水文工作创新百题：浮标系数研究成果与测验工作方向

水文工作创新百题

一、第一类水文测验工作方面

1.浮标系数的研究成果

20世纪50年代水文站的流量测验除小水外基本上是用浮标法，采用的浮标系数，不论大小河流一律用老“八五”（0.85）系数。1956年后，开始执行水文测验规范，觉得一律用0.85系数有问题，首先在整编定线中发现了问题的存在：即大部分站低水流速仪流量点子和中高水浮标点子不衔接，因此认为是采用浮标系数不当造成。于是就在站上广泛开展了流速仪和浮标法测流的对比试验。首先要解决过河设备的问题，各站普遍建设吊箱，有的搞缆道，这样就解决了中、高水流速仪测流问题。我们在许多站都开展了对比试验，积累了大量的对比资料。在此基础上作者进行了全面分析，写出了《内陆河中小河流浮标系数的分析》文章，提出了适合我省河流的浮标系数计算公式：

K₁＝C/（C+8）　　（1）

K₂=

其中（1）式为各站广泛采用，大大提高了流量测验精度。比如中小河流现在采用的系数大部分为0.74～0.78，显然较原用0.85系数减少10﹪以上。

2.创建第一个简易缆道

1955年，我在莺落峡水文站创建了第一个简易水文缆道，是用当地铁匠打造的铁铰关，很粗糙，但初步解决了中水流速仪测流问题，提高了测验精度，也为研究解决浮标系数创造了条件。

3.提出关于变动固定垂线测流的方法

在水文测验规范中规定流速仪采用固定垂线法，即断面上按河宽布设一定数量的垂线，保持长期不变。后来我们发现，在大卵石河床上，测深误差很大，有的垂线恰好对准大石块，有的则测到石缝间，所以固定垂线有它的缺陷。我在具有大卵石河床的站上提出了变换垂线的测流方法，即若固定垂线为距离的一、三、五、七、九数，则变动后可按二、四、六、八、十来布线。两种方法交替测流。虽然流量点子可能乱些，但通过点群中间定水位流量关系线，其精度定能反映真实情况。因此可以提高测流精度。我们在双城站做了这样的对比试验，在水位基本不变的情况下，我们四个人，各测一份流量，按不同垂线布线，结果，四份流量最大误差达10%，可见提高单次流量测验精度的重要性。

4.垂线流速分布的研究

作者在《碧口水文站垂线流速测验精度分析》中采用过两种垂线流速分布形式，即对数型公式和抛物线形公式，如下：

　对数型：Vx＝a＋bLg（H-Hx）

式中Vx－为垂线上任一点的流速，H－垂线水深，Hx－为相应于Vx的测点水深。

　抛物线公式：y²＝2PX，

对于垂线流速分布曲线，假定Vmax处为坐标原点，分别取横、纵坐标，曲线上任意一点a的横坐标为Vm-V,纵坐标为H-Hm,代入上式，则移项后，得垂线流速公式为：

　　V=Vm－1/2P(H-Hm)²，即为标准公式。

通过对碧口站实测资料的分析，得出该站的垂线流速公式为：

　V总=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

可见该站断面流速公式基本上适用于对数公式，只两岸部分,其流速分布为抛物线形。

此外，对许多中小河流也进行了大量研究，发现其垂线流速分布并非上述两型，而是表面流速大于0.2水深流速，其分布曲线为S型，特别是大卵石河床，比降较大的河流更为突出，这就形成了水面流速系数更小的特点，也符合浮标系数为什么特小的缘故。这一发现，对指导测验工作有重要意义。

5.糙率的研究成果

作者在1959年《对于内陆河流域中小河流浮标系数的分析》一文中，提出过河流糙率计算公式：

n=H^γI^λ=KI^λ

并据大量资料综合得经验公式为：

n＝0.223I^1/3

根据以后大量洪调工作应用，此公式对于中小河流卵石河床是适用的。

在曼宁公式中，糙率与水力半径（平均水深）和比降有关，此公式为什么去掉了水深一项，因为前提是中小河流，因其平均水深一般均小于2.0m，因此影响较小，为了方便应用故而简化。

1979年进行了全省性的系统分析，提出的糙率公式为：

n₁＝0.134I^0.29　　适应于黄土高原混水河流

n₂＝0.225I^0.34　　适应于卵石河床清水河流

此两公式经大量的洪调工作检验，是合理的，也方便应用。这里值得指出的是我们发现了两种河流的差别性，特别是黄土高原多泥沙河流，其糙率的特殊性。分析其原因，河床多由泥、沙、小卵石组成，且河底平整，有稀泥漫光墙的特点，所以其糙度小，自然糙率就小了。因而这些河流的流速较快，这也是造成洪水汇流时间短、陡峰的原因之一吧。

6.泥沙脉动试验

1957年我们在李家村水文站进行泥沙脉动对取沙精度影响的研究，先后在相对水深0.2、0.6、0.8处完成6个测点的连续取样，工作量是很大的，分析结果：相对水深0.6一点法取样，只要重复两次（单沙水样为混合水样）其误差可控制在±5%以内，达到规范要求；0.2、0.8水深处单沙取样，则要重复三次，否则其最大相对偶误差达＋15.9%～8.0%。当前泥沙采样方法（横式采样器）单次采样其误差是很大的，一般在7%～8%以上，超规范要求精度出现的机率达40%～50%，因此建议测站单沙取样一般应采用二线一点混合或一线二点混合，以提高测验精度，目前许多站采取岸边一点法，更是不允许的。

7.河道冲淤变化规律及整编定线方法

经多年研究，河道冲淤（主要是多沙河流）类型大体可归纳为三种类型，即：①涨峰过程和冲刷过程对应型，②冲深滞后型，③峰后淤积型，这也不能概全。冲刷过程随峰型变化，往往是错综复杂的。水位～流量关系定线也要根据具体情况来决定，由于冲淤变化复杂，冲淤型绳套曲线也是多变的，我归纳主要有8类型，请参阅《对河流断面冲淤变化规律及其整编定线方法的再认识》。

8.河道冲深的规律

经过资料分析，认为刷深和涨差成正比，同水位级峰后较峰前刷深加大。建立了以下涨差与刷深关系

D=1/2Hm

D—主槽段平均刷深（m），Hm－平均涨差（m）

本公式反映了大洪水冲淤的一般规律，主要反映了多沙河流的情况，对于具有缓弯道复式河床的主流部分，具有普遍性的意义。这一公式近似地认为是冲刷的上限。

9.水流平面图

水流平面图是指测流断面上下游测验河段范围内河道水流流向的态势，用平面图来表示，它是比较准确地确定流量测验断面走向的依据，避免了一般目测定线的不确定性，特别是对大河流。50年代，我们在李家村水文站用两种方法，进行了水流平面图的测量作业，一种方法是用小平板仪施测，主要是用断面法。第二种方法是用经纬仪施测，所谓单点法（追踪浮标法）作业。显然前一种方法的图面上较简单，后一种方法则精度较好。

用水流平面图测量的结果，校正了李家村站测流断面走向，并予以改正。因为李家村断面是复式河槽，不同水位级的流向也有差异，原来凭经验定的断面不能准确的反映实际情况。这次测量成果是全省的第一次，也应属于是开创性的。

10.冰川河流的测验

为了研究夏季冰川融水量的变化，则需实测冰川河流的水量。在冰舌下端，有融水小河，但其水流流行于冰碛堆积物，大石横亘的陡坡上，所以难于有所谓的好断面进行仪器测流。在这种情况下，我们采用了两种办法，达到了测流看水位的目的，而且所得水位流量关系还非常好，是一条光滑的抛物线。

第一个方法，人工清理修出一条测流断面，当然也只能有几米长，然后栽水尺，装起点断面索，即可看水位测流了。这种方法是好的，但费工大，而且水大了，往往被冲毁。

第二种方法，选所谓的临界断面。在冰川小河上，由于河道纵坡极大，不可能有较长的平整河段，一般都是跌水加深潭。一段很陡的跌水下面，定有一个深潭，类似一个小小的湖泊，而“湖泊”的出水口处，恰恰就有一段很短的溢水道，其长度一般1～2米，水流比较平稳，类似堰流的进口段，此处也正是临界水深所在。利用此处测流，是比较理想的，也可获得较好的水位流量关系。

我们在1958年祁连山冰川考察中，6个分队的水文人员就是用这种办法测流的，取得了短暂，但确是大量的冰川融水资料，为冰川融水补给河流的研究做出了贡献。

11.水平仪的安平问题

不少同事对水平仪（水准仪）的摆平问题很恼火，每次测量，总是在摆仪器上费了很长时间。我经过多年的体验觉得按以下办法做，效果就好的多了。办法是：①前提，仪器事先要进行校正，即检验水准管轴与视准轴（望远镜轴线）是否平行。这是仪器校正的核心内容，事先应进行校正，并保证仪器经常处于良好状态。②摆仪器时，第一步对中圆水准器，再看长水准管，只要气泡在窗孔范围内，即可使用。③使用时，只需用俯仰螺栓调整气泡居中，即可测量。这样的精度是有保证的。如果费了好大劲摆仪器时，将长水准器调平，但在测量时认为仪器是可靠的，而不动微调，往往会产生事实上气泡已经偏离的情况而不察，这样测的精度定会有所下降。

12.冰期测流问题

历年来，冰期流量测验问题很多，原因是中小河流冰期河段结冰，往往产生壅水，壅冰，层冰层水，连底冻，全封冻，冰下分流等多种情况，流量无法施测。即使测了一些流量，其精度也难以评定。因此冰期流量整编就成了问题。在这种情况下，我倡导冬季打冰测流的办法，是根据莺落峡的工作经验提出来的。

其方法是在河流岸冰发展开始时，就着手打冰，每天看水位时，将岸冰打去。这样就保证了河道断面冬季畅流。河段虽仍有壅水情况，但能定出冰期水位流量关系曲线，大大提高了精度。

13.竹竿辅测冰期流量的办法

有一年洮河冬季冰情特别严重，李家村水文站河道断面全部封冻，这是往年少有的。在此情况下与下游红旗站所测流量相差太大，李家村比红旗大了1倍多。我去了李家村了解情况，原来是封冻期流量测验方法不对。于是在现场施测流量，发现问题出在确定流水水深上，见图，图中表示：

H—水深，D—冰厚，A—水浸冰厚，B—冰花厚，C—静水区，h—流水深，

h的计算公式为：　h=H-A-B-C

其中D、A、B均用L形（道布兰斯基）量冰尺量得，C的情况往往忽略未测，因而流量偏大，如何确定C是很困难的。后来我们发现活水区（流水区）有击打测杆的微小声音，为了听的清晰，找来了竹竿探测。因竹竿是空心的，所以冰花（流冰珠）击打声很大，只要能听到击打声，即知流水层的上界，测出了C，这样h就算得。冰层下流水属管状流，与畅流期垂线流速分布不同，我们采用相对水深0.2、0.5、0.8三点法测速，断面上多孔测流，计算得流量与红旗站基本对应。

14.渠道测流的注意事项

河西渠道断面有两种类型，一为矩形，一为梯形且其边坡较缓。水文站的测流断面也有许多是渠道。渠道测流看起来简单，实则问题也不少。比如矩形断面测流，有的站只布三条垂线，而且是一点法，所谓三点三线，此测法误差很大。第一，三线无法控制断面流速分布；第二，因渠边扰流大，一点法也不能代表垂线平均流速。因此建议的测法：布线必须4～5条，两边线距岸边不能太远；垂线测点最好三点不能少于2点。

梯形断面不能只布中线及两底角三线，应当是四线：即两底角二线，中间再布两线。此外边坡也需布两线，否则对精度影响很大。

总之，渠道测量一定要用精测法，因测次少，定线不需要太多点据。

15.冰厚与气温关系

冰凌观测全省在20世纪50年代后期普遍开展，各站河流冰情不一，观测项目也不统一。由于河流冬季封冻情况不一致，有系统冰厚观测站也较少，取得有效的或有用的资料更少，有的资料在冰孔处往往有冰上流水，累计结冰的情况，无法使用。在1960年我在对河西冰情变化研究时，只取得了两份冰厚资料，并推导了冰厚与累积负气温的关系，公式如下：

　　莺落峡水文站：H=9.0(∑-t)^0.36

　　冰沟水文站：H=1.67(∑-t)^0.62

这是我省仅有的资料和这方面的成果，可供参考应用。

16.流冰珠的规律和成因

作者对甘肃许多河流冬季流冰的观察，认定冰珠是冬季北方河流流冰花的一种类型，它的成因是在过冷却的河流中，河底冰（水内冰）上浮漂流于水中，形成冰团，遇急流石滩冰团破碎成众多冰屑，成为凝结核，随流程冰粒逐渐增大，相互摩擦而成圆扁形冰豆。能形成流冰珠的河流，可归纳为以下条件：①中等河流，冰期具有一定的流量；②小河流不产生或很少产生流冰花的现象，更无流冰珠可言；③大河流不产生流冰珠现象，原因是水深大，急滩少。黄河在上游水库未修之前，也有流冰珠，但冰珠来自洮河等支流。④流珠只发生于冬季流冰期，春季流冰期没有。

17.自记水位计的建设和推行

水位观测的自记化，是水文现代化的必由之路，它是提高水位观测精度的不二法门。60年代以后，全省大力推行自记化，先后建起自记水位计台近50处，有条件的站基本实现了自记化。

