黄土高原气候变化毕业论文

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自然环境变迁的后果 自然环境变迁的后果——《第七章 泾洛流域自然环境变迁的后果、原因、规律》第一节王元林载《泾洛流域自然环境变迁研究》自然环境从地质时代经过历史时期的变迁而至现今，在这一历史发展过程中，泾洛流域自然环境各因子气候、地形、水文、土壤、植被等都发生了较大的变化。今日黄土高原童山秃秃，林草稀少，沟壑多布，侵蚀冲刷严重，出现许多人地矛盾，成为中国二十多个贫困地区之一，这正是自然因素和人为因素共同作用下，破坏这一地区脆弱的生态环境所造成的。清楚泾洛流域自然环境变迁带来的后果，面对现实，制订相关政策，为当前这一地区的治理服务。 一、泾洛流域自然环境变迁带来的最大恶果是水土流失日益加剧。新石器时代，泾洛流域植被良好，森林茂盛，草地肥美，各种动物栖息其间，这从今天泾洛流域数以千百计的新石器文化遗址中发现的大量动植物遗存足可证明。随着人类社会的进步和发展，原始农业逐渐发展起来。起初，人们在河谷平原和高原之地小范围开垦，对侵蚀冲刷影响不大。随着人口增多，人们已不仅在自然条件优越的地区经营，就是生态环境脆弱之地，秦汉时已出现大规模地开垦高潮，陇东、陕北就是其中代表。随后虽然东汉以后长达三百多年这一地区多以游牧民族为主，但农业在一些小的地区仍有经营①。隋唐人口增多，隋代陇东、陕北每县就有上万户，陇东、陕北人口达120多万人，远远超过了西汉。唐天宝时陇东陕北人口近百万。陕北洛水流域近31万人口，是西汉时的近2倍。宋金在陇东、陕北更是驻有大量军队，人口激增。以后各代，这一地区人口一直居高不下。明嘉靖时，虽人口较明初有所 _____________________ ①谭其骧：《何以黄河在东汉以后会出现一个长期安流的局面》，《学术月刊》1962年第2期。减少，但仍达近60万，加上逃户，亦有七八十万之多。再加上沿边驻有延绥、固原镇兵，人口亦当超过百万。“土人耕牧，锄山为田”，开荒耕坡，“虽悬崖偏陂，天地不废”。清乾嘉时这一带人口达285万人之多。虽然陕北仅44万人，但开荒已至山坡险岭，即使梁峁之地也不放过(详后)。一般情况下，每增加一人，需增加耕地0.2—0.3顷。陕北、陇东自然还要多些。这样伐林垦荒，带来的结果只能使环境恶化，水土流失加剧。农垦之外，历代在泾洛上游曾置有牧马苑，牧马啃食草根，苑田种植苜蓿或粮食，过度地放牧也会破坏当地植被，加重水土流失，只不过不如垦荒带来的后果严重罢了。一般人对黄土高原垦荒带来的后果认识还不是那样清楚。据调查和推算，黄土高原在有森林覆盖的条件下，土壤年侵蚀模数很小，只有100—200吨／平方公里，而毁林开荒，其年侵蚀模数可达10000—20000吨／平方公里，增加100倍。陇东庆阳、平凉，再加上陇西的定西地区，有面积约7万平方公里以梁状为主的黄土丘陵沟壑区，一般年侵蚀模数在8000吨／平方公里左右①。泾水上游侵蚀模数最强烈，年侵蚀模数可达1万吨／平方公里左右。环县北部丘陵沟壑区年侵蚀模数7769吨／平方公里，庆阳北部丘陵沟壑区7412吨／平方公里，陇东黄土高原沟壑区5746吨／平方公里。而黄龙山、子午岭、关山(六盘山脉)土石山地森林区年侵蚀模数分别是238吨／平方公里、500吨／平方公里、800吨／平方公里②。其间森林起到的作用还是巨大的。陇东陕北间子午岭，在同治回民起义前，垦殖指数高达25％—30％，其侵蚀强度相当于现在延安一带，而年侵蚀模数已达8000—10000吨／平方公里③，水土流失已十分严重了。而今，泾洛流域水土侵蚀仍然十分严重。陇东、陕北大部分市县水土流失面积占到总土地面积的80％以上，环县、庆阳、镇原、泾川竟占到100％，而森林较多的合水(水土流失面积占到总土地面积57.75％)、富县(42.05％)、黄陵(48.36％)、黄龙__________________________ ①山西大学黄土高原地理研究所：《黄土高原整治研究》，科学出版社，1992年，第13—14页、18页。 ②中国科学院黄土高原综合科学考察队：《黄土高原地区综合治理开发分区研究》，中国经济出版社，1990年，第87页。③唐克丽等：《黄土高原人类活动对土壤侵蚀的影响》，《人民黄河》1994年第2期。(49.14％)，水土流失所占总土地面积稍低。陕北历史上人口密度少，开发程度远较陇东低，今森林仍保持不少，水土流失也就自然不如陇东严重，洛水含沙量自然也没有泾水大。就是渭北旱塬一带，长武(92.97％)、彬县(93.84％)、旬邑(84.27％)、淳化(91.60％)、白水(91.63％)等，水土流失在总土地面积中所占的比例仍然巨大①。昔日洛川塬所在洛川县，今水土流失面积1500平方公里，占全县总面积83％。这里耕地面积较大，占垦殖指数25.6％，耕地中夏粮又占很大比重，夏收后农田休耕，又正值雨季，暴雨易使裸露的地表发生面蚀和沟蚀；沟头延伸，沟道深切，沟坡变陡，又引起土体的崩塌、滑坡等重力侵蚀。