今年，“模型黄土高原”的建设被列入了黄委工作的重要议事日程，并作为“三条黄河”建设的重要内容，加快推进。目前已正式启动，即将全面开始实施。

开展“模型黄土高原”建设，就是为解决黄土高原问题搭建科学有效的实验研究平台，通过这个平台，可以全面、系统地反映黄土高原各自然因素及其相互间的关系，直接、定量地展现、检验各种措施在水土保持实践中的效果。“模型黄土高原”建设不但是实践“维持黄河健康生命”新理念需要，也是强化水土保持基础研究的需要。对于全面提升黄河水土保持生态建设的科技水平，加快黄土高原水土流失治理步伐，加速黄河治理开发与管理的现代化进程，都具有重大的意义。

近期，“模型黄土高原”建设可按照以下的建设目标、内容、途径和技术方法开展工作，力争尽快取得突破。

一、建设目标

“模型黄土高原”建设总的目标是：采用先进的实体模拟理论和技术、测控技术和信息技术，把一些水土保持重大的理论技术问题体现在相关模型上，通过模型试验（复演、模拟、试验）与观测，研究解决这些问题的理论、技术路线和方法，为黄土高原水土保持生态建设及黄河的治理开发提供科技支撑和理论依据。其实现的目标主要体现在以下三个方面：

1、水土流失规律方面

基本摸清黄土高原各个不同水土流失类型区的水土流失规律，解决水土保持重大理论问题。近期重点在摸清水土流失最为严重、对黄河淤积影响最大的多沙粗沙区（主要包括丘1、丘2、丘3、高原区）的沟道、坡面及重力侵蚀规律、产汇流规律及产输沙机理等基础理论研究方面，取得重大突破。

2、水土保持治理模式方面

探索出黄土高原各个不同水土流失类型区科学、合理、高效的水土保持措施配置、综合治理模式，解决水土保持关键、实用技术问题。近期重点在淤地坝坝系建设、生态修复、示范区和生态园建设模式研究及植被措施建设技术研究等方面开展工作，以期尽快取得突破。

3、水土保持三大效益方面

建立全面、系统、科学的水土保持效益监测评价指标体系和方法，实现对水土保持的生态效益、经济效益、社会效益三大效益的定量分析和评价。

上述三方面既是“模型黄土高原”建设的主要目标，也是其必须解决的紧迫问题。而要实现上述目标、解决这些问题，难度很大。

一是建模难。黄土高原面积达64万平方公里，影响建模的因素既多又广，“黄土高原模型”与“河道模型”、“水库模型”、等相比，好比是“面”与“线”、“点”，“模型黄土高原”是在建设一个“面”的模型。由于没有已成的经验可借鉴，其建模的难度远远大于河道模型、水库模型。

二是自然条件难模拟。黄土高原千沟万壑，水土流失类型复杂多样，气候、降雨、植被等条件千差万别，这些差异巨大、错综复杂的自然条件很难准确、全面地模拟。

三是各方面制约因素很多，一些人工因素难模拟。基础资料缺乏、技术设备落后、缺乏对黄土高原室内实体比尺模型模拟理论和技术的系统研究等，都对“模型黄土高原”的建设构成严重制约；开矿、筑路、采石以及开发项目建设等人为造成水土流失的因素很难模拟。

必须借助现代化的技术手段，采取有力措施，首先解决这些难题，才能确保“模型黄土高原”建设目标的实现。

二、建设内容

“模型黄土高原”建设近期主要包括三部分内容：一是原型观测（原型监测），二是实体模型建设，三是比尺模型建设。

1、原型观测

所谓原型观测是以小流域为单元，对不同区域、不同流域、不同地形地貌的观测（监测）。其主要特点是天然降雨（自然因素）加天然（原始）地形地貌。

原型观测解决的主要问题是探索不同水土流失区的水土流失规律，对水土保持效益进行定量分析和监测评价。

原型观测实现的目标是通过对不同水土流失类型区典型区域的长系列观测，建立起不同水土流失类型区的经验模型、统计模型和理论模型。

原型观测的优点是全面、准确，能够较好地反映实际情况。缺点是由于工作涉及的范围广、类型区多，积累观测资料需要的时间长，出成果慢，需要的人力也相对较多。

2、实体模型

所谓实体模型，此处指的是天然地形地貌（原始地形地貌）加人工模拟降雨系统。它既是一个模型，又是一个实体，由按照一定的要求和地形条件建造的人工模拟降雨系统和天然的、原型的下垫面组成。