我个人亲自设计和杂木寺站的同志一同动手，完成了该站自记水位计台的建设，至今已运用40余年，（以后测站同志对自记台又有所改进）。杂木寺站水位日变化极大，春、夏季融冰期每日一峰，而且均出现在夜间，所以水位观测十分辛苦，有了自记水位计，站上同志很是欢迎，所以能保存至今。目前全省自记水位台由于种种原因，已保留的很少了，十分可惜。

18.河流推移质问题

河流推移质泥沙的计算是水库淤积设计的重要资料，国内以往也做过这方面的不少工作，出过推移质测验规范，但真正取得实效的不多。我省在这方面也做过努力，比如在冰沟水文站开展过测验，我为此设计了网式采样器，并推导过其取样效率（见前文）但取得能用的实测资料不多。我在临洮工作期间，对东峪沟河道进行了沿河踏勘，发现了河流推移质可以用调查测量的方法解决。

一条河道都是弯弯曲曲的，一个弯道接一个顺直段，又是一个弯道。在弯道处河流的凹岸是刷深水槽，而凸岸则为淤积河滩。河滩处往往沉积许多大石、泥团以及大小卵石，形成一个石头滩。我立刻意识到这个石头滩的堆积物，就是河流的推移质。研究石头滩体积的变化（年变化，一场大洪水后的变化），即可推算其推移质数量。这不失为一种研究河流推移质的方法。

19.平衡河道

另外我们也可以了解到在两个弯道之间的顺直河段，是一条所谓的平衡河段，即物质平衡河段，它对泥沙或推移质只是一个输送通道，而很少截留。因而水文站断面多选在此种河段上，往往具有不冲不淤的特征，特别是卵石河床断面具有这种特性。水文站许多断面也具有这种特性，水位流量关系的单值化，就是其特征。如下巴沟、岷县龙王台、正义峡、扎马什克以及白龙江上的许多站。这种具有水位流量关系单值化的河段（水文站）是我们首先实现无人值守的水文现代化的最佳条件。

20.水面蒸发量的冰期观察

对于E601型蒸发器，冬季往往因结冰而无法观测，大部分站都停测，只有陇南部分站可以连续观测。冬季停测期一般为11月至翌年3月共5个月。这部分缺测资料如何解决，我们省提出了一套办法，即①用小型蒸发器（E20）代替观测，观测期从10月开始至第二年4月终止。②利用10月、4月两种仪器的重复资料推算折算系数，用10月的折算系数，改算11、12月小型蒸发资料，补齐E601两个月的资料；用4月份折算系数改算1～3月小型资料为E601的资料，这样就将E601蒸发量补为全年资料，以便全年的统计刊布，也大大便于应用。

我们这套办法从60年代开始，直到现在一直沿用，为提高蒸发资料质量起到了重要作用。

二、第二类、水文勘测和调查方面

1.地形、地貌的勘测

水文科学是地学的一部分，因此研究水文必先了解水文现象赖以存在的水文地理、气象等许多相关科学。第一要了解此研究区域的地形、地貌，而且要掌握这方面的第一手资料，现代的遥测遥感技术，为我们了解这方面的信息提供了极有利的条件。比如要掌握遥测地图（卫片）、谷歌地图的解读技术。然而亲临现场察勘是最基础的基本功。所谓“读万卷书，不如行万里路”。我在甘肃几十年的水文工作中，跑遍了全省的山山水水，从最西边敦煌的阳关，最东至正宁县的子午岭山林区；从北边的黑河下游鼎新、民勤北部沙漠、到南部陇南石山林区；观测到了最湿润的南部暖温带山林景观，也领略了最干旱的北部戈壁沙漠。我观察过祁连山高山冰川，到达4500多米的冰川粒雪盆地，也踏过高原沼泽草地。这些对水文科学的研究，无疑打下了良好的基础，要知道我所到的大部分地方，多数是靠两条腿，所以印象深刻，加之我习于记录，也加深了认识自然和理解联系的能力，为我的工作奠定了基础。

2、观景知水文

所谓景，放大了就是我们常用的术语“景观”。景观包括地形、植被等多种要素。景观也可概称为地貌，我们常把水文和它们联系起来。植被类型的分布，最主要的体现，它是气候带的产物，也就是反映温湿条件。而其核心水文要素是降水量，所以我们一看到植物或植物类型不同植物群落的分布，就知道此地降水量多少，相应地也能判断径流的分布状况。假如从兰州出发直走到东南快出省界的碧口，沿途的各种地形、地貌尽现眼前。一个水文工作者也应联想到它沿途水文要素的变化，年降水量从300mm渐升至800mm，起起伏伏可说是水文现象的一个展览馆。

我们去祁连山区看看，从低到高又是一幅景观变化图，也更是一幅水文万花筒的展现，比如2000m以下是干旱草原，只要看到芨芨草群落的分布，就可判断其草原向干旱草原的过渡，年降水量在300～350mm左右。再向上出现像地毯式的优美草原景观时，即可想到这里年降水量已达到400mm。

我们把这些景观对照卫片去研判，即时感到有种豁然开朗，海阔天空的感觉，也就是把点的认知立刻可以扩大到面上，以至于认知更大范围的水文景观。这也可认为是“知一隅而三隅反”吧。

3.黄土高原的认知

我们所见到的黄土高原，第一印象就是丘陵沟壑，光山秃岺。再从文献上看到的是进一步描述它的地貌形态。但怎样更能认知和理解它的深层含义呢，第一要熟知它的外表、景观，这要靠“行”；对于我们水文工作者来说，更要研读水文数字知其里，就是内在的深层次的理解。我在下放正宁的两年期间，不但跑遍了全县的山山水水、沟沟岔岔；还利用开会等许多机会，去了宁县、合水、庆阳、环县、西峰等地，以后在查勘站网中又去了灵台、华亭、泾川、平凉等县市。认知的是什么?第一，陇东是个大平原，一条条平行的塬，连起来就成了大平原，所谓“八百里秦川，顶不上一个董志塬边”。第二，它又是一个大山区，人们在塬上瞭望是看不到山的。怎么说是山区？原来陇东的所谓“山”，要向下看，因此这个山我叫它“负山”。从总面积来说山地面积远超过其2/3。

联系起水文，它又成为水文的独特景观。以降水量来说，年降水量等值线，仅有稀稀的几条平直线，或概括地说仅有400mm和500mm两条线，最南边的600mm线也只搭了一个边角，（不包括六盘山区，其面积比重也较小）。再说年径流深，其特点是数量较小，变幅小。从南到北为30～15mm，南边有50mm线也只搭个边。

当然，东边的子午岭林区和西边的六盘山石山林区，又是一番水文景观。

站在六盘山顶，向东、向西望去，只见莽莽苍苍，无垠的黄土高原上，犹如大洋的波涛，一浪又一浪，浪高是有限的，其高度也是一致的。陇西的黄土高原，也是这样，一条一条的梁，其顶部在一个高度上（除突出的华家岭和马衔山例外），只不过比陇东不那么平整。

要认知黄土高原的水文特征，请详细参阅我的其他文章。

4.对沙漠的认识

提起沙漠，马上会联系到干旱，如果到不同地区的沙漠里走走看看，就会发现有的沙漠生长有许多灌丛植被，还有不少盐碱湿地（草地）和小淖儿（海子），说明沙漠里还是有水的。

沙漠中的水有三个来源，第一是河水，比如大河下游两边沙漠地下水靠大河补给。塔里木盆地大沙漠里的许多地下水，靠周边大河流的渗漏补给。周边山区各流域年径量总量达400亿，而灌溉面积只有2044万亩（1998年数字）。若农田（包括人工林地）亩净耗水按500方（折合降水量750mm）计，（这算够大的了），也只耗水100亿，其余300亿水资源全部进入塔里木沙漠。

第二个来源是降水。全年降水在50mm左右或以下地区补给的可能性就少了，年降水量150～300mm或以上的地区，补给沙漠地下水的数量是很可观的，比如鄂尔多斯的东南部，西辽河上游沙区河流，年径流系数可达0.25～0.35，是一般黄土高原的近十倍。很多例证可以说明沙漠在干旱地区是一个“保水器”甚至是一个“产水器”。近来我们看到云贵石漠地区干旱缺水的严重程度，与我们西北干旱沙漠地区，甚至黄土高原对比，实在是惊人。

第三个来源是沙漠凝结水。有关沙漠凝结水的概念及其产生机理、数量等，请参见我的文章。最近我看到杂志上登载一篇有关沙漠凝结水的文章，但他研究的是用地渗仪（lysimetr）测出的所谓“沙漠凝结水”，所测数量极小。80年代王世德研究内蒙古凝结水的论文（也是根据实验场资料），提供的数量各地区为8.6～16.6mm/年。显然都不是我所定义的沙漠凝结水的概念。这样小的沙漠凝结水，沙丘上的沙生灌丛怎能存活呢？我提供的沙漠凝结水数量应在200mm/年左右。沙生植物（多为木本小灌木）都是一丛一丛的，或一株一株独立生长的，株间保持一定距离，这样的疏密度，是能起到防风、固沙的作用的。否则风大沙走，根系就会暴露而死亡。可以这样计算和判断其疏密度。

设：植株疏密度为1/3,(树冠总面积与地块面积之比)

植株及株下沙土蒸散发量为500mm则：①植株年净耗水量：

×667×E₀=222×500=111m³，(667m²为一亩面积)

②沙面受光照产生凝结水，设：凝结水量为Nmm

则：×667*N=111,N==249mm

若蒸散发量按400mm计算，则凝结水数量为200mm。这些数字与我的估计是一致的。也说明1/3的疏密度是恰当的，这一概念可以指导沙漠绿化。

5.对植被的观测

我们常说“下垫面”这个词，植被可说是下垫面内涵的最主要的构成。常用自然景观来划分气候区，比如湿润区对应森林带，半湿润区对应森林—草原的过渡带，半干旱区—草原、干旱区—半荒漠、极干旱区—荒漠。

对于黄土高原地区上述划分（据雒鸣岳总工程师）要降低半级，这样体现了黄土高原的实际干旱面貌，如下：

对草原这个概念来说，一般理解为像地毯一样的绿色草地，而且应当是大面积的原野，没有裸土，且有不同深厚的草坡层（根系的腐殖层），这种草原的主体植物应为禾本科属。在野外考察时，常注意植被的盖度，甚至大体知道一些物种，也可以和水文因子联系起来，比如光山秃岭，植被稀少，年降水量多在200mm以下；在一定高程的山地阴坡，有茂密的灌木林分布，则其年降水量接近500mm；

如果是石山区，这会有松林分布，在同样高程的阳山，由于其蒸发量大，所以只有稀疏灌木及杂草。

在野外观察中，要特别注意植物群落的更替，比如要了解各气候带的代表性的植被，这样就能判断降水量为200mm地区的植被情况、300mm的，甚至400mm的植物群落特征。如能和卫片进行对比，即可判断其多种色调所代表的或反映的水文情势。

6.水文站网的勘测

水文站网的勘测，不应仅仅局限于查勘水文测验河段，而应兼顾勘测流域水文地理特征，注意记录（包括摄影）沿河的地形山势，比如划分丘陵、平原、低山（相对高度200m以内），中山（200～500m，）、高山（＞500m）；对于一些明显的、简单的地质构造如黄土层、红层、砂页岩、石灰岩、花岗岩等。表层的地质状况是水文下垫面的最重要的要素之一。第二个需注意记录的就是植被状况，前面已述，不再重复。

掌握了水文的地理特征，目的是为下一步划分水文分区积累资料。进行水文分区是站网规划的核心内容，这些条件对我们进行产汇流分析研究是十分重要的。

7.全省水文分区的划分

进行水文分区划分依据的主要原则就是水平衡原则，影响地区水平衡三要素重大变动的主要因子，不外上述的地形、地貌、气候等。所以水文工作者掌握上述内容是最低的基本功，因为在以后的各种水文计算中，也离不开这些内容。

甘肃省水文分区的划分。我在1956年编制甘肃省水文站网规划时，第一次进行了全省的水文分区研究，全省共划分为18个水文分区：（1）子午岭黄土丘陵林区，（2）陇东北部黄土丘陵沟壑区，（3）陇东南部半湿润塬区，（4）六盘山陇山石山林区，（5）陇西黄土丘陵沟壑区，（6）天水土石山林区，（7）陇南石山林区，（8）陇南西段和南段高山峡谷区，（9）甘南高原草原区，（10）洮河、大夏河下游黄土丘陵区，（11）马衔山区，（12）祖厉河黄土丘陵半干旱区，（13）兰州北部干旱半荒漠区，（14）祁连山东部半湿润山区，（15）祁连山西部半干旱山区，（16）河西走廊区，（17）走廊北部荒漠区，（18）北山剥蚀荒原山区。

以上水文分区，不仅为水文站网布站需用，而且也为后来的洪水计算打下基础。

8.定点洪水调查

定点洪水调查工作，是我省在水文站网建设上的一个创举，这不是个人的独出心裁，而是凝结着广大水文工作者智慧的结晶，特别是一些老技术人员感于甘肃洪水计算中难于解决的问题而提出来的。有关详解请看其他文章。