朱牛乡的月合沟在1923—1955年的32年间，沟头延伸247米(平均每年7.7米)，沟床被切深8.6米，沟道加宽15.4米，共损失塬面耕地19.2亩，流失土壤77.6万立方米。这样的沟壑在黄土高原地区不胜枚举。沟壑的增多，沟道面积增大，使地形更加破碎。今泾洛流域除原外，大量的梁、峁、沟等破碎地形遍地皆是。洛川朱牛乡沟道面积已达48.5平方公里(总土地面积仅有90多平方公里)，坡度大于25。的陡坡又占沟道面积的53％②。洛川塬地如此，其他破碎地形沟壑之多，面积之大，就可想而知了。如此大量的土壤表层土被冲刷，土壤肥力自然下降。据统计，被冲刷的土壤中，每吨约含氮肥0.8—1.5公斤，磷肥1.5公斤，钾肥20公斤。黄土高原每年要损失肥分5000万吨，比黄土高原农业年施化肥量多好几倍③。历史时期，包括泾洛流域在内的黄土高原地区毁林开荒，轮荒乱垦，使宋时陇东陕北“腴田”、“肥田”后皆成为瘠田、薄田。志丹人曾流传的这样俗语：“山保安，牛羊山，米粮川”，当地应是富庶；而清咸丰时，保安(今志丹)“瘠贫之区，水土最劣，以耕稼则多不毛”④，水土流失造成的恶果已显露出来。_______________________ ①中国科学院黄土高原综合科学考察队：《黄土高原地区资源环境社会经济数据集》，中国经济出版社，1992年，第222—223页。 ②中国科学院黄土高原综合科学考察队：《黄土高原地区重点县综合治理与经济发展战略规划》，科学出版社，1991年，第154页。③山西大学黄土高原地理研究所：《黄土高原整治研究》，第18页。④咸丰《保安县志》卷一《地理志》。泾洛流域水土流失，像其他黄土高原地区一样，带来的更大灾难是河流中的泥沙增多，河患频增。今黄河泥沙含量已多达16亿吨，其中陕西省每年输入黄河的泥沙就达8亿吨，占到三门峡以上输沙量的一半。大量的泥沙淤积在下游河道中，使河道淤高，行洪不畅，易发生河患。今黄河下游成为“悬河”，正是历史上泥沙淤积所造成的。而黄河下游洪水灾害不断，其根源正在包括泾洛流域在内的黄土高原水土流失带来的泥沙。历史上黄河下游大约有1575次洪水灾害(包括溢、决、改道)，其中先秦时仅发生过7次漫溢，1次改道。西汉时，黄河下游发生3次漫溢，7次决口，2次改道，共发生12次河患。除其他原因外，西汉时由于在包括泾洛上游的黄土高原屯垦，发展农业，一定程度上加剧了水土流失，河患也随之增多。东汉以后至隋的五百年间，黄河出现了相对安流的局面，这与黄土高原地区多以畜牧为主，水土流失程度大大减轻有关。唐和五代时，黄河河患增多，与唐五代时变牧为农有关①。宋金元时期黄河河患远超以前各代，平均每10年分别发生6.5、5.5、27.3次。元时记载人口虽少，但编户数字并不等于实际数字。明代共发生454次河患，平均每10年发生16.4次。清代发生485次，平均每10年发生17.9次。民国发生103次河患，平均每10年发生41.9次②。河患愈演愈烈，这无疑与人口增多，开垦荒坡沟地，水土流失加重有关。其间水土流失带来的恶果不堪设想。________________________①郑肇经：《中国水利史》，商务印书馆，1993年影印本，第102—104页。②谭其骧：《何以黄河在东汉以后会出现一个长期安流的局面》。二、引起泾洛流域生态失衡，各种自然灾害日益增多。泾洛上游为黄土高原腹地，生态环境脆弱，历史上人们在这里发展农牧业，大力垦田，轮作荒田。特别是秦汉时移民屯垦，使这一流域农田栽培植被面积扩大。唐宋金时期，这里为边防之地，人口增多，屯田面积大增，森林大为减少。明清民国时期，泾洛流域森林遭到彻底破坏。森林破坏，农地增加，水土流失加重，使这里本来就脆弱的自然环境难以恢复，原来森林被覆土壤，调节气候，涵养水源，减少侵蚀的作用也就不复存在。人为干预自然环境能力的增强，无节制地破坏自然，使这一流域随着时间的推移，自然灾害发生的次数增多，发生频率增加。虽然不是呈直线式上升，但灾害日益增多的态势已十分明了。将历史上泾洛流域发生的旱涝、雹灾、霜冻、蝗灾、风沙、地震以及饥荒等灾害作一综合对比可以发现，泾洛流域在公元前2世纪至1世纪上半叶、6世纪下半叶至9世纪末、10世纪末至11世纪初、13世纪下半叶至14世纪初、15世纪中叶至17世纪上半叶、18世纪中叶至20世纪中期出现6次灾害多发期。这些灾害常常相伴发生，甚至一年中几种灾害并行，旱涝、旱蝗、旱雹、旱震、旱与风沙等灾相互联系，这些大灾多相连发生，增加了灾害的危害性。大灾之后，又常出现瘟疫、饥荒，这在明清民国时期表现最为明显。6大灾期中，第一灾害多发期发生28次大旱，5次洪涝。第二灾害多发期仅西魏至北周和隋代，就发生17次旱灾，8次雨涝。唐代旱灾年达110次，涝灾65次(其中旱涝同年22次)，冰雹30次，霜雪冻48次，蝗灾(包括五代)21次。第三灾害多发期为北宋初期，时间不足五六十年，却发生旱灾20次，雨涝12次，蝗灾9次，雹灾霜冻也发生不少。