有密切關(guān)系。主要苦水區(qū)分布在清水河、祖厲河、馬蓮河西川上游、渭河北岸諸支流、洮河下游兩岸諸支流。經(jīng)多年的觀測和分析，我們發(fā)現(xiàn)河流苦甜水的分界線大體以年降水量450mm為界，500mm以上的地區(qū)基本全為淡水區(qū)，礦化度小于0.5g/L;最高的地區(qū)出現(xiàn)在300～350mm一帶，其礦化度最高可達(dá)20g/L以上，在這些地區(qū)年徑流深一般只有10mm左右。

河水礦化度與年降水量的關(guān)系

年降水量小于300mm的地區(qū)，河網(wǎng)正常年無水，只有偶發(fā)洪水，而洪水的礦化度較低，但基本為高含沙混水，可利用的清水極少，且持續(xù)時間極短。

15.雙累積曲線的應(yīng)用

雙累積曲線法原本應(yīng)用于水資源評價中水量還原計算，首先在長辦作了介紹。我們在“河西”報告中第一次引用，來分析河西各主要河流水系上下游水量變化關(guān)系，取得了滿意的成果，受到國內(nèi)專家一致好評。如新疆水文總站原主任周聿超評價：“通過上下游水文站流量雙積累關(guān)系曲線可以直觀地看出下游水量的變化，并可利用近期變化的預(yù)測”。張世法（南京所水資源室主任、國家級優(yōu)秀專家）說：“建立南北盆地入口控制斷面徑流雙累積曲線相關(guān)法，一目了然地闡明了石羊河、黑河、疏勒河等水系上游灌區(qū)發(fā)展和利用水量增加對下游灌區(qū)用水的影響的程度，做了定量評價”。

通過對黑河上下游雙累積曲線分析，還驗證了高崖站的重要意義，認(rèn)識到高崖站將張臨高綠洲分為上下兩段，對灌區(qū)耗用水量的分析十分重要。

在研究黃土高原水土流失規(guī)律時，也應(yīng)用了雙累積曲線。分別采用了指標(biāo)降水與累積輸沙量的關(guān)系和指標(biāo)降水與流量的雙累積關(guān)系曲線，均取得了良好的分析成果。

16.關(guān)于灌區(qū)凈耗水量的概念及其計算方法

農(nóng)田灌溉中常用的詞匯有灌溉定額、灌水定額、渠系利用系數(shù)、灌溉回歸水等許多。但說到凈耗水量則用得較少，原因是它難以直接求得。由于不知道一畝地一年中究竟凈消耗了多少水，因而往往認(rèn)為灌溉定額就是耗水的數(shù)量，有的人寫了這樣的論斷：“西部以缺水著稱，西部亦以灌溉方式粗放聞名；渠系利用系數(shù)僅0.45，輸水損失量將近輸水量的一半；大水漫灌是西北地區(qū)普遍采用的灌水方式；西部地區(qū)的灌溉定額普遍高，有的多達(dá)1200m³/畝～1500m³/畝等”。

持這樣觀點的人不少，很多還是所謂的大專家。其實他們對西部的認(rèn)識是錯誤的，而且造成許多誤導(dǎo)。

實際情況是怎樣的呢？作者在“河西”報告中提供了詳盡的分析，第一次用水平衡的方法，對一個個灌區(qū)進(jìn)行了分析，得到了每一個灌區(qū)的凈耗水水平。

水平衡原理：在一個基本閉合的灌區(qū)盆地內(nèi)，可以認(rèn)為：

總耗水量=總?cè)肓?總出流+超采量，

總耗水量除以總灌溉面積即得畝凈耗水量。具體數(shù)字列舉如下：武威盆地394m3/畝、張掖灌區(qū)428m³/畝，最低的西大河灌區(qū)只有298m³/畝（原因為上游冷涼灌區(qū)）。

可見前面專家們的結(jié)論完全是妄斷。當(dāng)然對于下游一些開敞形灌區(qū)，其凈耗水也有上千方的，這是另一個概念。

所謂大水漫灌、串灌等灌溉方式，更是臭名昭著，幾乎成了老鼠過街的陣勢。所謂大水漫灌和串灌是因應(yīng)灌區(qū)地面坡度太大而形成的一種灌溉方式，其上塊地與下塊地高差大，使得從渠道（農(nóng)渠）引水困難，因而只能由上塊地引入的水，來串流至下塊地（地埂上有水口）；大水漫灌是因地塊大，所以進(jìn)地水也必須大才能灌好。