9.大暴雨洪水的调查

这项工作在全国许多地方也已开展过，我省第一次大暴雨洪水调查，就是红水河流域的大暴雨、及红水河产生的洪水。这项工作是在“文革”前进行的，以后至70年代后期，又陆续开展了一些调查，它的功用和影响是很大的。

关于径流资料的调查

洪水调查是大家熟悉的而且全国也有相应的规范，年径流资料的调查，是我在历年工作中的创意所作，可有多方面的内容，现简述于后：

10.泥痕调查

一般中等河流，卵石河床，夏季河底或河岸卵石层上或有石崖的岩壁上，都能看到一层泥痕。泥痕是暖季在硬质河床上所生长的低等藻类植物所形成的，一般厚约2～3mm，泥层细腻光滑，这也是鱼类的饵料。夏季（暖季）河流常水位期藻类开始生长发育，一般高度约20cm，水下约15cm，深水处很少。当秋后水位降低泥痕在岩壁上十分明显。我们取泥痕中位数的水位与河流的年平均流量对比，（最好在水文站断面），发现其水位所对应的流量与年平均流量相近或略大些。

在日流量保证率曲线上进行分析，以石山林区河流资料为代表，在暖季180天内，除去洪水高值期，在0.6～1.4倍年平均流量期间，约120天，这一期间正是藻类生长的时期，其流量的均值恰约等于平均流量。因此，我们对河流进行年径流的调查，只需测量泥痕中值，即可推得该河流域的年径流量。当然不在水文站位置需按比降面积法则算出该断面水位流量关系曲线，再推流。

11.水磨的调查

在甘肃的南部和东南部山区，在半湿润和湿润气候条件下，许多小河上都有水磨，我们调查的水磨大体有两种类型，一为立轮水磨，也要分两型，小立轮和大立轮两种。另一类为平轮水磨，也有轮径大小之分。经实测水量，立轮水磨，引水流量一般约0.05m³/s～0.1m³/s，有的小立轮引水流量仅约为0.03m³/s～0.05m³/s。平轮水磨引水流量比较大，一般0.1m³/s～0.2m³/s，还有双轮磨，引水流量可达0.5m³/s。

水磨的运作时间与河川流量年内分布情况有关，一般从春季融冰期开始至初夏干旱终止，再从汛期至秋末，一般可运转8个～9个月（较大河流除外）

在野外调查时，要对一些小河上的水磨情况进行了解，实测水磨引水流量，记录其运转时间，就可以计算出小河的常水流量。要知道一般情况下河水是被全部堵入渠道的。然后再分析某类型地区河流的常水、洪水在年径流中的比例，即可推算出该小河的年径流量。这在水文分析研究中，特别是绘制等值线图意义重大，等于在面上增加许多径流深点据，虽然精度差点，但可作为重要的参考点据，特别是水文站稀少的一些空白区意义重大。

12.祁连山前区，沿山小流域水量调查

我们在河西水资源研究报告中，提供了许多祁连山前区小流域水量调查资料，调查方法是首先了解其下游引水灌溉面积和灌溉次数等情况，按灌水定额推出年引水量，第二了解每年洪水情况，根据河西河流暴雨洪水量占年径流量的比例，即可推算出该小河沟的年径流量。

13.调查各地小灌区、小水库（有水管站）的引水量记录

河东、河西地区都有许多小水库和小灌区（一般较大，有一个乡或一个村），往往有水管人员记录引水资料，虽然有的不完整，或缺漏等情况，但这些资料我们整理后，仍为重要的补充资料。

在绘制祁连山前区径流深10mm、5mm等值线时非常难确定，可我们在山边上调查了许多小流域，甚至小小流域（只有一个生产队灌溉），获得了径流深数据，于是划这些线就有了依据。

14.景泰、皋兰地区引洪漫地调查

兰州以北广大的干旱地区，包括永登南部山区、皋兰、景泰等地，年降水量只有200mm，已经不能靠雨养农业了，群众创造了沟坝地引洪漫地，即在一条条沟底修筑梯田，侧面留一条排洪渠，单等每年夏季发洪水时引洪灌地，称为漫地，即将洪水引入梯田漫一次，这样可以抢种一季秋禾。另外漫过的地底墒好，亦可种冬麦或春麦。

我们统计有代表性地段的沟坝地数量，了解每年可引洪次数（多年平均次数），即可估算出总洪水量，即年径流量，因没有基流。在兰州以北广大地区没有水文资料，这里也没有长流水河道，有了这些调查资料，就可以确定10mm、5mm径流深的分布走向。

15.南湖水资源调查

南湖在敦煌之南，正位于阳关所处之地。南湖是一个乡，由几块小绿洲构成（详见我的文章），恰好位于阳关之东侧。阳关是古代兵家要地，而其东侧是水草肥美之地，而阳关之西，却是茫茫黄沙。因之有“西出阳关无故人”之名诗。

阳关的水资源数量究竟有多少，以往所见敦煌的资料是1亿m³，这个数量是很大的，有这么多水吗？在对河西水资源的专题研究中，下决心要搞清楚，于是我们做了较详细的调查。因为该水域泉水分布零乱，而且有上下串联的情况，所以调查是困难的，我们根据水量转化关系和水资源评价的基本方法，确定南湖水资源量为6210×10⁴m³。

此数量是相当可观的，农田和林地合计约3.0万亩，因此有大量的余水渗入下游戈壁，潜流至玉门关一带，有不少泉水涌出（淡水），是著名的玉门关，古代屯兵之地和今人之旅游胜地。

16.高原沼泽的调查

我去过祁连山区许多沼泽地，比如北大河、黑河上游河源的沼泽地，特别是横穿过大通河上游开阔、广平的密集沼泽地，使我知道了什么是高原沼泽。这些沼泽都在流域上游的开阔平原上，河谷宽度均在十公里以上，河道纵坡很小，沼泽区域有河网，此外大面积的都是高原草甸、小水坑，所以行走必须穿长筒胶靴，否则一滑就掉入小水坑。水坑不深，一般0.3～0.5m。水为什么不渗不流，可见其下为不透水的冻层。在水资源的评价工作中，高山区水文资料很少，所以等值线是很难绘制的。我在研究中总结了高原沼泽的特点，分析了其各地沼泽的降水径流特性(见有关文章)，因而在这些高山、高原地区绘各种等值线都有了根据。

17.关于青藏高原闭合流域水文要素的分析

祁连山区以及广大的青藏高原地区，根本没有水文资料，但发现高原上有许多小湖泊，都是闭合流域，根据流域水平衡原理，流域的径流量应近似等于湖泊的总蒸发量。关键问题是如何确定湖泊蒸发量，我们根据许多蒸发资料，特别是高程较高的水文站资料，比如花儿地和月牙湖的高程超过3000m。绘制高程和蒸发量资料关系。在分析祁连山区中部哈拉湖流域的径流深时，按上述关系推得湖面蒸发量为420mm（E601），从水平衡关系出发，推算得该流域径流深为56.3mm。其结果与周围有水文站实测资料流域非常接近，其对比也是合理的。因此在祁连山中一大片空白区就有了径流深点据，为山区径流深图的绘制提供了依据。我在审查藏北广大地区水文等值线图时，也采用类似的方法，因这广大地区根本没有水文气象资料，用这一方法基本解决了藏北的水资源评价问题。

18、河流天然水质变化调查

在洮河中下游搞洪水调查时，我们发现许多河流是苦水河，而且有的特别严重，在南部地带有不少地方河流水质又过淡，当地群众有大脖子病等，于是我们注意记录了各条河流的水质情况，主要是访问当地群众，排出了以下关于河流水质的描述，并判断其河水矿化度范围。

对河水的描述　　　　　　　　判断河水水质（矿化度）

饮此水易得大脖子病　　　　　＜200mg/L注：大脖子病主要缺碘，河水矿化度低

此水为群众常用水　　　　　　200～300mg/L

此水群众饮用，身体发育好　　300～400mg/L

饮此水可消大脖子病　　　　　800～1000mg/L

河水略苦、可饮用　　　　　　1500mg/L

河水甚苦不能饮用，牲畜可饮　2000mg/L

河水苦咸羊不能饮　　　　　　3000mg/L

河水特别苦咸　　　　　　　　＞3000mg/L

通过以上调查分析，在缺少实际河流水质分析资料时，可以帮助我们绘制出较细致的河流水化学分布图。

19.灌溉面积的调查

我们在《河西水资源调查评价及合理利用研究》工作中，对河西各流域灌区灌溉面积的真实情况，做了大量的调查，原因是历年来各地灌溉面积数字（上报数及各种统计）严重不实，许多面积仍采用土改时的面积。研究水资源的合理利用，首先是要研究农业灌溉用水问题，采用灌溉面积数字是分析研究的基础数据，如果这些数据不实，其他分析则成为空中楼阁，没有了任何可信度。

在河西调查的重要内容之一，就是调查灌溉面积。调查的方法是深入基层水管所、乡、镇等一线管理机构，通过座谈和分析资料、算水账等许多方法，取得了可信的较接近实际的数据，比如了解了自然亩和标准亩的差异和换算系数，其换算系数大体为1.5倍。

所谓自然亩就是当地习惯用法，因此过去的上报数字全是按习惯亩计算，所以一般亩面积要偏大1.5倍。而灌溉面积数则偏小1.5倍。调查结果是十分惊人的。比如武威地区1990年国家统计面积为230万亩，我们调查面积为330万亩。此数与2002年水利杂志一篇论文提供数基本一致。张掖地区分别为191万亩和360万亩，全河西地区分别为：650万亩和1121万亩。

由于改正了灌溉面积数字，此数字与1991年省计委改正后的面积接近，我们分析的亩耗水数，灌溉定额数等就落到了实处，基本反映了实际情况，我们的研究报告也得到许多专家和鉴定的好评。

20.土壤含水量的调查评估

土壤含水量是我们研究土壤水分状况（墒情）的重要数据，但在现场一时取不到这种数据，根据我的实践经验，判断土壤含水率的方法归纳如下：

①看似干土、松散，土壤含水率小于8%（枯萎点）。

②看有湿气、但捏不成团，土壤含水率约10%。

③土湿、手握可能成团，但松手即散，土壤含水率约12%。

④手握成团、不散，土壤含水率约14%～15%。

⑤成团、紧密，土壤含水率约17%～18%。

⑥可和成泥，土壤含水率约20%。

21.铺沙田土壤含水率的调查实例

关于铺沙田的问题，我已写过文章，但沙田的含水率实际资料，始终没有现场取得。2004年夏，正是瓜苗生长盛期，我们去皋兰忠和乡到沙田瓜地进行实地查看，并取土样测定其土壤含水率，实测土样含水率为：

深20cm处：二个样（19.2%+18.8%）÷2=19.0%

深60cm处：二个样（15.8%+15.7%）÷2=15.8%

深80cm处：含水率比60cm处低。瓜地边台地上的原状土，其含水率为12%。只能生长稀疏的骆驼草类干旱植物。以上资料充分说明了沙田西瓜为什么在这样干旱的土地上能生长成熟的根本原因。这样好的墒情是从哪里来的，首先从地边土地的干旱状况充分说明它不是降水补给的，那只能说明沙田增墒是凝结水所形成的，同来的大气所专家也充分认可这一结论。

三、第三类：水文分析计算和研究方面

1.绘制第一张甘肃省年径流等值线图

1956年编制站网规划报告时，绘制了第一张年径流深图，当时限于资料，还是比较粗糙的。以后在编制水文图集中，也绘了该图，至80年代初期搞全省第一次水资源评价工作中，根据水利部水资源评价技术细则的要求，重新绘制了“甘肃省年径流等值线图”，此图正式出版附于《甘肃省地表水资源》中，同时印制了1/160万的等值线图附送。

本图的精度严格按“细则”的技术要求规定，全面进行平差修正，按±3～±5%的精度控制。每一条较大河流均进行平差校验，全省大部分流域检验的结果误差均在±2%～±3%以内，个别边远站点稀少的流域其误差也不超过±5%。

2.绘制甘肃省年降水量等值线图

本图也列入水资源报告，本图的特点采用的资料最多，而且采用同步系列，考虑了高程的变化关系，用百万分之一的最新地形图。同时也参照卫星照片五十万分之一。全省采用的站数达600多处（包括气象站）。高山地区还采用了部分冰川降水观测资料。所以本图的精度是比较高的。

3.绘制甘肃省泥沙侵蚀模数图

在水资源报告中所附的泥沙侵蚀模式图，是历年来最完整、细致和精度最高的一幅。其一所用资料多，再则参考卫星照片所显示的地貌类型及其分布，特别是植被带显示清晰，因此划线的位置较准确。此外有的水文站控制的流域内包括了许多种地貌类型及植被分布带，因而资料代表性差，我们采用了重新划分流域下垫面类型及其面积，用多元回归模型，分别求出各类型地域的侵蚀模数，既增加了资料点数据，又确定各地类的侵蚀值，使图面等值线分布更加合理，此图也得到了广泛应用，在规划设计部门，特别水土保持部门的应用最广。

4.甘肃省年径流之研究

本研究成果近六万多字，文图并茂，包括年径流研究方面的全部内容：资料的加工整理和插补延长，年径流的分布规律，影响因素，季节变化、多年变化，枯季径流特性等。特别是对许多关系进行了数值分析、相关分析，给出许多经验公式，以便定量推算。更突出显示了黄土高原地区与一般石山林区水文特性的差异性。