第四灾害多发期为元代，旱灾25次，涝灾10次，蝗灾7次，雹灾12次，虽第三、四灾害期发生次数不如第二灾害期，但其发生频率仍十分频繁。明清民国时期自然灾害增多，土壤瘠薄，陇东陕北农业难有太大起色，自然环境恶化的兆头已经显露出来。明至1949年泾洛流域共有12次大旱灾期，3次大涝期。这些旱涝灾害常常是毁灭性的。如万历第一大旱期(1582—1583年)的大旱，“人相食”，死尸枕藉。万历第二大旱期(1586—1587年)陕北延安“饥民多死亡”，陇东各县大饥。天启崇祯大旱期(1627—1631年)，麦苗尽枯，饥荒尤甚，人死过半，导致了明末大起义。崇祯末(1639—1641年)、康熙末(1720—1721年)、光绪初(1877—1878年)、光绪末(1899—1901年)、民国(1928—1931年)等大旱期亦危害巨大。除气候原因外，明、清、民国泾洛流域少被覆，易发生干旱。明代泾洛流域有63次雹灾记录，清代泾洛流域雹灾记录达247次，而民国则是年年有雹灾记录。霜雪冻灾明代有52次，清代、民国有148次。虽存有记录的失误，但清代、民国霜雪冻灾应高于明代。明代泾洛流域蝗灾达45次，清代26次，民国11次，如此等等。由于泾洛流域大部分地区仰于天泽，灾害发生的多少无疑影响收成的丰歉。水旱之外，泾洛上游即使霜雪雹灾也容易导致饥荒出现。上游陇东、陕北出现饥荒的次数和规模远多于下游关中，与上游自然灾害多，自然环境恶劣有关。明以前泾洛流域饥荒出现的次数少。唐代，关中饥荒出现49次。宋代，泾洛流域发生16次饥荒。金代饥荒3次，元代27次。明代，泾洛流域共出现123次饥荒，全流域的饥荒45次，泾洛下游饥荒28次，上游陇东达30次，陕北洛水上游达20次。清代饥荒发生次数更加频繁，共有167次饥荒，全流域饥荒7次，泾洛下游45次，陇东97次，陕北18次(统计数字不全面)。虽危害程度较明代小，但发生频率无疑是历代最高的。饥荒的出现除了人为原因外，大多与自然灾害有关。明清泾洛流域自然灾害增多，尤以陇东、陕北发生频繁，大量的统计数字和无数事实足以证明，正是明清在泾洛上游锄山为田，开山至顶，肆意毁林开荒，使垦田数增多，水土流失面积亦增大，抵御灾害的能力大大降低。自然灾害增多，饥荒频增，脆弱的生态环境已经恶化。 三、黄土高原自然环境的变迁，不仅使河流水文状况恶化，而且使河湖湮塞，引起水荒。由于历史时期大量砍伐林木，森林植被破坏，植物被覆作用降低，不但加速了水力侵蚀，河流泥沙增多，也使河流洪枯量变化大，暴涨暴落。唐时洛水、华池水等流域经过农业开垦，林木减少，洪水时“漂沙圻岸去，漱壑松柏秃”，水土流失较大，而像苇谷等一些小的支流，碧波荡漾，与洛水、华池水等还是有区别的，这里侵蚀较弱。清代，葫芦河(即华池水)流域的子午岭林区还未遭到破坏，河水清澈，仍可灌溉附近稻田①，河水清浊显而易见。上述元时灵台的达溪河也还清澈，到清时也已浊浪滚滚。明嘉靖时称今汭水还较泾水清澈，今情况虽然仍是汭清泾浊，但汭水已开始变混浊，上游华亭、崇信一带林木减少，农田多辟。历史上称作黑水的诸河(古油水以及今直罗河等)今已难窥其原貌，多已变浑。原来称作宁江的九陵川，清时水色澄碧，今也已变浑浊。不胜枚举的事例足以证明，河流多已变浑，清流已少见。_____________________①道光《鄜州志》卷二《舆地部·水利》。由于森林被覆减少，河流冬枯夏涨、暴涨暴落特点异常显著。甘泉境的洛水支流，“春夏盈而秋冬涸”。即使洛水冬春时仅“水深二三尺，面阔七八丈”，可涉足而过，而夏季暴涨时，河川“一望无涯，浪高一二丈”。泾水流域亦是同样。崇信县各河“旱则河水清盈，汗下欲涓滴”，“潦则汹涌奔腾”，水势浩大，汹涌澎湃，“漫无抑制”，洪涸特征十分明显。暴涨暴落，河患日益增加。历史上泾水支流在平凉、泾川、灵台、镇原、庆阳、环县、宁州、正宁、合水、邠州等县城旁都发生过河患。而且，河道泛滥亦趋亦烈。洛水流域的保安、鄜州、黄陵、同州发生过多次河水侵城的事件。鄜州城不断地内缩，就是受历史上洛水数十次泛滥的影响。就连一些小的支流也在明清时常常为患，平凉城东的浚谷水、泾川的古泾州城和今城外的诸沟水等等皆是如此。河水含沙量大，暴涨暴落，泛滥不断，自然难以航行。西周时，泾水已有航运。此后，“泾河水急石多，深浅不一，商船不致往来”。明清虽曾有试航之举，但由于泾水水浅石多，难以行舟。洛水亦仅可行小船，航行里程仅在大荔以下。形成今天泾洛两河难于航行的根本原因就是由于泾洛流域水文状况恶化。 泾洛流域自然环境的变迁，还使这一流域水资源枯竭，水利工程难以实施，人们生产、生活难以正常进行，出现水荒。人们原来居于原上，随着河流的下切，水源远在深谷之中，往来取水十分不便。包括德靖砦、栲栳砦、金汤寨、凤川寨等宋金时的军寨，虽然修建时就建于高处，以利军事需要；但仍考虑到在河川池泉之旁，以利饮用之便。随着河流下切，饮水已成为军寨生存的主要问题。