這兩種方法是不是就浪費水呢？完全不盡然，因為這些地塊都在山水灌區(qū)的上段，地陡、土薄，灌溉回歸水非常大，因而看似灌的多，實則回歸的更多，總體來說應(yīng)該是節(jié)水的。一位長期從事基層灌水工作的同事就認(rèn)為串灌漫灌可以節(jié)水。美國的涌流灌水技術(shù)是節(jié)水樣板，它的地塊可大到幾十畝。有一位陜西某大學(xué)教授說：他認(rèn)為大水漫灌不浪費水（在新疆一次學(xué)術(shù)會上發(fā)言），我聽了為之竊驚！

17.在西北地區(qū)水利開發(fā)模式的探索

在這個探索中，我提出以下概念：

①灌區(qū)的密集化及土地集中連片的問題（本題另作專講）

②回歸水眾口歸一問題：所謂眾口歸一是指南盆地閉合灌區(qū)內(nèi)，其下游段的退水出口，應(yīng)盡量讓其歸于一個出口通道，如石羊河之歸于紅崖山，張臨高盆地之歸于正義峽，酒泉盆地歸于鴛鴦池，昌馬灌區(qū)之歸于雙塔堡等。這樣可以避免水流分散而增加水的浪費。一個明顯的例子就如將黑河水引入高臺許三灣，而使其灌區(qū)回歸水不能歸入正義峽。修二草灘水庫（酒鋼）也是這樣的問題。

③儲水于山區(qū)：灌區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，核心的問題在于挖掘有限水資源的潛力，做到水資源的集約利用，降低單位面積的耗水量，提高水的利用率。儲水于山就是集約利用的最好的途徑之一。有句民諺曰“潑水難收”。其意謂水不能分散，應(yīng)集中按計劃有效利用。

平原區(qū)水庫的水面蒸發(fā)量是山區(qū)的2.78倍，若為下游沙漠邊緣水庫更大達(dá)3.76倍，說明河流水量儲水于山的重要意義。特別是汛期洪水特別集中的河流更應(yīng)如此。

④提高輸水標(biāo)準(zhǔn)，提升渠系有效利用系數(shù)，

提高渠道輸水標(biāo)準(zhǔn)，實質(zhì)就是提高渠系有效利用率，以色列為什么16億m³水資源（尚需分水約旦），能養(yǎng)活600萬人口的農(nóng)業(yè)、工業(yè)生活等多方面用水呢，實則就是提高輸水標(biāo)準(zhǔn)（管道化）滴水不漏。不能說是為了保護(hù)自然生態(tài)，而把許多水量（現(xiàn)在所說的生態(tài)用水量）放入沙漠（內(nèi)格夫沙漠）。

⑤優(yōu)化灌溉制度，降低灌溉定額及選定適宜的灌次。對于下游扇形灌區(qū)則應(yīng)優(yōu)先采取以色列模式，在經(jīng)濟(jì)條件不允許的情況下，亦應(yīng)采用“金塔模式”。

不論在南盆地或北盆地均應(yīng)充分發(fā)揮“水的重復(fù)利用模式”以提高水的利用率。

灌區(qū)重心上移，使單位耗水量降低，西大河的西河灌區(qū)就是一個典型的例子。

在水的礦化度由山區(qū)出口的300mg/L,直至最下游最后達(dá)到3000mg/L,這一長程演變過程中，要實現(xiàn)多次重復(fù)利用（包括多次井灌），最忌諱的就是直接將淡水引至下游的地下水咸水域，一次灌溉而淡咸早混，是極大的浪費水資源。

18.黃土高原與沙漠

黃土高原是怎樣形成的，在網(wǎng)上討論得很多，一致認(rèn)為是由西部沙塵暴將細(xì)土吹來沉積而成，這是無疑的事實。問題是有多少黃土、多少沙子，它們的關(guān)系是什么，沒有看到有人研究過。

作者在上世紀(jì)九十年代寫了“對沙漠和沙漠水問題的探索”一文，文中詳細(xì)分析了沙漠的成因和黃土高原的形成及其相互關(guān)系，并計算出了黃土、沙漠沙的數(shù)量，求得黃土總量為：10.6×10⁴km³。

沙漠沙的總量為：1.08×10⁴km³。

這樣的沙量可信度如何？對西部所有的沙漠（不包括東部渾善達(dá)及科爾沁沙漠）進(jìn)行計算，得到了沙漠的平均厚度為20m，顯然這個數(shù)字是可以接受的。因為雖然有的沙漠沙丘很高大，甚至超過100m的，但低平的沙丘和沙地很多。