本成果虽然是60年代的研究成果，但它揭示了甘肃省水文规律的基本特征，其研究的深度、广泛，及许多内容是新颖的，有广泛的应用价值。

5.甘肃省暴雨之研究

本成果是在编制甘肃省水文手册的基础上单独研究成果，内容反映了当时甘肃暴雨基本特性，虽然资料数量较少、资料系列短缺，但有关内容详尽，本成果的油印本存于水文局资料室。

6.甘肃河流泥沙之研究

本成果是在编制甘肃省水文手册的工作中完成的，涉及泥沙分析工作的大部分内容，如河流泥沙的分布规律，含沙量、输沙量与流量的关系分析，泥沙侵蚀模数等内容。这也是对甘肃省有关河流泥沙的认识的第一次分析研究工作。本成果油印本存于水文局资料室。

7.甘肃省河流水化学分析研究

本报告是60年代的研究成果，内容包括河流水化学的分布规律，初步了解了甘肃苦水河流的存在。水化学成分间的相互关系，不同矿化度河流的形成，各种离子之间由低矿化度到高矿化之间的变化规律等，本成果油印本保存于水利厅设计院资料室。

8.冰凌测验工作的研究

50年代后期我省全面推广河流冰凌观测规范的任务，水文站均开展冰凌观测一般目测项目，如初冰、岸冰、流冰花、封冻、解冻等工作。中等河流开展水内冰、冰流量、冰厚、冰情平面图等许多工作。由于我省河流冰情非常复杂，有很多技术问题在站上很难解决，所以我们在一些重点站上开展了许多试验研究工作。首先对河流冰凌演变的全过程进行系统总结，编制了一套冰凌相片图册，明确了许多冰凌的定义和实际情况对比，比如：岸冰有普通岸冰、冲积岸冰；在冰厚观测中，有冰上流水、层冰层水、连底冻等，使冰厚观测困难，难以取得有代表性的资料；封冻及其过程又有许多现象：如冰桥、冰花路毡，封冻的定义等。流冰花的种类，疏密度的测量方法，冰流量的测量等。

冬季我们常住测站，和站上同志共同观测研究，完成了许多研究报告，参加全国长春冰凌会议交流，有的存于水文局档案中，有的文章已出版。

9.水文站网的分析研究

甘肃省水文站网第一次规划，是在1956年按部水文局安排进行的，有统一的技术要求和工作大纲，研究规划成果经水利厅技术委员会审查并报部水文局批准，成为我省水文站网建设的蓝图，历年建站均按此规划进行。以后在60年代、80年代先后又进行几次修订。其中1964年站网审查工作的核心任务是用先进的水文计算方法—纳什瞬时单位线法对站网进行检验。当时由四单位：黄委、甘肃、青海、陕西联合进行试点工作，以泾河流域为重点，按瞬时单位线法进行暴雨洪水的分析计算，取得了初步研究成果。

10.瞬时单位线法在泾河流域站网分析中的应用

瞬时单位线法是在1960年代引进中国的。水文局首先组织在广东试点，取得成功，第二步就是在全国推广，用来对1956年以来建成的水文站网进行检验，主要检验区域代表站和小面积站的布设合理性及其能否实现站网布设的核心目标—探求产流汇流理论，检验模型参数。泾河试点工作就是这个目标。

本报告是我在试点工作的总结成果，主要内容有暴雨径流关系，即P+Pa～R关系，其中在推求Pa（土壤前期影响雨量）的过程中发现在黄土高原地区Imax（最大初损量）可达200多毫米，而一般山区流域其值为60～80mm。纳什单位线中的主要参数m¹、m₂，虽然也可以与流域特征参数建立关系，但由于站点少，小面积站尤其少，所以不甚满意。这是我省第一次进行这一工作，也是一次有益的尝试。

11.流速脉动试验研究

流速脉动影响流速的测验精度，50年代，在贯彻水文测验规范，提高水文测验质量的研究工作中，我们在许多河流上进行了流速脉动变化的试验研究。重点在昌马站、莺落峡站进行试验，通过试验，了解了流速脉动影响最大的部位在0.8水深处，0.6水深处脉动强度最小，而且得出结论，测速历时达到100秒，即可消除脉动影响，包括0.8水深处测点，使得测速精度能控制在±2%以内。全国水文测验规范在以后修改版中，将测点测速历时由120秒修改为100秒。

12.内陆河流融雪、融冰对水情的影响

50年代对这一问题首次进行了分析，其成果在资料室可能找到，初步认识到祁连山的冰雪消融规律如下：

⑴河冰的消融：其消融期一般为3月～4月份，随高程而变，每年冬季河网大量冰冻，特别是高程较高的上游支流，往往连底冻，有些地段形成冰堆。冰期流水只在河底部分大石缝间有细流，因此河网储冰数量巨大，不仅河网储冰，冻土层中也有大量的地下水固结。

河冰消融在出口断面流量变化的特点是：3月～4月份每日一小峰，峰现时间往往在夜间，随冷暖日变化，水量大小也不同，但河冰融水期洪峰不会很大。

⑵春季融雪期：一般4月下旬至6月初。此期间融雪一般为季节雪，所谓季节雪即指春季的降雪量，大多情况是在3月下旬以后的各月降雪量（高程低的地段为降雨）。冬季降雪量一则数量少，二则历经时间长，多蒸发消耗，所谓真正的冬雪融化量占比重较少。

春季融雪洪水一般较大，如杂木寺历年实测春季最大洪峰流量接近200m³/s，融雪洪峰的特点是与天气的周期变化有关，如一段阴雨天，接着较长的晴昙天气。阴雨天（比如三天或更长）河水平稳，不涨峰，接着开始晴天，继之，一天比一天暖，日中气温可达20多度，于是河水初期为小峰，接着一天比一天高，晴天结束，最后一天变为昙天（高层云、卷云等）出现所谓暖平流天气，次日河流洪峰依然很大。洪峰过程为一日一峰，一般20时起涨（大河略迟）24时至凌晨峰顶，8时大落，12时基本落平（大河延迟很多）此时正值春灌季节，所以对农业生产极为有利。

⑶夏季冰川融冰期：高山冰川融冰期开始于6月中下旬，至8月底基本结束。祁连山冰川分布西多东少，因此冰川融水补给河流的数量，石羊河只有3%～4%，黑河流域（平均）约7%～9%，疏勒河流域可达30%以上。比较集中的大冰川群有酒泉洪水河冰川群，疏勒南山冰川群，以及哈尔腾上游冰川群，此外大部分冰川分布比较零散。

通过分析，我们认识到，祁连山河流的主要补给来源是降水量，冰雪补给，只不过是降雨补给的重新分配过程。冰川更是所谓的高山水库，由于冰雪补给对河流水量的调节作用，所以使河流的年变化更适宜灌溉农业的发展。径流的多年变化更趋稳定，如河流cv值普遍偏小，有利于水资源的可持续开发利用。

13.祁连山现代冰川考察

1958年，我参加科学院冰川考察队，对祁连山冰川进行了全面的考察。六个分队，每个队都有水文人员。我负责冰川水文观测技术组织工作。我们水文工作者主要负责冰川融水的观测，以及在冰川面上的消融变化和气象要素的关系，经过半年暖季工作，测得了许多冰川融水资料，我们的研究成果，全部列入《祁连山现代冰川考察报告》。当时分析计算的冰川融水数量，虽然是初步的（限于资料），但与后来多年的研究成果基本上是一致的。这一点施雅风先生在90年代省水利学会上的发言予以了肯定。我们的工作，开创了甘肃冰川水文工作的先河。

14.祁连山融冰化雪研究工作

祁连山融冰化雪工作是适应1958年“大跃进”在1959年开展的，其组织队伍非常庞大，河西许多县都组织大量民工上山搞融冰化雪工作。我参加的以科学院为主体的队伍主要是搞融冰化雪工作的科学实验和观测，我们水文队的工作起初是搞党河的河冰消融观测，六七月以后转为观测冰川融冰及其沿程渗漏研究。经过半年的野外工作，取得了许多观测数据，最后出版了《祁连山融冰化雪考察研究报告》。

在此同时，我也进一步认识了祁连山西部河流所谓地下水补给为主的机制，如党河、榆林河等许多河流，它们的基流很大，月流量变幅很小，所谓是地下水补给型的河流特征。实则是这样的：其一，上游河谷开阔、平坦，山前洪积扇巨大，沉积层深厚，因而沿河有一系列的地下水库。其二，暴雨洪水总的补给量小。第三，是河流冰雪融冰补给量，其主要产于高山区。融冰水（七八月主要是冰川融水）出山以后经过漫长的洪积扇，大部分渗漏殆尽，储入地下水库，然后以泉水的形式再补给河流。比如党河月流量过程不显汛期，反而4月水量较大（河冰消融），榆林河的主要水源是大雪山冰川群补给。而冰川融水出山以后经过漫长洪积扇潜流至石包城以泉水出露，致该河水量四季平稳。

15.河西灌区水文工作

广泛开展河西灌区水文工作，也是我们的一项开创性的工作，打开了水文工作面向生产面向社会服务的渠道。从60年代开始，我们先后在武威西营灌区、山丹祁家店灌区、民乐灌区，以及敦煌灌区开展了灌区水文工作。主要的任务是：开展科学用水方法宣传和实用技术的传授。过去河西灌水计量是估量法，即管水人员以“寸”计的水量计算方法，比如说现在渠道是几“寸”水，某生产队供水5个小时。由于上游河流来水变化大，水大水小相差悬殊，所以灌水计量非常不准。

我们开展灌区水文工作，首先是在渠道上设水尺（画在渠边上），继而测出水位—流量关系曲线（以表的形式）教会管水人员使用，总干渠上都要做水位观测记戴推算流量，供算水账应用。在主要支渠上也要画水尺。绘出查算图表，供配水应用。这样就改变了“寸”的概念，给各生产队供水，则按地定量，按来水量定时，做到科学合理。在这个基础上，进一步推行合理用水，节约用水。

1990年，在河西搞水资源调查时，发现民乐的一些灌区仍然应用我们当时编制的水位流量表，贴在墙上，使我们十分欣慰。

16.1962年西营河灌区科学用水试验报告

1962年水利厅组织在西营河开展灌区科学用水试验研究，主要目的是为了探索和研究合理的灌溉制度，作物灌水轮次、灌水定额，渠道利用系数等许多内容。其中第一项内容就是在渠网上建立测流点网，不但总干渠、主要支干渠测流，重要支流都要进行测流记载，多个点上测定水位流量关系，由管水人员系统进行观测、记载。第二项内容是在地头测定灌水定额。第三项内容是为民勤放水的沿途测量工作，西营河每年要向民勤放水，是通过老河滩放水，我们要测定其沿途损失量，老河床是原来的一条老干渠的卵石河床，没有规整的渠道，更没有衬砌，所以沿途渗漏量很大。不仅是天然渗漏量大，而且群众还偷水抢引灌地。

在近半年的研究工作后，我提供了一份全面的总结研究成果，此报告交存水利厅农水局。

17.对我省水旱规律及防治措施的认识

主要有以下论点：⑴旱涝周期变化：分析历年资料，事实上没有可确认的周期，直到近期，见于许多学者的研究，也没有得到公认的周期变化。但是在小周期上，却可看出明显的三年周期。⑵关于作物生长期水量平衡：我们知道小麦的主要生长期在四五月份，大秋作物的主要生长期在七、八月份，分别可推求出降、蒸与干旱指数的关系：

对于四五月份：

G=100-0.075P^1.40　G—干旱指数　G=100%

对各地小麦生长情况的判别

当干旱指数大于30～50的地区，即应进行灌溉。

对于七、八月份：

各地作物生长情况判别如下表

⑶旱涝标准评定旱情分为三级：轻旱、重旱、特大旱；涝情只分一级。

轻旱：四五月份干旱指数50～70，降水量100～75mm，其中4月份小于40mm，5月小于60mm；七八月份干旱指数40～60，降水量110～150mm，月降水量小于75mm，6月份按5月份标准。

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

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

涝情：四五月份，干旱指数为“0”，4月份大于68mm，5月大于102mm；七、八月份，降水量大于130mm。

本指标的特点是给出了具体的降水量，而不是距平值。

18.高含沙水中可利用清水资源的计算方法

多沙地区，混水中含沙量的比例是很大的，设计工作中往往需要知道可利用的清水数量，利用比重瓶法计算含沙量的原理，并结合实际资料求得计算公式并绘出查算图。

V_b=100（1-）%

式中V_b—清水百分比，ρ—含沙量（kg/m³）

19.关于双城等站多冲淤变化河道高水浮标测流断面借用问题的分析

1978年，双城站发生大洪水，卵石河床，主流摆动，断面冲刷严重，高水浮标流量计算仍沿用老办法，即涨峰借用峰前实测断面，落峰借用峰后实测断面。结果推算的流量过程与下游冯家台站洪峰过程对照，严重失衡，峰量相差太大。如何处理，我经过分析以后认为断面借用不合理，于是通过建立垂线流速与水深的关系，反用流速改正水深的办法，改算浮标流量，取得了良好的成果，使上下游流量过程对照趋于合理。这一办法应用的原理，即在正常情况下，流速横向分布与断面水深分布有良好的关系，如果浮标投放均匀，其流速分布形态应与断面是对应的。所以该资料整编时应用此原理对原始资料进行改算，取得了满意的结果。在通常的情况下，改算资料是大忌，但我却做出了这样的改算，它是建立在科学分析的基础上，因此是正确的。这里也提出了一个十分重要的问题，每年进行资料整编审查是非常必要的，尤其重点是在审查方面。