实体模型主要是解决原型观测受天然降雨等自然条件制约的问题，以在较短的时间内，通过人工降雨，摸清典型区域的水土流失、侵蚀规律，进行水土保持机理、理论的研究，确定合理的水保措施工程布局，建立水土保持效益定量分析指标体系等。

实体模型所实现的目标是建立起不同水土流失类型区典型区域的实地模型及野外水土保持基础研究和效益监测评价平台。

实体模型的优点是能够在较短的时间内摸清水土流失规律，解决水土保持措施配置、工程布局等问题，取得的成果较准确、具有较高的推广价值。缺点是模拟的自然条件需进一步论证和研究，建实体模型的工程量较大。

3、比尺模型

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

比尺模型解决的问题主要是通过模型对其原型所反映的自然现象进行反演、预测、模拟和试验，从而揭示其原型的水土流失规律，研究解决水土保持的重大理论问题。同时，作为“原型观测”得出的经验模型和“实体模型”所提出的水土保持治理模式的中试环节，对其进行实验和验证。

比尺模型所实现的目标是建立起一定数量、反映不同水土流失类型的典型物理模型（包括人工模拟的降雨系统和下垫面等）及室内水土保持基础研究基地。

比尺模型的优点是建模快，研究过程周期短、直观，对典型流域（区域）的研究较全面、系统，且能够对其演变过程进行反演和预测。缺点是和实际自然状况相差大，准确性较差，且投资较大。

原型观测、实体模型和比尺模型构成“模型黄土高原”的有机整体，三者功能不同，作用各异，相互联系，相互依存，相互补充，相互验证，缺一不可。在实际建设中，三者必须有机联动；而在不同的区域其建设的重点和内容也不相同，要根据实际需要来确定其建设的重点和内容。

三、建设途径

1、原型观测

（1）原型观测关键是观测及其资料要有系列性。因此，要对现有的各个历史时期的观测资料进行详细地整编，深入研究分析，从中找出规律，建立起水土流失和水土保持方面的理论模型、经验模型和统计模型等。

（2）利用现代化的观测（监测）技术和手段（如“3s”技术等），进一步扩大原型观测的范围和内容，使原型观测的成果更具代表性、实用性。在黄土高原不同的类型区、不同的流域、不同地形地貌，布设观测站网和观测区，埋设先进的观测、实验的仪器、设备，进行长期定位观测、试验、研究。

（3）突出重点，加强对重点支流、重点区域（多沙粗沙区等）的观测，尽快取得观测成果，为这些地区的水土保持综合治理及淤地坝坝系建设提供依据。同时，为重点区域实体模型和比尺模型的建设，提供基础资料数据。

当前，急需开展以下四方面的工作：

首先，将我局下属的绥德、西峰、天水水土保持科学试验站50多年的观测资料进行全面、系统、详细地整编，经过统计分析，提出典型流域（区域）的数理、统计、经验等模型，为实体模型、比尺模型的建设提供基础资料和依据。

其次，充分利用绥德、西峰、天水水土保持科学试验站现有的野外观测实验基础，恢复、完善、改造现有的坡面径流观测小区、沟道侵蚀观测及小流域径流泥沙观测等试验场站，采用先进的观测（监测）设备和技术，增加必要的观测试验项目，全面、准确、快速地开展水土流失、侵蚀规律和水土保持措施、效益等方面的观测。

三是在水土流失重点区域，如多沙粗沙区选择有代表性的支流和区域，布设新的观测站，加强观测，尽快摸清重点区域的水土流失规律、产汇流规律及产输沙机理等，为该区域的快速治理提供科学依据。