怎么樣把沙漠和黃土聯(lián)系起來的？我們有一個巧妙的辦法，這要從源頭說起。本來，西部存在著大面積的洪積和湖積平原，這些平原上都有深厚的土層，它們都是由河流泛濫沖積和淤積所形成，也說明歷史上這些地區(qū)氣候比較濕潤。后來，青藏高原隆起，西北地區(qū)變成干旱區(qū)，地表植被逐漸消失，土層失去保護(hù)，風(fēng)起土走，留下了土中的粗粒部分，變成沙漠，而飛塵土沉積形成黃土高原。為什么塵土要沉積在現(xiàn)在的黃土高原呢？這與地形（主要是大的地塊）有關(guān)，這條西風(fēng)“大河”由于烏鞘嶺—毛毛山“丁壩”式的阻擋，而彎向東北，在其下游右岸形成旋流和緩流區(qū)，則現(xiàn)今的黃土高原位置恰在此彎道的右岸下游，于是形成沉積區(qū)。黃土高原土層級配由西北向東南逐漸變細(xì)，就說明沉土流向及其沉積的先后順序，即粗粒先沉，細(xì)粒后沉。

洪積、湖積（細(xì)土平原）平原大量的泥沙都是河流從上游搬運(yùn)至下游的，由此我們認(rèn)為沙漠沙和黃土，都是原來河流的搬運(yùn)物。一張三種土樣的顆粒級配坐標(biāo)圖，即說明了一切原由，原來河流搬運(yùn)的泥沙的級配，極近于沙漠沙和黃土級配的合成。大體以0.15mm為分界，沙漠沙粒徑基本大于此數(shù)，而黃土則小于此數(shù)?？芍衬沉空己由沉康?0%，黃土占90%。

知道了黃土總量，即可計算出沙子的總量。黃土總量是按黃土高原面積分塊計算的，假定了黃土平均厚度。顯然這個平均厚度存在估算誤差，黃土總量當(dāng)然也就有差誤了。有多大呢？我們以下面方法反評：

①計算黃土高原的總侵蝕量：取典型地段做黃土高原地形剖面，（以涇河流域中部為代表），求得總侵蝕量與黃土總量之比為0.4：1，即侵蝕量為40%。我們知道華北平原中的黃河沖積平原，海河水系及淮河北岸平原等地均為黃土淤積平原，約計30萬km²，則可計算得平均淤積深度為141m，如果將渤海、黃海的淤積量計入，若以一半計算，則平均淤積厚度約為百米。

此數(shù)是可信的！因而上述計算結(jié)果均是可信的。當(dāng)然希望有志者利用現(xiàn)代高精測算技術(shù)進(jìn)行研究，希望得出的數(shù)量級能與我的一致。

19.有關(guān)綠洲問題的思考

①綠洲是在大的干旱荒漠背景下，依傍山區(qū)河流水資源供給的數(shù)量，在人文條件下（現(xiàn)今已很少純天然綠洲），和地形、地貌條件及細(xì)土平原的分布格局而形成的多種平面形態(tài)的綠色植被帶，包括農(nóng)田、林地、人工草地等的綜合生態(tài)體系。這樣一個體系，我們可稱之為人工生態(tài)體系，有別于天然生態(tài)體系。

②綠洲的總面積在西部甘、青、新地區(qū)與荒漠之比是很小的，以河西地區(qū)為例，其綠洲總面積約1.4萬km²，而其周圍的沙漠戈壁總面積（包括甘肅境內(nèi)及內(nèi)蒙古阿拉善高原）約37萬km²，僅約為1/30?？梢娋G洲為瀚海之孤島，且分布極其分散零碎。

③在當(dāng)前的自然、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，對大面積的荒漠和干旱戈壁的改造，既無可能，亦無必要，而應(yīng)以保護(hù)和改善綠洲和工礦交通等設(shè)施為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的核心。避免干旱地區(qū)荒漠化問題的發(fā)展，實質(zhì)上就是改善綠洲的人工生態(tài)體系和維護(hù)外圍天然生態(tài)體系的有機(jī)結(jié)合。