20.被切割的黄土高原是其水文干旱的主要原因

大家都认为黄土高原是干旱的，而且在进行干旱分区时，专家们特意将黄土高原干旱的降水量标准提升了半级。

黄土高原的干旱，是由它的水文特征值表现出来的，如年径流深特小，不仅地表水资源少，而且地下水资源也特少，这就叫做“既缺地表水，又缺地下水”。人们又提出了疑问，黄土高原洪水大，夹带泥沙多，水土流失那样严重，怎么说水少呢？这个问题还是专家们提出来的。是的，这也是事实，但是搞水文的是用资料说话的，而不是靠感性，那么究竟洪水大不大？大！在黄土高原地区，不论大小河流其最大洪水的洪峰模数都是很大的，（洪峰模数是单位面积的洪峰流量），往往可以超过南方湿润地区。这也解释了泥沙侵蚀模数特大的原因。侵蚀量大，水量就大吗？这似乎是个常理，其实不然。大洪水过程几乎是一方水就带一吨泥沙（正常情况下，洪水含沙量达800kg/m³～1200kg/m³）,在陕北多粗沙地区含沙量甚至可达1700kg/m³（这是最高纪录）。举一个例子：若在100km²面积上，下1小时强暴雨，其雨量为60mm，（雨强60mm/h）,这种情况在黄土高原任何一块流域上都是可能发生的，其总降雨量为600万m³，总径流量为300万m³，（按洪水径流系数0.5计，算大的），若平均含沙量按800kg/m³计，则输沙总量为240万吨，侵蚀模数为24000t/km²，这是很大的了。

这种暴雨洪水不是在每个流域，每年都可能发生的，即使在一个大流域也是稀遇的.。正常情况下，低强度的暴雨是主要的，大部分地区年径流系数只有0.05～0.1，可见其水量之小。径流系数为什么会这样小呢？原因出在黄土层的深厚上，但是仅深厚也不是主要原因，比如黄淮平原、华北平原其土层不谓不深厚，但其地表、地下水资源量可达100mm或以上。而黄土高原却只有区区25mm（据中部多数地段）。经作者多年观察研究，认为其根源出在被切割的黄土高原上。黄土高原被切割后，流域内缺失了地下水的储存构造，因而地下水资源奇少。二则黄土高原土层深厚，暴雨产流机理改变，其前期影响雨量奇大，可达200～300mm，因而小强度雨量一般不产流或产流甚少，这就造成了地表径流大大减少的特殊的产流机制。

21.对我国年径流地区分布规律的认识

本文刊登于1988年《水文》杂志，而且是头版，2000年中华文库来函称道“您撰写的题为《中国年径流分布规律之研究》已被媒体刊载，并得到了社会的认可和行业的赞誉，实践证明，一个为人类进步和社会的发展创造财富的人，将永远得到社会和历史的敬重。”

本文是根据全国水资源评价工作中的一些实践和体会写成的，内容牵涉到全国年径流特征的方方面面，提出了径流形成的许多影响因素及其机理，揭示了降水与径流的内在关系。

22.沙漠凝结水机理的发现过程

1990年7月第一次去了武威清源灌区新地片的沙漠公园。公园内沙丘与平地相间，平地上有小渠引水，杨树长的旺盛；沙丘上没有灌溉条件，沙生小灌木长得也特别好，一株一株都是独立的，中间有一定的空地。主要树种有梭梭、花棒、沙拐枣、沙木蓼等。这些树种都是以前没见过的，经介绍才认识。它们长得有一人多高，树冠直径约1～2m，开的花样很好看，新奇，长势也十分好。我第一次提出了问题，沙丘上这些小灌木在没有浇水的情况下，为什么长得这么好？

后来我们去了民勤治沙站，抄录有关资料，并与工程师座谈，第一次知道了沙漠的含水率竟是如此之低，其田间持水率为4.0%～4.5%，而黄土层为22%，枯萎点为0.8%，而壤土则为8%。这样低的含水率植物能生存吗？

当我们抄录土壤含水率资料时，发现沙丘上实测含水率分布为：表层为干沙，20～60cm处为湿沙，100cm以下为干沙。(www.xing528.com)

有几个问题，第一没有降雨，更没有降雨补给下层，因为下面是干的。第二为什么20～60cm处有一层湿沙。

我们又抄了一份资料，是在树荫下的含水率垂直变化，发现在0.9%～1.1%范围，没有中间的湿沙层，于是就提出问题：湿沙层的水分是否为凝结水？我在水文站上观测干湿球温度表，并查算湿度时，在湿度表上有露点温度，说明只要有一定温度差的情况下，就会产生凝结水。夏季沙面温度很高，而沙层下温度很低，因而可产生凝结水，但我与站上同事们讨论凝结水问题时，他们都说凝结水数量极少，早晨有露水，日出后即消散。有一位工程师说沙生植物的根系大部分为表层根系，深根很少，基本上都分布在湿沙层部位，而且向四周扩展，最长可达18m以上，于是我坚定了关于沙漠凝结水的概念。

后来我们去了临泽治沙站，在他们的展览室，我突然看到墙上贴着一张沙丘上含水率图，和民勤的资料完全一样，即沙层中部有一湿沙层，几乎把我惊呆了。

科学院在“黑河地一气相互作用研究”中，用最先进的仪器测得沙漠地区白昼大气中的水汽通量是向下的，这个水汽去了哪里呢，正是在沙漠中产生了凝结水，充分说明了我的结论。

23.关于黄土高原建设双平双膜梯田的问题

黄土高原以干旱著称，特别是在300～500mm年降水量地区更是所谓十年九旱，尤其是春旱更是对农业的严重的危害。在400～500mm地区，按说总降水量还不是太少，比如春小麦，一季耗水量300mm就可以了。但问题是雨不逢时，特别是春雨更是稀缺，所谓“春雨贵如油”。但是一般秋雨比较多，如何能把秋雨储存起来，留作春用，成为一个重要的研究课题。

根据水保站试验资料，表明：⑴不论林地和荒坡地其多年平均降水量和土壤蒸发量十分接近，亦就是说损失于地表径流部分很少。⑵1m层土层内是土壤水分变动最大区段，也是主要储水部位。1～2m土壤比较干，经常处于8%～12%的低含水率水平，因此可认为它是植物根系下面的“干海“。⑶但是下层土壤受降水量丰枯变化影响很大，含水率的最大变幅仍可达6～8个百分点，也就是说，在1m层处水分交换数量仍是可观的。

根据这一客观事实，我提出来建立双平梯田的设想，即在1m深处建一不透水层，截断下渗水量，使其成为一不漏水的“土壤水库”，用这样一座土壤水库，充分积蓄秋雨，供来年春季作物所需，因而可解决春季的卡脖子旱问题。其次为了减少土壤表层水分蒸发问题，所以应在地表铺膜，抑制蒸发量。这样就成为“双平双膜梯田”。

有人担心或提出问题：⑴铺底膜工程量大，每亩土方量600～700m³。现在机械化施工，不像过去人挑车推，实际施工也不是太困难的，因为这是百年大计工程。⑵1米深土层，遇特大雨，土层储存不了会产生涝渍。1米土柱能存多少雨量呢，以饱和含水率40%计，则最少可储存200～250mm雨量，有这样大的秋雨的机率是非常小的，所以不必担心。

24.石羊河流域山区径流形成的分带规律及综合模型研究

祁连山区径流深的分布随高程变化十分明显，东段随高程的递增率可达35mm/100m，但随高程布设的水文站很少，无法控制径流分布的真实情况。因此我们将山区分成三个带，即高山带：高程大于3250m；森林带：高程2600～3250m；低山丘陵带：高程小于2600m，按多元回归分析的方法建立方程组：

　　　　R_古=△R₁＋f_古1R₁+f_古2R₂+f_古3R₃

　　　　R_黄=△R₂+f_黄1R₁+f_黄2R₂+f_黄3R₃

　　　　R_杂=△R₃+f_杂1R₁+f_杂2R₂+f_杂3R₃

　　　　……………

上式R_古，R_黄……分别为_古浪站，_黄羊河等站平均径流深，R₁、R₂、R₃—分别为高山带、森林带、低山带拟定径流深，△R—余差，按±10%精度控制，f为各站分区面积，已量算。

经过试错法，求得R₁=370mm，R₂=150mm，R₃=50mm。

于是我们就得到了不同高程带径流深的数值，提高了对山区径流产流机制的认识，也能帮助绘制等值线图。

25.黄土高原流域不同部位泥沙侵蚀模的分析

在研究流域不同部位泥沙侵蚀模数时，也应用了多元回归模型，取得了良好效果。因为水文站控制流域下垫面很不一致，比如上游是林区，中游是过渡区、下游是丘陵沟壑区，所以准确分辨侵蚀模数非常困难，我们提出流域侵蚀模数公式为：

m_o=f₁m₁+f₂m₂+f₃m₃+△

　=∑f_im_i+△

式中m_o—水文站实测资料，m₁分区计算的侵蚀数模。

具体分区时参用卫片。将流域类型相近的站作为一组进行分析计算，即可求得不同地类的泥沙侵蚀模数，为绘制泥沙侵蚀模数图提供了可用的数据。

26.甘肃黄河流域水土流失规律及水土保持效益分析

本研究成果有许多创新点，如对产洪规律的分析，黄土高原最大的产流区洪水径流系数可达0.56。对于产沙规律的分析中，提出了极限产沙能力公式（陇东地区）

　m_s=84500-15250LgF,　F＞100

式中m_s—年侵蚀模数。（T/km²）

各流域的水沙关系极好，相关系数可达0.96～0.99，

如：靖远站：Ws=4965.9R^1.317　　　　r=0.988

　　首阳站：Ws=5931.9R^1.312　　　　r=0.981

　　洪　德：Ws=6500.6R^1.412　　　　r=0.995

雨沙关系：采用指标降水量与年输沙量建立关系,其关系的相关系数可达0.8～0.9，公式为：

　S_i=f（m_1i,m_2i,m_3i），

可写为：S=AKⁿ_i

式中K为指标降水量，K_i=am_1i+bm_2i+cm_3i

m₁为三日暴雨量，m₂—最大1个月雨量，m₃—汛期四个月雨量。

计算得公式为：

　　雨落坪　S=11518K^2.781　　r=0.90

　　杨家坪　S=8799.6K^3.106　 r=0.79

　　秦　安　S=7671.1K^2.582　 r=0.89

　　……………

27.降水量与高程关系的分析

我省山地多，特别是一些高大山体，对降水量的影响非常大，迎背风坡差别也大。祁连山的北坡为迎风坡，从西到东降水量随高程的递增率为：西部玉门9mm/100m、酒泉13mm/100m，中部张掖南山24mm/100m，东部武威南山34mm/100。秦岭北坡为迎风坡，西至太子山北麓主峰段迎风坡降水量增率可达135mm/100m，在全国都是比较高的。在黄土高原上，虽然地形丘陵起伏，但在大面积范围其高程与降水量关系，可为一条直线关系，不显迎背风的影响。在有实测资料的几座山脉如乌鞘岭，民乐南山等，发现山顶部位雨量反而偏小，最大雨量在距山顶300m左右。六盘山脊高程2800m，从其东侧雨量高程关系分析，显然最大雨量在2500m左右。

28.水面蒸发与高程关系

我省蒸发资料多，高程最高的站如花儿地、月牙湖都超过3000m，绘制的祁连山西部的蒸发与高程关系是非常好的。如下图

29.典型代表性流域径流系数的归纳

我省各种流域地类齐全，分布广，历年水文站实测资料控制性亦较好，为径流的分析提供了最有利的条件。兹以河川径流系数进行分析，将各种地类的径流系数列入下表。

不同地类降水径流关系表

可以看出径流系数最高的为石山林区，最小的为黄土高原林区，其相差可达5～10倍。径流系数是流域水文的基本特征，我们现在所表述的只是它的宏观归纳，如何实现其微观研究，将有赖于遥感技术和数值化的实现。

30.河西山区和平原地区水面蒸发量的研究

水面蒸发研究的最重要用途之一，是作为计算水库水面蒸发量。为了计算大水体的蒸发量，以往采用全国一些大型试验站资料。上世纪八十年代我们下决心在河西开展水库漂浮蒸发量观测，只有南营取得了资料，双塔堡风大木筏损坏而未能成功，临泽双泉湖取得了两年观测资料，是借助科学院“黑河”项目的支持。

根据以上观测资料，经分析得到了以下重要结论：南营水库漂浮E601资料代表祁连山区情况，其与陆地E601（陆地观测场）资料对比折算系数为：

R₁==705.2/957.7=0.74

双泉湖水库位于临泽平原地区，E601漂浮蒸发量与陆地蒸发量之折算系数为：

R₂=1.37为三年（不全）平均值

由上可计算得平原水库水面蒸发量与山区水面蒸发量之比为：设山区陆面蒸发量为1000mm，平原区为1500mm。则

R==1.37×1500/0.74×1000=2.78

可见平原水库蒸发量是山区水库的2.78倍。

若平原水库位于走廊下游地段，其陆地蒸发量以2000mm计，则下游区水库蒸发量应为山区的3.7倍。这就充分证明了河西修建水库，应首先考虑建于山区的重要性。

31.黑河地、气关系研究中水宏观平衡分析

黑河实验区范围为9280km²，其中分析研究的绿洲范围计2104km²，不包括南部山麓灌区。本研究成果是“黑河地气相互作用研究课题”的第三部分（子课题）的宏观水平衡研究报告。分析方法：平衡方程式：