其后这些军寨大多废弃，除军事原因外，饮水不便也是一个重要原因。明清泾洛上游居民多向川谷泉池边迁徙，就是考虑到水源问题。宁州城居马莲水、城北河、九龙水之交，而明时，城“内乏井泉”，与数百年来河流下切有关。类似情形在庆阳等处屡见不鲜。笔者去陇东、陕北考察，水窖和池塘遍布各个乡村，吴旗、志丹一带，有些在田间地头，甚至公路两旁，利用地势将雨水汇聚、沉淀，以便使用。在这里，人们把水看作异常珍贵之物，节约用水已成人们的习惯。人们饮水都如此困难，农业生产只有靠降雨来决定丰歉了。建国前，陇东、陕北的水利工程寥寥无几，正与河道下切、难以饮用有关。今泾洛上游一带人们往往打数十丈甚至近百丈的深井，就是因为地表水难以饮用而不得不利用地下水。渭北旱塬一带，“居民每苦地高乏水”，也修地窖以聚雨水。明清泾洛下游掀起打井高潮，与地表水枯竭，流水微小难以满足灌溉需要有关。泾洛流域河流泥沙较多，河患频繁，还使泾洛下游诸湖面积缩小或消失，流域内诸泉湮废。除气候原因外，还因森林减少，泥沙增多，湮塞泉泽。泾洛下游的阳华(华泽、赤岸泽等)及其他诸湖的湮废就是如此。甚至黄河下游的大野等大湖泽的消失，也是包括泾洛流域在内黄土高原水土流失，河道变迁，泥沙淤积的结果。四、历史时期泾洛流域植被和土壤的变化，使这一流域土壤承载力低，三料(燃料、饲料、肥料)短缺，土壤肥力下降，粮食亩产降低，土瘠民贫，农业生产徘徊不前。今天，造成黄土高原贫苦的主要原因就是这里生态环境失衡，水土流失严重，人地矛盾尖锐。大量的林木减少，地表裸露。明时，陇东“山无木兮山顶秃”，“山头但有农驱犊”，濯濯童山之上仍植糜种菽①。清时，陇东土壤“瘠硗”，沟坡之苗多仰天泽，稼穑难成②。历史时期泾洛流域由于人们长期的垦殖开发，致使原来开垦时还较肥沃的土地，开垦二三年后被迫撂荒，自然肥力尽失。这在陇东、陕北各州县都是如此。不断地撂荒轮耕，不断地去开垦新的土地，使泾洛流域农业一方面垦殖面积不断增加，水土流失面积也随之扩大。而另一方面，土壤贫瘠，广种薄收，人民仍然贫困不堪。洛川l县一带民众就流传这样的俗语：“种上万万顷，哪怕一亩打半升”，人们不管收获，“有牛没牛尽管种”③。虽辛苦耕种一年，收获却寥寥无几。正如咸丰时保安县人所言，“荒山容易起风沙”，“不管年荒与岁丰，十年总有九年穷”④。原来是“牛羊山，米粮川”的保安，土地承载力大大降低，已难与昔日相比。道光时卢坤所作《秦疆治略》，几乎陕北和渭北旱塬各州县都是“地瘠民贫”。其实，陇东一带“原以土质肥沃，农产富裕”，故历史时期这里人口密度基本上较洛水流域大。加之这里原面较陕北一带大，自然条件优越，故历代开垦多所致力。由于滥垦滥伐，“垦殖无方”，只知扩大耕地面积，撂荒轮作，粗放式经营，“致使土地利用失调”，表层耕土“受雨水冲蚀而流走”，“良田败坏，沟壑纵横。耕田面积日渐支碎”。虽有施肥，但地力消耗和水土流失，使农业单产降低，经济衰微。昔日茂密森林，今为濯濯童山。昔日良田与草原，今为“不毛之沙漠”⑤。随着建国后这一地区人口的膨胀，人均耕地更少，人地矛盾更为突出。为了解决当地粮食问题，在相当长的时间内，仍走原来开荒种地，扩大耕地面积的老路子，使水土流失更为严重。人们越穷越垦，越垦越穷，农业终是恶性循环。传统的粗放农业是今日这一地区积贫积穷的重要原因。_______________________①康熙《宁州志》卷一《地理·山川》引(明)李绅《山水歌》。②(清)张澍：《天心篇》，收入《历代咏陇诗选》。③民国《洛川县志》卷二四《方言谣谚志·俗谚》。④咸丰《保安县志》卷八《艺文》，(清)彭瑞麟《保安杂咏》。⑤民国《甘肃乡土志》第七章第八节《水土保持》。泾洛流域森林草原减少，水土流失严重，不但使土壤承载力降低，粮食亩产减少，而且使这一地区像其他黄土高原地区一样，燃料、饲料、肥料等三料出现短缺。长期以来，泾洛上游以林木、树枝草灌和作物的秸杆为燃料，树木烧光，就去刨树根。树根、秸杆烧完，就去刨草皮，挖草根，烧牛马粪。这样，自然使三料短缺，生计难以维持。宁夏、固原地区就是三料严重断缺之地①。甘肃庆阳地区华池县，从上世纪40年代开始，开荒种田，特别是建国后人口剧增，大量烧柴用材，使这里的子午岭林区的森林和草原受到严重破坏。到80年代初，除东部几乡在子午岭深林区外，其余全县其他地方已无林可砍，无荒可垦。相应地，水土流失加重。柔远河在上世纪60年代输沙量401.7万吨，70年代增加到456.3万吨。同时，全县大小7700余条沟至70年代末就有6300多条干枯②。农业降产，薪材短缺，饲料、肥料亦成问题，自然环境已恶化。 历史上，受水土流失和人们耕垦的作用，泾洛上游形成沟谷坡地的黄绵土及原地的黑垆土，前者肥力瘠薄，后者成为黄土高原较优良的土壤。而关中受人类长期耕垦和施肥作用，形成耕作性较好的填土。土壤的肥瘠自然影响到农业生产。关中由于自然条件好，地势平坦，土壤肥美，灌溉便利，虽经自然和人类长期作用，但自然环境恶化的程度远较陇东陕北轻，自然灾害也远较陇东陕北少。