④西北地區(qū)水利建設(shè)的終極目的，就是要促進(jìn)綠洲建設(shè)的完善和優(yōu)化，實質(zhì)就是實現(xiàn)綠洲的規(guī)?；兔芗?，用這一思想去規(guī)劃灌區(qū)布局?？梢杂幸韵轮笜?biāo)：a.綠洲總面積有一定的規(guī)模，b.灌區(qū)應(yīng)集中連片，c.灌區(qū)形狀系數(shù)（長、寬比或面積、長度比）適當(dāng)，d.綠洲密度（灌區(qū)面積與綠洲面積之比）要大。關(guān)于綠洲密度可分為三級，如：密集型：比例系數(shù)達(dá)到65%～70%以上，最優(yōu)的可達(dá)到80%～85%；標(biāo)準(zhǔn)型：其系數(shù)為40%～65%，說明綠洲已經(jīng)比較稀疏了，這就是改造的對象。次級綠洲：其灌溉面積率低于40%，已近于半荒漠的程度，這一帶已成為人工生態(tài)和天然生態(tài)的交綏地帶，所以應(yīng)是綠洲建設(shè)重要的和爭取的地區(qū)。

⑤綠洲的節(jié)水機(jī)制

為什么西部地區(qū)水利建設(shè)的終極目標(biāo)或者說社會發(fā)展的可持續(xù)性（用現(xiàn)代語言表述），就是促進(jìn)和建設(shè)優(yōu)化綠洲，是因為它有以下優(yōu)異的特性：a.綠洲能產(chǎn)生冷島效應(yīng)，即綠洲內(nèi)部的氣溫在盛夏遠(yuǎn)低于戈壁沙漠，相應(yīng)地也增加濕度，使氣候宜人。b.綠洲像個塑料大棚，因此它具有大棚的優(yōu)越氣候生境，其特點是：夏季在綠洲上方（100～200米范圍）存在一逆溫層，它就像一個塑料大棚，使上升氣流受阻，因而綠洲內(nèi)的水汽也不能大量地散逸，于是保護(hù)和提高了濕度，減少總體的蒸發(fā)量，體現(xiàn)出了綠洲的節(jié)水效益。武威灌區(qū)和張掖灌區(qū)的單位耗水水平如此之低，就是最好的實例。我們在分析和研究內(nèi)蒙古河套灌區(qū)典型試驗的資料時，也得到同樣得結(jié)論。c.綠洲邊緣逸出水汽的再利用。在綠洲邊緣地帶，已是沙漠綿延分布，在沙漠上夏季（暖季）白晝大氣中的水汽通量是向下的，這幾乎是違反常識的，然而它是事實（有“黑河試驗成果”證明），這些水汽最終進(jìn)入沙層而形成沙漠凝結(jié)水，正是由于它的存在，才使沙丘上的沙生植物旺盛，這是維系綠洲外圍天然生態(tài)環(huán)境的最重要條件；而這些凝結(jié)水歸根結(jié)底有一部分還是由綠洲逸出的水汽供給的。d.劣化綠洲的后果，有一些河流灌區(qū)分布的很稀疏，有的沿一條渠道形成一條綠色帶，有的渠線分布像葡萄藤一樣，一條與一條分開，有的長距離引水，灌遠(yuǎn)地等。使灌耕地鑲嵌于沙漠戈壁之中，這就會出現(xiàn)所謂的“曬衣繩效應(yīng)”，水量蒸發(fā)滲漏損失非常大，這樣的灌區(qū)，灌溉定額是非常大的，而且不能再重復(fù)利用。

⑥以色列模式的利用

對以色列的水資源利用模式，近些年來也再沒見到有關(guān)報道，只知道是輸水管道化，總之是滴水不漏，顯然不存在所謂的灌溉回歸水，當(dāng)然就沒有地下水補(bǔ)給了。地下水大量下降的結(jié)果，地表樹木、草地枯萎，猶如民勤沙棗林大面積枯死的情景。是這樣的嗎？那么，他們的自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)是怎樣考慮的？

⑦關(guān)于綠洲的降格問題

我們現(xiàn)在所研究的綠洲大部分應(yīng)是密集綠洲和標(biāo)準(zhǔn)綠洲，它們的“降水當(dāng)量”（灌溉＋降水）前者約為600mm，后者為500mm左右，如果在綠洲的外圍發(fā)展一些次級綠洲其降水當(dāng)量在400mm以下，甚至只有300mm、200mm，這樣的綠洲會是怎樣的，它們的生存能力如何，會不會被荒漠吞噬。300mm相當(dāng)于每畝200m³，搞滴灌大概可以。這些方面須進(jìn)一步的試驗研究。在現(xiàn)有綠洲外圍發(fā)展這種低標(biāo)準(zhǔn)綠洲，是完全可以的，這可為大量節(jié)水創(chuàng)出一條新路。