I=0±△WI—总入流，0—总出流，△W—地下水库年蓄水变量，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

详细可了解作者有关文献。本分析研究分上下两区段，以高崖水文站为界，上段为张掖绿洲水平衡分析：

分析结果：总输入水量（16.9×10⁸m³）共计有七项；总输出为11.94×10⁸m³，则可算得张掖绿洲内灌耕地年蒸发量为507.4mm，即亩均净耗水量338m³，

下段为临泽、高台绿洲：计算得总进入水量为14.65×10⁸m³，(共有八项)。经正义峡水文站总输出量为9.72×10⁸m³。则临泽、高台绿洲蒸散发量为4.93×10⁸m³。当不计降水量时，绿洲平均蒸散发量为501.4mm，亩均为334m³。而绿洲内灌耕地年蒸散发量每亩为393m³。黑河流域张临高绿洲总平均，其灌耕地蒸散发量为358m³/亩。这个数字就是绿洲内农田（包括林地）的净耗水水平，可说是非常低的。因此，我们也得出结论：绿洲具有很强的节水功能。

32.水文图集的编制

水文图集是在1974～1976年编制完成的，当时组织了一个20多人的工作队伍。做了大量的整编分析、计算工作，作者首先编写了“水文图集编制提纲”（见文献），在全部工作过程中，也确实有不少创新性工作，其中包括有关枯水径流方面的研究，有暴雨洪水分析方面的研究等，报告中有关水文地理概述方面是比较完整和系统的，此部分内容成为以后许多研究报告的必引部分。报告中对全省水文分区的划分也是细致的恰当的，直至今日，这种划分依未能更动。

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）径流量的基础上建立的，冬季三月资料可在等值线图上查得，该资料也可以代表河流地下水补给量。公式如下：

（1）适用于水文分区Ⅹ、Ⅺ、Ⅷ、Ⅻ、誉、、Ⅷ南部。

=0.82-

（2）适用于水文分区Ⅷ北部，Ⅳ、Ⅸ。=0.66

（3）适用于水文分区Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ，=0.57-0.03

当12-2小于0.05以下时，最小月按“0”计，流量均以m³/s计。

34.多年平均含沙量的计算公式

河流多年平均含沙量可以泥沙侵蚀模数和年径流模数来计算，其公式为：

ρ=0.0317

式中ρ—含沙量（kg/m³）,G—侵蚀模数（T/km²）

M₀—年径流模数（L/S/km²）

L/S/km²=31.54mm（相当于年径流深31.54mm）

35.石羊河上下游洪水流量关系的分析

应水利厅水科所要求，做了石羊河上下游洪水流量相关分析，（见文献）。第一，建立上下游洪量关系，其式为：Y=0.452x-92.86。式中y—石家庄洪量，（m3/s.d）,x—上游三站（四沟咀、南营、杂木寺）洪量合计。相关关系合格率：离差不超过±15%的点据占总点数的86%，相关系数为0.992，同时给出了区间流量损失关系，如下表：

附图如下

36.黄土高原分区集水面积和输沙量相关关系

黄土高原河流不但流量与输沙量关系良好，而且分区流域集水面积与输沙量关系也极好，径流量与输沙量的关系用下式：Qs=AR^b

凡是黄土高原的河流其相关关系均极好，相关系数均在0.9以上，洪德、郭城等站可达0.99。

流域集水面积与输沙量也有极好的关系，明显地分成两条直线（双对数纸上）。祖厉河、洮河东峪沟、首阳等为Ⅰ线，其余渭河、泾河大部分多沙河流为Ⅱ线（下图）

以上关系为什么这样好，原因在于下垫面条件的一致性，最主要的条件是：黄土层的广泛分布是一致的，植被均较差，年降水量在400～550mm之间。在国外研究流域产沙量时，提出了一个所谓的通用公式：

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

其中Me—侵蚀模数，R—降水量，K—土壤可蚀因子，L—坡长，J—流域坡度，C—土壤管理制度，P—水土保持因子似乎太复杂了。

37.关于张掖地区近些年来新增加的灌溉面积的框标

关于张掖地区近些年来新增加的灌溉面积的匡算，我们在“河西水资源调查评价及合理利用研究”报告中提供的张临高灌区的灌溉面积数位249.95万亩（包括人工林草），根据截至2002年水文资料计算分析:

据莺+梨～正义峡流量双累计曲线分析：截至2000年，正义峡水量累计减少47.31×10⁸m³，其中1981—1990年减少15.71×10⁸m³，1991～2000年，31.54×10⁸m³。因此，1991—2000年减少数应为新开荒造成，按亩均耗水量计算（依据“河西报告”）：

　　/428=73.7万亩，

至此，张临高盆地绿洲内现有总耕地面积可达324万亩，增加的面积大部在绿洲的内部，属原荒草滩地，轻盐碱地，以及部分绿洲外围边缘地段（可以谷歌地图对比）。

38.关于花盆效应

什么是“花盆效应”呢，这是我杜撰的一个概念，就是说花盆里常年浇水很多，为什么土壤不盐碱化呢？这是实实在在的一个事实，而且土壤不但不盐碱化，反而看起来越来越肥沃。试做分析如下：⑴花盆浇水：花盆口径30cm，面积为706.5cm²，约等于0.0001亩。每年浇水从四月至九月，浇的多的是5—8月，几乎每天要浇500g左右，年浇水总计约75kg，折合亩定额750m³/亩。水的矿化度若以0.36g/L,计，则年进盐量（离子总量）为27g。

⑵关于植物析出盐量

据有关试验资料，排盐量与土地生产干物质比为：

苏联，苜蓿3.7%

河套灌区（大田）2.8%　　平均可按3.5%考虑（按丰产）

则大田亩排盐量为1300×3.5%=45.5kg/亩

⑶在水中主要化学成分所占百分比，（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%.

其中碳酸类占52.5%，大部分参与光合作用，以CO₂的形式由植物呼出。硫酸钙镁类占36.7%，一部分为植物吸收，成为干物质的成分，一部分存在于土壤中，成为有机肥的一部分。钠氯类为形成盐类的部分占10.9%

⑷花盆中植物干物质排盐量约4.55g，占总进入量的17%。显然钠盐类是完全被植物吸收利用了，此外硫酸盐类的一部分也被植物利用了，这样就可以解释为什么花盆中每年浇那么多的水而不盐碱化的原因。

但是还有一种现象，如果有的花盆里的花长得十分差，苗弱株稀，则这种花盆里的土壤就会泛盐，有白色盐析出。因此，可以得出结论，只要土地上长的庄稼好，都是丰产田，那么，土地就不会盐碱化。

39.关于耕地排盐问题

有关文献讲“西北以缺水著称，西北亦以灌溉方式粗放闻名，灌溉效率低，既浪费了水，又导致了盐害”等等。很多专家的这类论点，可以说屡见不鲜。土地盐碱化问题在上世纪70年代以前，可说是普遍存在的，在河西、张掖、武威地区都有不少盐碱地，比如临泽、高台中部都有较大面积的盐碱草滩地。至于银川灌区，顾名思义，白茫茫地到处都有盐碱地。特别是银北地区，河套灌区亦然。

为什么有那么多的盐碱地呢？其一灌水定额大，造成地下水位高；其二庄稼差、树少。现在再到这些地方看看如何，武威没有盐碱地了，张掖没有盐碱地了，银川也基本没有盐碱地了，现在银川引排盐量之比达到1:1.5，故灌区处于强度脱盐状态，不但排掉了新盐，而且也逐渐排出了“老盐”

原因何在？其一经过多年的水利建设，水库、渠网配套，井渠并用，科学配水引排结合，降低了地下水位；其二土地承包到户，庄稼成长翻了两三倍；其三盐碱荒地开垦，既降低了地下水位，剥夺了地下潜蒸量，又增加了生产；其四加上农田林网的建设，总体大大增加了植物干物质的生产量，因而生物排盐量大幅增加，土壤中的有机质增加，使瘠土变沃野。水资源的利用率当前不少地方已超过或达到东部的水平，而且超过西方发达国家的水平。

40.日流量保证率的研究

日流量保证率是径流年内分配的重要特征，它也是反映年径流在不同流域水文地理条件下的表现类型，所以它也是我们水文工作者重点研究的对象之一。我省由于流域自然地理条件的差异性特别大，所以日流量保证率曲线的差异性也特别大（见图）图中纵坐标为：

K=Q_i/Q₀

Q_i—为各种保证率日平均流量，Q₀—为年平均流量。

可以看出以下特点：⑴同一类型的河流，其流量保证率曲线的纵坐标是很接近的，例如非黄土湿润石山林区第30日之纵标在2.1～2.39之间，只有0.29的变幅，这些河流包括大夏河、洮河、大通河、庄浪河、漳河等。其第180天之纵标在0.71～0.77之间，变幅均较小。黄土高原地区的河流特别突出，它们的曲线都在最下方，说明其洪枯不均的情况。⑵流域调蓄能力可以用径流天然调节系数ψ值来表示，

日流量保证率曲线

其含义为等于小于年平均流量的径流量与年径流量之比值，亦即图中当K≦1曲线下部面积与总面积之比。黄土高原地区ψ值为0.30～0.40，土石山区为0.58～0.60，黄土森林区0.68～0.72，非黄土石山林区为0.68～0.75。用ψ值来说明森林具有涵养水源的作用，我看是比较恰当的，不然“涵养”的概念是模糊的。

ψ值越大，对水资源的开发利用越经济，对于建库的年调节库容可以下式计算:

V=C(1-ψ)W0

V—年调节库容，W0—年径流量，C—有效系数，可见ψ值越大，其所需年调节库容相对越小。

第四类，水资源评价及其合理利用研究

1.水资源评价工作、水文资料的加工整理、审查和还原

我省在资料加工整理方面是做得非常好的。首先要做好水文统计工作。统计工作中最主要的是对各种资料的审查，包括很多合理性检查，资料的考证，弄清其沿革和多种关系。基本特征值要进行量算，如流域面积、河长；这部分工作要下大工夫。所以我们在水资源的评价工作之前，首先整出了两本水文统计，即1970年以前的历史资料，1971—1980年的第二本统计。

资料拿来以后不是马上就可以应用了，还必须搞清每个站的断面迁移变化、及控制情况，它的代表位置，对流域的控制性。

资料还原也是一个大问题，我们组成三个组分别进行了黄河、长江、内陆河流域各水文站的水量还原调查，用了几个月的时间。

首先要调查灌溉面积，这是极其困难的，而且现有统计资料很不实，都得去了解实情。还原量如何定也是一个大问题。

在水资源评价中，要求水文资料具有所谓天然河川径流资料的功能，即水文系列具有时间上的代表性，空间上的控制性，符合水文规律的可统计性。在我省主要是还原灌溉用水资料，还原计算的实质是将引走并消耗不复回归到水文站断面上的水量。还原量即为总耗水量亦为净用水量，用以下公式计算：

Y=A(1-ηβ-m)

式中A—总引水量，η—渠系有效利用系数，β—灌溉回归系数，

m—渠系渗漏补给系数。

这些灌区资料是很难取得的，不过我们根据各地的具体情况做了综合分析，给出了具体数据：每亩净耗水量按以下方法判定采用：半干旱地区：每亩按400m³，干旱地区：450m³，半湿润地区每亩300m³，山区小、平原大。

2.水资源评价工作中，水量的计算

水资源量的计算是非常复杂的，要因地、因区来具体分析，如河西地区，我们采用水文站控制，小流域调查和外围等值线量算方法，非常细致；河东则要采用把口站控制法，区段量算法，代表站放大法等各种方法，要做到细致入微。许多地段以等值线量算为主，所以绘好等值线是第一关，我们完成的水资源成果在全国审查评价中都属于一流的，特别是图件，邻省的一般要向我们靠拢，与我们对接。

3.关于县级水资源评价

县级水资源工作是由我们具体组织指导的，基础资料都全部供给，特别是各种基本图件。为此绘制了1/50万的大比例尺的径流深等值线，此图除了加绘等值线数，并全部进行平差量算，使从图上量算的流域径流量与水文站控制数相差在2%～3%以内。各县由于没有水文站能恰好控制，所以其资源量基本是依图量算，而且要按地区综合，要和全省对口，开展县级水资源计算评价工作，也大大推动了水文工作的全面展开和普及性。许多县都开展了河流、沟道水文调查，或者采取了短时期的实测工作，求得沟道水量，调查历史洪水，以及河流水质。成为了本县的重要档案资料和发展规划的依据资料。

4.甘肃省地表水资源评价

本成果完全是按国家统一技术标准和要求编制的，是属于国家第一次水资源评价成果的甘肃省分成果。本成果得到了上级有关部门的审定，获得了省科技进步三等奖。省政府区划办的批语是“本成果依据资料翔实，按国家统一标准完成，所提供的有关水资源数据可靠。今后全省应用水资源数据时，应一律以此成果为准”。本成果得到了广泛应用，甚至抄录，尤其是报告中的河流水文数据。等值线图件等为许多研究部门所采用。