有些还因人类的参与，而使自然环境更适宜于人类的发展。前言关中出现的塿土，盐碱地改良自然对促进农业生产起到促进作用。同时，还应指出的是，关中泾洛下游森林减少，湖陂大多干枯，地下水位下降，沿山及滨河一带，砾石、沙子多随洪流而淤积散布，洪潦成灾，原来的“淤田”已变成了“淤沙”。农业生态环境恶化，北山旱塬一带地形破碎，“地瘠民贫”，农业生产环境亦受到很大影响。沙苑自然环境恶化，水草减少，湖泉干枯，已多出现风沙和沙徙现象，屯垦田地多为风沙侵占。可见，泾洛下游自然环境的变化，也带来一定的不良后果。_______________________①山西大学黄土高原研究所：《黄土高原整治研究》，第20页。②新编《华池县志》第一编《地理志》。总之，历史时期泾洛流域自然环境的变迁，给这一流域带来了积极和消极的影响。一方面使许多不良的如盐碱土、沙土等土壤得到了改造，培育出了更适宜于农业生产的填土、黑垆土等。历史上关中有“膏壤”、“沃野”、“天府之国”的美誉，对粮食生产，推动社会进步仍起到了一定的积极作用；而另一方面，人们毁林垦荒，滥垦滥殖，纵火烧山，锄山为田，使泾洛上游和渭北旱塬的生态环境遭到了空前破坏，水土流失严重，地形更加破碎。土壤肥力流失，河患增加，甚至对黄河下游河道和湖泽等都带来了严重危害。而同时，由于森林草原植被遭到破坏，泾洛流域自然灾害明显增多，尤以旱灾最易发生，自然环境的免疫力大大降低。河患频仍，暴涨暴落，泥沙含量大，多浑浊不堪，难于通航。湖泉池陂大多湮废，人们生产、生活用水已成问题。由于土壤肥力下降，粮食单产降低，广种薄收，土壤承载力降低，燃料短缺等，农业陷入恶性循环，人们越穷越垦，越垦越穷，使包括泾洛上游在内的黄土高原地区成为中国现今最贫困的地区之一。

概况：黄土高原在中国北方地区与西北地区的交界处，它东起太行山，西至乌鞘岭，南连秦岭，北抵长城，主要包括山西、陕西、以及甘肃、青海、宁夏、河南等省部分地区，面积40万平方千米占世界黄土分布70%，为世界最大的黄土堆积区。黄土厚50—80米，气候较干旱，降水集中，植被稀疏，水土流失严重。黄土高原矿产丰富，煤、石油、铝土储量大。黄土颗粒细，土质松软，含有丰富的矿物质养分，利于耕作，盆地和河谷农垦历史悠久，是中国古代文化的摇篮。但由于缺乏植被保护，加以夏雨集中，且多暴雨，在长期流水侵蚀下地面被分割得非常破碎，形成沟壑交错其间的塬、墚、峁。 平坦耕地一般不到1/10，绝大部分耕地分布在10°～35°的斜坡上。地块狭小分散，不利於水利化和机械化。黄土高原水土流失严重，黄河每年经陕县下洩的泥沙约16亿吨，其中90%来自黄土高原，随泥沙流失的氮磷钾养分约3，000余万吨。综合治理黄土高原是中国改造自然工程中的重点项目，治理方针是以水土保持为中心，改土与治水相结合，治坡与治沟相结合，工程措施与生物措施相结合，实行农林牧综合发展，这种治理措施已取得重大成绩。黄土高原地区蕴藏著丰富的煤炭、石油、铝土矿等资源，是中国重要的能源和化工基地。地理：按地形差别分陇中高原、陕北高原、山西高原 和豫西山地等区。黄河流域黄土高原地区西起日月山，东至吕梁山，南靠秦岭，北抵阴山，涉及青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南七省（区）46 个地（盟、州、市），282个县（旗、市、区）。全区总面积63.5万平方千米;，其中水土流失面积45.4万平方千米（水蚀面积33.7平方千米、风蚀面积11.7 万平方千米），年均输入黄河泥沙16 亿吨，是我国乃至世界上水土流失最严重、生态环境最脆弱的地区。平均海拔1000～1500米，除少数石质山地外，高原上覆盖着深厚的黄土层，黄土厚度在50～80米之间。最厚达150～180米。年均气温6～14℃，年均降水量200～700毫米。从东南向西北，气候依次为暖温带半湿润气候、半干旱气候和干旱气候。植被依次出现森林草原、草原和风沙草原。土壤依次为褐土、垆土、黄绵土和灰钙土。山地土壤和植被地带性分布也十分明显。气候较干旱，降水集中，植被稀疏，水土流失严重。黄土高原矿产丰富，煤、石油、铝土储量大。黄土颗粒细，土质松软，富含可溶性矿物质养分，利于耕作，盆地和河谷农垦历史悠久。黄土高原是中国古代文化的摇篮。水文：陕西黄土高原河流众多，沟壑纵横，沟壑面积约占总土地面积的50%。主要河流有黄河及其支流渭河、泾河、洛河、延河、无定河及窟野河等。河水主要来源于降水，降水分布的特点是南部多、北部少，山区多、平原谷地少。因此，径流的分布规律是自南向北减少，山区大于原区谷地。陕西黄土高原位于大陆腹地，气候较干旱，降水稀少，蒸发强烈，水源短缺。全区地表水资源105.56亿立方米，人均536立方米，亩均263立方米。泾阳、富平、蒲城一带亩均不足100立方米。由于季风气候的影响，降水的年变率大，年内分配不均。