四是在流域示范区、重点项目区增列观测站网，有针对性地开展不同类型区、不同流域的水土保持治理措施、综合治理模式、工程布局及水土保持治理效益等方面观测（监测），一方面积累资料，另一方面，为示范区、项目区的建设提供急需的科技支撑。

2、实体模型

在黄土高原不同类型区域选择条件较好典型小流域（如1km²左右），以先进、实用、高效为出发点，埋设相应的现代化的观测、实验的仪器、设备，集中布设工程、生物、耕作、封禁等措施，建立先进的活动、固定式人工模拟降雨系统，进行人工降雨条件下的水土流失规律、水土保持措施及效益方面的各种试验、研究。近期主要开展以下几方面的试验研究：

（1）水土流失规律研究。建立包括整个侵蚀过程及植被、地形地貌变化以及相互联系的实体模型，探索不同类型区小流域侵蚀产沙规律，研究不同治理度和治理模式小流域的水沙调控效果和水沙特征变化规律等。选择已成的或在建的典型坝系小流域，建立实体模型，开展淤地坝坝系平衡理论的研究，力争在短时间内取得突破。

（2）不同坡面措施蓄水拦沙机理研究。开展坡面单项治理技术的试验以及坡面系统拦沙、蓄水模拟实验，研究不同雨量、雨强和坡度条件下各类措施的蓄水减沙指标等。

（3）小流域综合治理关键技术及措施配置研究。对不同类型区典型小流域的沟道坝系、坡面植被和耕作措施建设以及水资源高效利用的关键技术，进行对比试验研究，开展不同水土保持措施组合方案比选研究等，提出不同类型区科学、高效的治理模式，并在大范围推广。

（4）水土保持综合治理效益监测与评价研究。在流域内布设监测点和观测断面，研究各种措施的效益指标和监测评价方法，为定量计算水土保持效益提供详实的基础数据和资料。

当前，首先选择西峰南小河沟、天水罗玉沟等有条件的流域（区域）进行实体模型建设。布设活动式或固定式人工模拟降雨系统，开展人工降雨条件下的不同地形地貌的土壤侵蚀机理、泥沙输移规律的研究，水土保持措施作用机理、不同措施的组合、对比试验研究及水土保持措施效益的监测评价等，力争年内取得初步成果。

其次，选择绥德、西峰、天水水土保持科学试验站的典型观测试验区，建设实体模型。有侧重地开展淤地坝相对平衡机理、林草植被措施建设、自然修复技术等试验、研究工作，为黄土高原淤地坝建设及不同类型区的水土保持生态建设，提供科学依据和优选方案。

三是按照水利部、黄委的要求，结合高科技示范园、生态园的建设，选择基础条件较好的典型流域或区域，建设实体模型，探索高科技示范园、生态园建设的有效途径。

3、比尺模型

选定重点区域的典型小流域，利用计算机模拟技术和先进的建模方法和设备，建设室内比尺模型。利用原型观测、实体模型获取的观测数据资料，通过模型研究的一系列技术、方法、手段，开展水土流失、侵蚀规律和水土保持机理的研究，提出和完善水土保持的一些重大理论和关键技术，用以指导原型观测、实体模型建设和水土保持生态建设实践。

近期，选择王茂沟小流域进行比尺模型试验。建立王茂沟小流域的室内动床比尺模型及侵蚀土槽等，通过模拟、再现不同频率的降雨（包括百年一遇的暴雨或大暴雨），开展沟道侵蚀、坡面侵蚀、重力侵蚀基本规律的研究。其中，重力侵蚀基本规律研究内容包括：重力侵蚀发生的基本条件，重力侵蚀发生的临界坡度及其与坡面形态特征、土壤性质、降雨的关系；沟道不同发育阶段重力及水力的侵蚀产沙作用及其相互关系；沟道泥沙的输移规律等。

“模型黄土高原”建设是一项宏大的、开创性的、复杂的系统工程，国内外尚无可借鉴的经验，其建设及试验研究工作均具有相当大的难度、任重而道远，需要不断地探索和长期工作。