5.中国水资源评价

作者参加了中国水资源评价工作，并任水资源图组副组长，有关各种图件，从分片会审到全国会审拼接的完成，作者都亲自参与审查和修改工作，特别如黄河流域、内陆河流域、长江上游地区、青藏高原等地区。有些图都由作者参与修改完成，如川西高山大川地区，西藏雅鲁藏布江大拐弯地区、藏北羌塘高原等都经过了精心修改和新会。报告中的径流部分由作者起草。本成果得到全国有关专家的一致好评，获国家科技进步二等奖。

6.地表水资源调查和统计分析技术细则》

本成果是水利部水文局组织编制的，是作为全国水资源评价工作中的技术规范性文件。该文件中有关径流分析工作是作者编写的。突出了水文资料审查加工、水量还原及其方法。资料系列的插补延长中有关技术规定、精度要求和限制等内容，对资料的插补延长，做了比较严格的规定，比如降雨、径流资料用相关法的插补延长，规定相关线的精度：75%的点据误差控制在±10%以内，或80%的点据误差控制在±15%以内，后者略放宽。资料系列的延长幅度控制在30%～50%以下。还规定10年以下的资料，一般不做延长，其点据作为参考点。这些规定是为了强调使用水文资料的严肃性。

7.水面蒸发折算系数的研究

水面蒸发量的观测，无论站网建设，还是蒸发量器皿的使用，历年变化很大，五十年代，测站上普遍采用口径80cm套盆式蒸发器及直径20cm的小型蒸发器。口径80cm套盆式蒸发器中也有几种形式，如有防鸟加网盖型和防鸟罩型，加水深度也不统一。

1964年以后，国家在站网上普遍推行E601蒸发器，此型仪器是苏联ИИЕ-3000型的改进型，口径一致，即为61.8cm，面积为3000cm²，E601加外套水圈，所以其受周遭温度影响较小，观测资料稳定性亦好。

我省水面蒸发站网布设采用以下原则：即以小型蒸发器作为面上控制，原则上每个水文站都进行观测；E601型蒸发器作为骨干代表站，全省共设四十余处，E601观测要与气象观测配套，因此测站按要求建设全套气象观测，设立标准气象场。其目的是研究蒸发量与有关气象因子的关系，建立蒸发计算模型。同时都要配套小型蒸发仪器，以推求折算系数，将小型资料换算为E601资料。

经过水资源评价工作中的系统分析研究，我们发现E601与E20的折算系数是稳定的，而且在地区分布上，也是很有规律的，全国的变化范围为0.60～0.73，北方小、南方大。在北方，黄河流域普遍采用0.65，甘肃省东部地区0.65，河西地区0.63，内蒙古地区采用0.62，新疆采用0.61。

关于蒸发量的公式：大家都用以下公式：

E₆₀₁=α(e₀-e₁₅₀)（1+bw₁₅₀）

式中e₀-e₁₅₀—水汽压力差（mb），w—平均风速（m/s）

现列举几个公式：

甘肃公式：E₆₀₁=5.0(e₀-e₁₅₀)（1+1.08w₁₅₀）

本式为计算月蒸发量公式

广东公式：E₆₀₁=0.2(e₀-e₁₅₀)（0.18+0.38w₁₅₀）

计算日蒸发量

长办公式：E₆₀₁=0.2(e₀-e₁₅₀)（1+0.32w₁₅₀）

计算日蒸发量

8.甘肃东部地区年降水量和年径流关系

甘肃东部地区地貌类型复杂，包括了黄土高原，陇南山地等多种复杂的地貌和下垫面类型，如黄土高原丘陵沟壑区、黄土高原林区、土石山混合区、石山林区、青藏高原东部高山峡谷区等。这些地区由于下垫条件的差异性，而导致流域产流特性的巨大差别，（见有关论文）。从中可见黄土高原林区产流率最小，而陇南高山区产流率特大，如以600mm降水量为例，其径流深相差5倍以上，这种水文特性也可算是我们甘肃水文的一大景观。

9.我国东部山丘区代表流域年降水径流关系

我国东部山丘区包括：东北嫩江、牡丹江、第二松花江、浑河、太子河、华北山区诸河、淮河南岸诸河，长江中下游主要支流、东南沿海诸河及广东沿海诸河。由于这些河流的流域大部分为石质山地，流域高程多在500～1500m左右，植被好。因此这些河流的年降水径流关系表现为一条直线（下图），而且点带整齐密集，十分惊人，我记得福建省水文总站也曾画过一张这样的图，全省降水径流关系中，几乎所有河流的点据，都在一条直线上。

以上情况说明，我们甘肃确是研究水文规律的好地方，不仅降水径流关系，其他许多方面的客观水文自然规律都是极其复杂的。

我国东部年降水径流关系图

10.灌区模式的区分

根据河西各种灌区的差异性，我们第一次将灌区划分为两种模式，即闭合型灌区模式，及开敞型灌区（亦可称为扇形）模式。

河西走廊区由红崖山、合黎山、黑山等一系列高低山系划分为南盆地和北盆地两大系列。南盆地由东至西分别为武威盆地、永昌盆地、张临高盆地、酒泉盆地、玉门盆地等；北盆地则对应地为：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。

南盆地灌区多为闭合灌区，而北盆地则都为开敞型灌区。所谓闭合灌区即灌区下游有一道山脉屏障，且只有一个出水峡口(或基本为一个出水口)，如武威盆地灌区出水口为红崖山；张掖灌区下游出水口为正义峡；酒泉灌区为鸳鸯池；玉门灌区下游为双塔堡。

闭合灌区的特点：所有上游水源都流入一个盆地式灌区，而其下游只有一个出口。在这个盆地式灌区中，从上游至下游水量有多次重复利用，比如从上到下有：山水灌区—第一层次井灌区—泉水灌区—第二层次井灌区—泉水河道灌区—泉湖灌区等，最后剩余的泉水或者汛期的洪水由一个输水河道排出下游。

闭合灌区的最主要功能，就是其水资源的多次重复利用，因而其水资源的总体利用率高，所体现的总的耗水水平低。灌区下面就像有一个大水盆，从上到下，一次次灌水的回归量（下渗量）都复归入水盆内，水盆下游方只有一个出口（底槛），没有任何水量向其他地方流失。

开敞型灌区的特点是：一个进水口，向下游水流渠道分散，水量沿程蒸损浓缩，矿化度节节增加，至下段地下水又变成大于2g/L的高矿化水，使其失去应用价值。因此扇形灌区多数为一次性利用，最多在上游段发展一次井灌，因此重复利用率很低。在灌区下游往往淡咸水早混致使水资源再无法利用，因而水的浪费十分严重。

11.水资源的可持续利用问题

水资源的可持续利用根据不同的地域、河流、社会等许多情况而有不同的理解，仅就河西地区的特点提出以下看法：

⑴水源的稳定性

河西是灌溉农业区，有水就有地、就有社会，古今概莫能外。所谓可持续发展的前提，就是天然水资源要稳定，这就是基础。对于河西来说，包括西部新疆等地，水资源都来自高大山区，多年实测水文资料表明，天然来水量是非常稳定的，以河流年径流变差系数Cv来评价：河西各河流：石羊河0.25、黑河0.16、疏勒河0.24、讨赖河0.16。总体都在0.15～0.25之间，可以说历年河流水量变化是很稳定的。我国东部许多河流的Cv值在0.3～0.4。新疆的河流Cv值更小，如南疆诸河Cv值在0.11～0.2之间，更为稳定。河水变化稳定，这是大自然的客观存在，不是一般的人为因素可以变更的，当然在山区大规模地开荒，破坏森林，植被，肯定会改变流域自然特性，对河川径流产生不利影响，是应坚决制止的。因此在西部维系水资源的可持续利用，第一要务是保护山区生态环境。

⑵在节水和重复利用上下工夫

天然来水量不能增加，而社会用水量却在不断地增加，这个矛盾如何解决，显然只能在科学用水上下工夫。对于农业来说，首先充分利用闭合灌区的固有优势，发展多层次的重复利用机制（暂不用所谓现代节水灌溉节水）使水资源的利用率达到最高，亦即使单位灌面净耗水率降到最低，如300m³/亩或以下，相当于450mm，若加上降水量则可达550mm，这样的灌水量维持较高的绿洲生产水平是可以做到的，武威盆地恐怕已经达到或接近这一水平。

对于下游扇形灌区，则应采用以色列模式，即全部管道化，自动控制采用最先进的滴灌、渗灌、微灌等先进技术，吃干喝尽。在目前达不到这一水平情况下，则应采用“金塔模式”（见后文）

⑶对城市的用水及污水处理应及早性采用“0”排放的措施，否则遗患无穷。对工业用水则应提倡高重复利用模式，以及强制执行“0”排放。因为城市和工业用水净耗水率低，0排放的“中水”仍可作为农业用水，或城市绿化用水。

12.金塔模式

金塔灌区位于讨赖河（北大河）下游北盆地，其灌区为一向下游张开的三角洲（扇形），其水源为鸳鸯池水库，从扇形顶部进入。（请参阅“河西”报告）这里只简单介绍开敞灌区灌溉配置方法的简单模式：灌区从上游到下游可划分为四段：

⑴上游河井混灌，人工回灌区——面积约占三角形1/3～1/4。此区地下水位较深，水质好，适宜于上游来水（冬季多余来水）的回灌，全年实行渠、井共灌。这里发展井灌是为了将渠水向下游多供。

⑵中部河井混灌，以渠水改造渠间盐碱地，增加灌溉面积，使绿洲密集化，降低地下水位，减少或抑制地下水质变坏，改变葡萄藤式灌区形态。

⑶北部河井水混灌洗盐区，将大于2g/L的地下水抽入渠内稀释，浇灌耐盐作物或林果，以尽量利用余水，增加水的重复利用次数。

⑷灌区北缘排盐区，选择东、中、西三处相对低凹地段辟为排盐区，以井排为主，降低中北部地下水的含盐量。排盐区周围可以发展盐生和沙生植被，维护绿洲外围天然生态环境。

总的目标是促进绿洲密集化，提高水的重复利用，实现灌溉面积最大化，保持中段地下水质良好率，抑制北段上部地下水质变坏，使高矿化水线向北推移，亦即为避免淡盐早混。

金塔模式是基于现行灌溉制度（地面灌溉）的基础上的一种权宜方法，当然在扇形灌区最好的灌溉制度应该采用以色列模式，吃干喝尽，滴水不漏。到那时将会出现：整个灌区下面没有地下水（或者很深）没有土地盐碱化。

13.金塔灌区地下水补给量及可开采量的估算

金塔县原来有关报告，估算的地下水补给量为3.05×108m³，可开采量为1.5×108m³。作者在“河西”研究报告中作了修改，主要根据灌区地下水埋深的实际变化资料为依据进行了分析（图）。

金塔灌区中部地下水埋深过程线分析图

从代表性地下水埋深过程线上分析，每年有两次下降和两次上升段，上升与下降是灌溉与蒸发相互作用的结果。地下水的排泄方式以竖排为主，灌水量与蒸发量的对比，3～4月与9～10月为盈余期，也是主要补给期；6—8月为主要亏耗期，地下水位下降最多，等。据以上分析，设△Z₁、△Z₂为前后两个时段地下水位下降值，△Z₃为开采影响的地下水位下降值，则地下水补给量按下式计算：

W补=μFΣ△Zi=μF（△Z₁＋△Z₂+△Z₃）

式中F△Z₃=W井采，为已知数，则上式可写为

W补=W井采+μF（△Z₁+△Z₂）

△Z₁，△Z₂按全灌区平均分别采用0.8和1.2m，

则，W补=1.452×10⁸m³≈1.5×10⁸m³，

此数约为进入灌区水量的，可认为合理。

地下水的开采量计算：由于地下水的开采期主要在灌水季节，则可开采量实为夺取其部分潜蒸量，设△Z₄为此部分影响地下水位的下降值，则可开采量为：

W可采=μF△Z₃+μF△Z₄，

式中△Z₄为3～11月期间夺取潜蒸发量的下降值，全灌区平均选用1.2m，则

W可采=1.023×10⁸≈1.0×10⁸m³,

此数为进入灌区总水量的40%，亦较为合理。

14.甘肃黄土高原河水矿化度与流域平均年降水量的关系

甘肃黄土高原以及相邻的宁夏回族自治区河水矿化度与流域年平均降水量有很好的关系（见下图）。黄土高原干旱、半干旱区广大的面积上河流水质逐渐变坏，有许多苦水河流分布，其分布特点与降水量有密切关系。主要苦水区分布在清水河、祖厉河、马莲河西川上游、渭河北岸诸支流、洮河下游两岸诸支流。经多年的观测和分析，我们发现河流苦甜水的分界线大体以年降水量450mm为界，500mm以上的地区基本全为淡水区，矿化度小于0.5g/L;最高的地区出现在300～350mm一带，其矿化度最高可达20g/L以上，在这些地区年径流深一般只有10mm左右。