因此，地表径流的年际变化大，年径流变差系数cv值在0.4以上，径流的年内分配集中，汛期(7～10月)径流量占年径流量的60～70%以上，甚至集中于几场大暴雨中，形成丰水年雨涝洪灾，少水年干旱缺水。陕西黄土高原水土流失严重，河流含沙量很大。黄土丘陵沟壑区输沙模数达20000～30000吨/年·平方公里，窟野河下游最大年输沙模数在40000吨/平方千米;以上，最大含沙量高达1700千克/立方米;。破坏了生态环境平衡，水旱灾害频繁。陕西黄土高原地表水的天然水质是良好的，大部分地区属重碳酸盐水，矿化度低，适宜于工农业用水及人畜饮用水。唯在定边西北部、芦河及大理河上游、洛河上游等地有小范围的氯化物水及硫酸盐水，矿化度大，不宜于灌溉饮用。陕西黄土高原地下水主要分布在高原北部边缘的风沙滩地区，地下水资源量为11.76亿立方米，可开采量6.43亿立方米。在广大的黄土区及丘陵山区地下水非常贫乏。城市工业排放大量的污水、废水，农业大量施用化肥，地表水源及地下水源污染日趋严重。延河及渭河某些河段的水质变坏，生物绝迹，加剧了水资源供需矛盾。保护水源、保护环境已成为社会发展的重大课题。气候特点：黄土高原地区属（暖）温带（大陆性）季风气候，冬春季受极地干冷气团影响，寒冷干燥多风沙；夏秋季受西太平洋副热带高压和印度洋低压影响，炎热多暴雨。多年平均降雨量为466毫米，总的趋势是从东南向西北递减，东南部600～700 毫米，中部300～400毫米，西北部100～200毫米。以200毫米和400毫米等年降雨量线为界，西北部为干旱区，中部为半干旱区，东南部为半湿润区。1 中部半干旱区包括黄土高原大部分地区，主要位于晋中、陕北、陇东和陇西南部等地区，年均温4℃～12℃，年降雨量4 00～600毫米，干燥指数1.5～2.0，夏季风渐弱，蒸发量远大于降水量。该区的范围与草原带大体一致。2东南部半湿润区主要位于河南西部、陕西关中、甘肃东南部、山西南部，年均气温8～14℃，年降雨量600～800毫米，干燥指数1.0～1.5，夏季温暖，盛行东南风，雨热同季。该区的范围与落叶阔叶林带大体一致。3 西北部干旱区主要位于长城沿线以北，陕西定边——宁夏同心、海原以西。年均温2℃～8℃，年降雨量100～300毫米，干燥指数2.0～6.0。气温年较差、月较差、日较差均增大，大陆性气候特征显著。风沙活动频繁，风蚀沙化作用剧烈。该区的范围与荒漠草原带大体一致。 黄土高原地区降雨年际变化大，丰水年的降水量为枯水年的3～4倍；年内分布不均，汛期（6～9月）降水量占年降水量的70%左右，且以暴雨形式为主。 每年夏秋季节易发生大面积暴雨，24小时暴雨笼罩面积可达5～7万平方千米;。河口镇至龙门、泾洛渭汾河、伊洛沁河为三大暴雨中心。形成的暴雨有两大类，一类是在西风带内，受局部地形条件影响，形成强对流而导致的暴雨，范围小、历时短、强度大，如1981年6月20日陕西省渭南地区的暴雨强度达267毫米/60min。另一类是受西太平洋副高压的扰动而形成的暴雨，面积大、历时较长、强度更大，如1977年7、8月，在晋陕蒙接壤地区出现了历史罕见的大暴雨，笼罩面积达2.5万平方千米;，安塞（7月5日，225毫米）、子洲（7月27日，210毫米）、平遥（8月5日，365毫米），暴雨中心内蒙古乌审旗的木多才当（8月1日）10小时雨量高达1400毫米。经济社会概况:黄土高原地区总人口1.08亿，其中农业人口7333人，占总人口70%以上。据 2008 年统计，国民总产值1.85万亿元，农民人均纯收入3196元。人口密度为167人/ km2，相当于全国平均水平的122.9%。黄土高原地区曾长期是我国政治、经济、文化的中心地区。同时，又是我国多民族交汇地带，是比较贫困的地区，也是革命时期的红色根据地。在2001年国务院批准的新时期国家扶贫开发工作592个重点县中，黄土高原地区占到 115 个。大概是这些，希望对你有帮助~

黄土路基温度场数值分析掌王铁行刘明振鲁洁(西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710Q55)摘要基于黄土高原的气候特征及现有文献，提出了模拟黄土高原气候因素的地表温度场数值计算方法，并模拟气温、辐射量、湿度等边界条件，经过对黄土高原边界因素的分析研究，确定了适于黄土高原的模型参数。对西安和延安两地地表温度的计算结果与实测结果的对比分析表明了文内方法的合理性，分析了黄土路基温度场随气候的动态变化。探讨了温度梯度对非饱和黄土路基稳定性的影响，表明外界条件的昼夜变化对路基路面温度的影响不超过30 cm。关键词黄土温度气候路基数值分析1引言路基直接受到诸如辐射、蒸发、湿度、风速等气候因素及路基地表形态的影响，其土体温度场是变化的。温度变化引起水分迁移使含水量变化.^引，并引起土体冻融相变使水份向冻融界面运移。温度变化导致工程土体湿度场变化，进一步导致强度场变化¨卜p1，常常导致一系列病害的发生。