河水矿化度与年降水量的关系

年降水量小于300mm的地区，河网正常年无水，只有偶发洪水，而洪水的矿化度较低，但基本为高含沙混水，可利用的清水极少，且持续时间极短。

15.双累积曲线的应用

双累积曲线法原本应用于水资源评价中水量还原计算，首先在长办作了介绍。我们在“河西”报告中第一次引用，来分析河西各主要河流水系上下游水量变化关系，取得了满意的成果，受到国内专家一致好评。如新疆水文总站原主任周聿超评价：“通过上下游水文站流量双积累关系曲线可以直观地看出下游水量的变化，并可利用近期变化的预测”。张世法（南京所水资源室主任、国家级优秀专家）说：“建立南北盆地入口控制断面径流双累积曲线相关法，一目了然地阐明了石羊河、黑河、疏勒河等水系上游灌区发展和利用水量增加对下游灌区用水的影响的程度，做了定量评价”。

通过对黑河上下游双累积曲线分析，还验证了高崖站的重要意义，认识到高崖站将张临高绿洲分为上下两段，对灌区耗用水量的分析十分重要。

在研究黄土高原水土流失规律时，也应用了双累积曲线。分别采用了指标降水与累积输沙量的关系和指标降水与流量的双累积关系曲线，均取得了良好的分析成果。

16.关于灌区净耗水量的概念及其计算方法

农田灌溉中常用的词汇有灌溉定额、灌水定额、渠系利用系数、灌溉回归水等许多。但说到净耗水量则用得较少，原因是它难以直接求得。由于不知道一亩地一年中究竟净消耗了多少水，因而往往认为灌溉定额就是耗水的数量，有的人写了这样的论断：“西部以缺水著称，西部亦以灌溉方式粗放闻名；渠系利用系数仅0.45，输水损失量将近输水量的一半；大水漫灌是西北地区普遍采用的灌水方式；西部地区的灌溉定额普遍高，有的多达1200m³/亩～1500m³/亩等”。

持这样观点的人不少，很多还是所谓的大专家。其实他们对西部的认识是错误的，而且造成许多误导。

实际情况是怎样的呢？作者在“河西”报告中提供了详尽的分析，第一次用水平衡的方法，对一个个灌区进行了分析，得到了每一个灌区的净耗水水平。

水平衡原理：在一个基本闭合的灌区盆地内，可以认为：

总耗水量=总入流-总出流+超采量，

总耗水量除以总灌溉面积即得亩净耗水量。具体数字列举如下：武威盆地394m3/亩、张掖灌区428m³/亩，最低的西大河灌区只有298m³/亩（原因为上游冷凉灌区）。

可见前面专家们的结论完全是妄断。当然对于下游一些开敞形灌区，其净耗水也有上千方的，这是另一个概念。

所谓大水漫灌、串灌等灌溉方式，更是臭名昭著，几乎成了老鼠过街的阵势。所谓大水漫灌和串灌是因应灌区地面坡度太大而形成的一种灌溉方式，其上块地与下块地高差大，使得从渠道（农渠）引水困难，因而只能由上块地引入的水，来串流至下块地（地埂上有水口）；大水漫灌是因地块大，所以进地水也必须大才能灌好。

这两种方法是不是就浪费水呢？完全不尽然，因为这些地块都在山水灌区的上段，地陡、土薄，灌溉回归水非常大，因而看似灌的多，实则回归的更多，总体来说应该是节水的。一位长期从事基层灌水工作的同事就认为串灌漫灌可以节水。美国的涌流灌水技术是节水样板，它的地块可大到几十亩。有一位陕西某大学教授说：他认为大水漫灌不浪费水（在新疆一次学术会上发言），我听了为之窃惊！

17.在西北地区水利开发模式的探索

在这个探索中，我提出以下概念：

①灌区的密集化及土地集中连片的问题（本题另作专讲）

②回归水众口归一问题：所谓众口归一是指南盆地闭合灌区内，其下游段的退水出口，应尽量让其归于一个出口通道，如石羊河之归于红崖山，张临高盆地之归于正义峡，酒泉盆地归于鸳鸯池，昌马灌区之归于双塔堡等。这样可以避免水流分散而增加水的浪费。一个明显的例子就如将黑河水引入高台许三湾，而使其灌区回归水不能归入正义峡。修二草滩水库（酒钢）也是这样的问题。

③储水于山区：灌区农业的发展，核心的问题在于挖掘有限水资源的潜力，做到水资源的集约利用，降低单位面积的耗水量，提高水的利用率。储水于山就是集约利用的最好的途径之一。有句民谚曰“泼水难收”。其意谓水不能分散，应集中按计划有效利用。

平原区水库的水面蒸发量是山区的2.78倍，若为下游沙漠边缘水库更大达3.76倍，说明河流水量储水于山的重要意义。特别是汛期洪水特别集中的河流更应如此。

④提高输水标准，提升渠系有效利用系数，

提高渠道输水标准，实质就是提高渠系有效利用率，以色列为什么16亿m³水资源（尚需分水约旦），能养活600万人口的农业、工业生活等多方面用水呢，实则就是提高输水标准（管道化）滴水不漏。不能说是为了保护自然生态，而把许多水量（现在所说的生态用水量）放入沙漠（内格夫沙漠）。

⑤优化灌溉制度，降低灌溉定额及选定适宜的灌次。对于下游扇形灌区则应优先采取以色列模式，在经济条件不允许的情况下，亦应采用“金塔模式”。

不论在南盆地或北盆地均应充分发挥“水的重复利用模式”以提高水的利用率。

灌区重心上移，使单位耗水量降低，西大河的西河灌区就是一个典型的例子。

在水的矿化度由山区出口的300mg/L,直至最下游最后达到3000mg/L,这一长程演变过程中，要实现多次重复利用（包括多次井灌），最忌讳的就是直接将淡水引至下游的地下水咸水域，一次灌溉而淡咸早混，是极大的浪费水资源。

18.黄土高原与沙漠

黄土高原是怎样形成的，在网上讨论得很多，一致认为是由西部沙尘暴将细土吹来沉积而成，这是无疑的事实。问题是有多少黄土、多少沙子，它们的关系是什么，没有看到有人研究过。

作者在上世纪九十年代写了“对沙漠和沙漠水问题的探索”一文，文中详细分析了沙漠的成因和黄土高原的形成及其相互关系，并计算出了黄土、沙漠沙的数量，求得黄土总量为：10.6×10⁴km³。

沙漠沙的总量为：1.08×10⁴km³。

这样的沙量可信度如何？对西部所有的沙漠（不包括东部浑善达及科尔沁沙漠）进行计算，得到了沙漠的平均厚度为20m，显然这个数字是可以接受的。因为虽然有的沙漠沙丘很高大，甚至超过100m的，但低平的沙丘和沙地很多。

怎么样把沙漠和黄土联系起来的？我们有一个巧妙的办法，这要从源头说起。本来，西部存在着大面积的洪积和湖积平原，这些平原上都有深厚的土层，它们都是由河流泛滥冲积和淤积所形成，也说明历史上这些地区气候比较湿润。后来，青藏高原隆起，西北地区变成干旱区，地表植被逐渐消失，土层失去保护，风起土走，留下了土中的粗粒部分，变成沙漠，而飞尘土沉积形成黄土高原。为什么尘土要沉积在现在的黄土高原呢？这与地形（主要是大的地块）有关，这条西风“大河”由于乌鞘岭—毛毛山“丁坝”式的阻挡，而弯向东北，在其下游右岸形成旋流和缓流区，则现今的黄土高原位置恰在此弯道的右岸下游，于是形成沉积区。黄土高原土层级配由西北向东南逐渐变细，就说明沉土流向及其沉积的先后顺序，即粗粒先沉，细粒后沉。

洪积、湖积（细土平原）平原大量的泥沙都是河流从上游搬运至下游的，由此我们认为沙漠沙和黄土，都是原来河流的搬运物。一张三种土样的颗粒级配坐标图，即说明了一切原由，原来河流搬运的泥沙的级配，极近于沙漠沙和黄土级配的合成。大体以0.15mm为分界，沙漠沙粒径基本大于此数，而黄土则小于此数。可知沙漠沙量占河沙量的10%，黄土占90%。

知道了黄土总量，即可计算出沙子的总量。黄土总量是按黄土高原面积分块计算的，假定了黄土平均厚度。显然这个平均厚度存在估算误差，黄土总量当然也就有差误了。有多大呢？我们以下面方法反评：

①计算黄土高原的总侵蚀量：取典型地段做黄土高原地形剖面，（以泾河流域中部为代表），求得总侵蚀量与黄土总量之比为0.4：1，即侵蚀量为40%。我们知道华北平原中的黄河冲积平原，海河水系及淮河北岸平原等地均为黄土淤积平原，约计30万km²，则可计算得平均淤积深度为141m，如果将渤海、黄海的淤积量计入，若以一半计算，则平均淤积厚度约为百米。

此数是可信的！因而上述计算结果均是可信的。当然希望有志者利用现代高精测算技术进行研究，希望得出的数量级能与我的一致。

19.有关绿洲问题的思考

①绿洲是在大的干旱荒漠背景下，依傍山区河流水资源供给的数量，在人文条件下（现今已很少纯天然绿洲），和地形、地貌条件及细土平原的分布格局而形成的多种平面形态的绿色植被带，包括农田、林地、人工草地等的综合生态体系。这样一个体系，我们可称之为人工生态体系，有别于天然生态体系。

②绿洲的总面积在西部甘、青、新地区与荒漠之比是很小的，以河西地区为例，其绿洲总面积约1.4万km²，而其周围的沙漠戈壁总面积（包括甘肃境内及内蒙古阿拉善高原）约37万km²，仅约为1/30。可见绿洲为瀚海之孤岛，且分布极其分散零碎。

③在当前的自然、经济和技术条件下，对大面积的荒漠和干旱戈壁的改造，既无可能，亦无必要，而应以保护和改善绿洲和工矿交通等设施为生态环境保护的核心。避免干旱地区荒漠化问题的发展，实质上就是改善绿洲的人工生态体系和维护外围天然生态体系的有机结合。

④西北地区水利建设的终极目的，就是要促进绿洲建设的完善和优化，实质就是实现绿洲的规模化和密集化，用这一思想去规划灌区布局。可以有以下指标：a.绿洲总面积有一定的规模，b.灌区应集中连片，c.灌区形状系数（长、宽比或面积、长度比）适当，d.绿洲密度（灌区面积与绿洲面积之比）要大。关于绿洲密度可分为三级，如：密集型：比例系数达到65%～70%以上，最优的可达到80%～85%；标准型：其系数为40%～65%，说明绿洲已经比较稀疏了，这就是改造的对象。次级绿洲：其灌溉面积率低于40%，已近于半荒漠的程度，这一带已成为人工生态和天然生态的交绥地带，所以应是绿洲建设重要的和争取的地区。

⑤绿洲的节水机制

为什么西部地区水利建设的终极目标或者说社会发展的可持续性（用现代语言表述），就是促进和建设优化绿洲，是因为它有以下优异的特性：a.绿洲能产生冷岛效应，即绿洲内部的气温在盛夏远低于戈壁沙漠，相应地也增加湿度，使气候宜人。b.绿洲像个塑料大棚，因此它具有大棚的优越气候生境，其特点是：夏季在绿洲上方（100～200米范围）存在一逆温层，它就像一个塑料大棚，使上升气流受阻，因而绿洲内的水汽也不能大量地散逸，于是保护和提高了湿度，减少总体的蒸发量，体现出了绿洲的节水效益。武威灌区和张掖灌区的单位耗水水平如此之低，就是最好的实例。我们在分析和研究内蒙古河套灌区典型试验的资料时，也得到同样得结论。c.绿洲边缘逸出水汽的再利用。在绿洲边缘地带，已是沙漠绵延分布，在沙漠上夏季（暖季）白昼大气中的水汽通量是向下的，这几乎是违反常识的，然而它是事实（有“黑河试验成果”证明），这些水汽最终进入沙层而形成沙漠凝结水，正是由于它的存在，才使沙丘上的沙生植物旺盛，这是维系绿洲外围天然生态环境的最重要条件；而这些凝结水归根结底有一部分还是由绿洲逸出的水汽供给的。d.劣化绿洲的后果，有一些河流灌区分布的很稀疏，有的沿一条渠道形成一条绿色带，有的渠线分布像葡萄藤一样，一条与一条分开，有的长距离引水，灌远地等。使灌耕地镶嵌于沙漠戈壁之中，这就会出现所谓的“晒衣绳效应”，水量蒸发渗漏损失非常大，这样的灌区，灌溉定额是非常大的，而且不能再重复利用。

⑥以色列模式的利用

对以色列的水资源利用模式，近些年来也再没见到有关报道，只知道是输水管道化，总之是滴水不漏，显然不存在所谓的灌溉回归水，当然就没有地下水补给了。地下水大量下降的结果，地表树木、草地枯萎，犹如民勤沙枣林大面积枯死的情景。是这样的吗？那么，他们的自然生态环境保护是怎样考虑的？

⑦关于绿洲的降格问题

我们现在所研究的绿洲大部分应是密集绿洲和标准绿洲，它们的“降水当量”（灌溉＋降水）前者约为600mm，后者为500mm左右，如果在绿洲的外围发展一些次级绿洲其降水当量在400mm以下，甚至只有300mm、200mm，这样的绿洲会是怎样的，它们的生存能力如何，会不会被荒漠吞噬。300mm相当于每亩200m³，搞滴灌大概可以。这些方面须进一步的试验研究。在现有绿洲外围发展这种低标准绿洲，是完全可以的，这可为大量节水创出一条新路。