路基工程横向热差异问题及其导致的病害问题，即工程中的阴阳坡问题，主要与路基阴、阳坡面受到的辐射等气候因素的差异有关。这方面研究成果目前较少。本文模拟黄土高原气候变化过程及路基地表形态，就黄土路基温度场的数值计算方法及温度场的变化过程进行探讨。2黄土路基温度场数值模型及参数取值辐射、蒸发、湿度、风速等因素随时间变化。黄土路基温度场属非稳态相变温度场，其基本方程为([K]+訾)四={P|t+岩四一山(1)式中[K]为温度刚度矩阵；[Ⅳ]为非稳态变温矩阵；{r}为温度值的列向量；△f为时间步长；{P}为合成列阵，下标f为时间。{P}是综合考虑相变、辐射、对流、蒸发的列阵。辐射列阵包括太阳辐射列阵、大地辐射列阵和大气辐射列阵。各个列阵参见有关文献∞1。参考有关文献¨卜归1，取黄土地表大地辐射黑度为0．68，取黄土地表对太阳辐射的吸收率为O．78，沥青路面对太阳辐射的吸收率为0．90。大气辐射黑度z：与大地对大气辐射的吸收率口’的取值比较复杂，其值与气温、云量、湿度、粉尘含量等因素有关，气温和湿度不仅可以反映空气中水蒸气的多少，也可以反映云量水平高低。本文选取气温和湿度作为气候的特征指标确定Z：与卢：经过分析，并考虑到计算中z：与卢7的乘积作为一整体，得到z：卢’确定关系式Z2卢’=，+0．006t+0．004Sd (2)式中Z为气温，’(℃)；s。为相对湿度，(％)；厂拳国家自然科学基金项目(50308024)。王铁行，男，教授。为综合考虑其他因素影响的区域性系数，西安取值0．20，延安取值0．25。西安和延安地区每月平均气温及相对湿度见表l。表1气温和相对湿度表’ 以东西走向路基为例，路基边坡坡率1：1．5，依据文献[10]方法计算得到路基南坡面和北坡面的坡面系数如表2所示。表2南坡面和北坡面的坡面系数表万方数据·2· 全国中文核心期刊路基工程2008年第3期(总第138期)3计算结果及分析采用前文方法，模拟当地气候条件对西安和延安地表温度进行计算，计算及实测得到平均地表温度随时间变化，计算与实测结果较为一致。以西安地区东西走向路堤为例对路基温度场进行计算分析。路基边坡坡率1：1．5，宽度10 m，高度4m，沥青路面。计算得到不同月份路基日平均温度分布如图1、图2所示。{越磺温度，℃ 温度，℃O 10 20 30 0 10 20 3024鑫6聪810122逞4嫠6810122{4越璐68lO12温度，℃0 10 20 302乓4蓑68lO122逞4嫠681012温度，℃0 lO 20 30图1路基阴坡面温度随深度分布图温度，℃O 10 20 30温度，℃0 10 20 30{魁聪{越赚温度，℃温度，℃O lO 20图2路基阳坡面温度随深度分布图图l为路基阴坡面平均温度随深度分布；图2为路基阳坡面平均温度随深度分布。图中显示不论在阴坡面还是阳坡面下，温度沿深度分布均随季节变化。计算表明，冬季浅层土体平均温度较低，3 m深度范围沿深度存在明显的增温梯度。因非饱和土体水分具有从高温区域向低温区域迁移的特点，在温度梯度作用下，冬季土体水分不断向地表迁移。当地表土体冻结时，源源不断地迁移水分逐渐冻结，在冻结层发生冻胀，甚至出现高含冰冻土。冻结层春季融化后因强度急剧降低，可造成溜方等病害，或形成疏松层，易于遭受雨水冲刷。夏季浅层土体平均温度较高，3 m深度范围沿深度存在明显的负温梯度，负温梯度具有抑制蒸发势导致土体水分向地表迁移蒸发。比较图1和图2看出，阴坡面和阳坡面的温度分布在夏季差别小，冬季差别大。夏至差别最小，冬至差别最大。阳坡面和阴坡面在冬季出现较大温差，易于导致阴阳坡面出现不同冻结状态。图中显示出西安地区阳坡面一年四季不冻结，而阴坡面在冬季冻结。在黄土高原北部寒冷地区则出现冻结深度差异等问题。图3给出了路面下深度2 m和4 m处路基横向温度分布。图中显示出，7月份路基温度呈吸热型，越靠近坡面，温度越高，温度梯度越大。而1月份路基温度呈放热型，越靠近坡面，温度越低，温度梯度越大。路基中部区域温度横向变化较小，但随着深度增加，7月份2 m深度处的温度高于4 m深度处。1月份2 m深度处的温度却小于4 m深度处。ZU＼ J6 ／、、、．—．，．一——，———．．．／12嚣s赠4距中心距离，cm(a)7月(深度2m)p删＼ 越16 ／＼ 望!至。／84一10—8—6—4—2 0 2 4 6 8 10距中心距离，cm(b)7月(深度4m)距中心距离／c“ 距中心距离，cm(c)1月(深度2m) (d)1月(深度4m)图3路基横向热分布图黄土路基温度场随气候的动态变化，特别是温度梯度的存在，对考虑温度影响确定非饱和土路基渗透系数、确定非饱和土水势、进行非饱和土路基水分场计算是有价值的。上述对路基日平均温度进行了计算分析。为了进一步探讨昼夜路基温度差异，将每日分为两个时间段进行计算。计算得到路基路面白天平均温度分布和路基路面晚上平均温度分布。表面因直接承受昼夜外界条件变化，白天和晚上温度差别较大。这一差别随季节是变化的，7月份差别最大，超过30℃，1月份最小，约为7℃。但在深度30 cm处，白天平均温度和晚上平均温度几乎是相同的，其差别可忽略不计。因此，外界条件的昼夜变化对路面温度的影响不超过30 cm。当深度超过30 cm时，可不考虑外界条件昼夜变化影响。当深度小于30 cm时，宜考虑昼夜比较万方数据郑健龙等：膨胀土路基温度现场观测分析与研究·3·膨胀土路基温度现场观测分析与研究木郑健龙缪伟(长沙理工大学公路工程学院湖南长沙410076)摘要为了研究自然气候条件下膨胀土路基内部土体温度变化规律，在某膨胀土路堤内部进行了一年多的现场跟踪观测，分析了不同位置土体温度随时间的变化规律，发现了不同深度温度变化滞后性和温度场分布季节差异性，并对其特点和形成原因进行描述和解释。根据温度变幅标志，推测出了当地膨胀土气候剧烈影响深度，可作为相关工程处治的参考依据。关键词膨胀土温度现场观测气候影响深度1前言膨胀土是一种粘粒成分主要由亲水性矿物(蒙脱石、伊利石)组成的高液限粘土，其主要特征表现为吸水显著膨胀软化，失水急剧干缩开裂。大量研究表明，气候干湿循环作用是引起膨胀土路基浅层破坏的根本原因，因此，土水关系成为膨胀土研究的重点和热点，而对温度这一同样受气候直接影响的指标则没有引起足够的重视。从热力学理论和非饱和土理论来看，温度对非饱和土的性质影响很大。首先，非饱和土的吸力一般定义为土中水的自由能状态，温度升高，土体水分势能增加，吸力降低，抗剪强度降低.。其次，土体中湿度场和温度场是耦合作用、相互影响的。也就是说土壤水分的运动不仅仅是因含水量的分布不均衡引起的，温度梯度的存在也是驱使水分迁移的原因。由此可见，研究膨胀土路基中的温度在不同气候条件下的变化规律，具有极其重要的理论意义和工程实际意义。曩交通部西部交通建设科技项目(2002 318000)。郑健龙，男，教授，博士，博士生导师。2观测方案的设计和实施在已进行的非饱和土温度变化规律研究中，杨果林等通过膨胀土路基模型试验，得到了在积水、日照、阴天和降雨4种模拟气候条件下，膨胀土路基中温度的变化规律旧-。刘炳成等在多种条件下，对非饱和多孔土壤中温度和湿度分布的动态特性进行了室内试验研究，分析了温度效应对水分运移的影响”J。为了真实、准确地了解膨胀土路基在自然气候条件下，其内部土体温度变化规律，本次研究采取了现场跟踪观测。观测地点设在南(宁)友(谊关)路宁明段Al(2+412断面，位于项目组“土工格栅加筋包边处治方案”试验路段内，格栅包边宽度为3．O m，路堤填料采用宁明灰黑色膨胀页岩风化破碎土HJ，共埋设了温度传感器、含水量探头、土压力盒、水平位移计、剖面沉降管，垂直测斜管共6种观测元件。其中，为了保证观测的精度和稳定性，选用了长沙金码高科公司生产的JMT一36型温度传感器，其主要技术指标为：测量范围一20—110℃，精度+O．5℃，线性误差+0．3℃。温度传感器沿横向布置了7个，距边坡水平距离分别为0．4 m、0．9 m、1．5 m、2．2 m、3．O m、4．0 m和13．0 m，距路基顶面的距离均为3．5大的温度变化。土表面因其吸热性小于沥青路面，外界条件的昼夜变化引起路基温度的变化小于沥青路参考文献：面，故可认为，外界条件的昼夜变化对路基温度的影[1】王铁行，陆海红·温度影响下的非饱和黄土水分迁移问题探讨·岩土力响也不超过30 cm。Ⅲ盖二=’0，：∑翟：％蝌，．w．鼬。一～。。。。。m。4 结论(33)：483—500．温度变化可导致黄土路基出现一系列病害问题， [3]党进谦，李靖·含水量对非饱和黄土强度的影响·西北农业大学学报，特别是阴阳坡及其导致的病害问题，主要与阴、阳坡[4]磊Z芸茹茹五学研究中的若干新趋势．岩土工程学报’200l。面受到的气候因素的差异有关。本文基于黄土高原的23(1)：l-13．气候特征及现有文献，提出了模拟黄土高原气候因素[5]刘保健'支喜兰，谢永利等·公路工程中黄土湿陷性问题分析·中国公的地表温度场数值计算方法，并模拟气温、辐射量、[6]譬盏≮=：盖翟=二310 N岖N。耐。d A蒯岫。‰训湿度等边界条件，经过对黄土高原边界因素的分析研一Te。二咖。i：’Qi。ghai—ibet之。一．萎ien。i。。h抵二E，2002，45究，确定了适于黄土高原的模型参数。进一步对西安(4)：433一“3．塑垩耋要嫠筻鎏苎结量复窭型笙墨竺翌皆坌要耆翌! 罱蠢羹言：妻言莲嚣篡嚣i艾奏≥誓蓄蛊釜}土i翥，’本文方法的合理性，对东西走向坡面的计算结果揭示高兰霸：薪’：‘纂誉?葫籍桑蕃划茹茹二；度场的数值模型．重了阴阳坡面地表温度的差异性，对阴阳坡面地表温度庆大学学报，2003，26(6)：66—69．的差异性随季节的变化规律进行了探讨。外界条件的[10]王铁行·岳彩坤·模拟气候因素的黄土路基地表温度数值分析．路基昼夜变化对路基路面温度的影响不超过30 cm。工程-2008t(1)：1也收稿日期：2007一04—20万方数据