汾河水庫上游水土保持治理措施減沙效益分析

蘭躍東

(山西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中心)

汾河水庫作為山西省會太原的防洪屏障和重要水源地，為減輕汾河下游防洪負擔(dān)和為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水做出了巨大貢獻。但由于上游地區(qū)水土流失嚴重，治理程度低，致使水庫泥沙淤積嚴重，影響到水庫正常運行和供水安全。為此，從1988年起，歷經(jīng)20 a，在汾河水庫上游開展了大規(guī)模的水土保持生態(tài)建設(shè)，形成了較為完善的水土流失綜合防治體系，有效地減少了入庫泥沙。本文以汾河水庫上游1988－2007年間水土保持治理措施與汾河水庫泥沙淤積量之間的關(guān)系為切入點，分析水土保持治理措施的減沙效益。

1 流域概況

汾河是黃河的第二大支流，發(fā)源于寧武縣管涔山，縱貫山西大半個省域，于禹門口下游的萬榮縣廟前村匯入黃河，干流長709.9 km，流域總面積3.94萬km2。汾河水庫上游系發(fā)源地至水庫壩址范圍，河道長122 km，涉及寧武、靜樂、嵐縣和婁煩4縣，流域面積5 268 km2，占4縣總面積的78.6%。其中水土流失面積3 046.3 km2，占流域總面積的57.8%。河道縱坡為4.5‰，河網(wǎng)密度為0.3 km/km2。水庫上游設(shè)有岔上、靜樂和上靜游3個水文站。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，1962－1987年的26 a間，年均降水量為429.9 mm，其中汛期降水量占全年的73.7%。多年年均來水量3.68億 m3，汛期來水量占全年的57.8%。多年平均蒸發(fā)量2 008 mm，為多年平均降水量的4.6倍。多年平均來沙量1 563萬t，汛期來沙量占全年的96%。地貌主要分為3大類型區(qū)，其中，黃土丘陵溝壑區(qū)1 870 km2，占流域總面積35.5%，年土壤侵蝕模數(shù)6 710 t/km2，年均侵蝕量1 255萬t，占流域年侵蝕總量的80.3%，是最為主要的集中產(chǎn)沙區(qū)。

1961年汾河水庫建成投入運行后，沒有加快上游的水土流失治理力度，導(dǎo)致治理速度緩慢。截至1987年底，累計治理水土流失面積238.44 km2，其中梯田2 745 hm2，壩地 245 hm2，造林 19 200 hm2，經(jīng)果林633 hm2，種草1 021 hm2，新建淤地壩22座，治理度僅為7%。上游來沙量的96%都淤積在庫內(nèi)，至1987年底水庫已淤積泥沙3.13億m3，占總庫容7.21億m3的43.4%，占設(shè)計淤積庫容3.45億m3的90.6%，且水庫尾部翹高已侵占興利庫容0.63億m3，嚴重影響了防洪安全和供水效益。

2 水土保持治理成效

從1988年開始，汾河水庫上游4縣開始大規(guī)模水土保持治理。至2007年底，新增水土流失治理面積 1 738 km2，其中梯田30 422 hm2，灘地7 197 hm2，喬木林 63 926 hm2，灌木林 49 143 hm2，經(jīng)濟林8 998 hm2，種草 6 093 hm2，封禁治理 8 032 hm2;新建淤地壩187座，其中骨干壩96座，中型壩11座，小型壩80座，可淤地1 075.7 hm2。新增治理度57.05%。

3 降雨及徑流情況

汾河水庫上游建有上靜游、靜樂和岔上3個水文站，控制面積 3 970.7 km2，占流域總面積的75.4%，分布范圍廣，且分別位于流域內(nèi)的三個類型區(qū)，觀測資料基本上可以反映流域內(nèi)的水文情況。據(jù)統(tǒng)計，1991－2010年，年均降水量442 mm，其中汛期降雨量326 mm，占年降水量的73.9%。年均入庫水量2.638億m3，其中1995年為豐水年，年來水量為6.15億m3，為年均入庫水量的233%;2001年是枯水年，年來水量為1.058億m3，僅占年均入庫水量的40.1%;1994年是平水年，年來水量為2.59億m3，與年均入庫水量基本持平。

4 水庫泥沙淤積情況

汾河水庫建成以后，當(dāng)年開始水庫淤積測量，每年汛末測量一次。至2010年底，累計淤積3.785 9億m3，占總庫容7.21億m3的52.5%，年均淤積量773萬m3。1962－1990年，汾河水庫累計淤積量3.309 3億m3，年均淤積量1 141萬m3。按照水土保持林草措施種植3 a后才能正常發(fā)揮攔沙效益考慮，1988年汾河水庫上游開始進行水土保持治理，連續(xù)治理20 a，1991－2010年水庫累計淤積量0.476 6億m3，年均淤積量僅238萬m3，占治理前年均淤積量的1/5。水土保持治理措施攔沙效果非常明顯。治汾期間各年度水庫淤積量見表1。

表1 治汾期間水庫淤積量統(tǒng)計表 單位:萬t

5 水土保持措施減沙效益計算

水土保持減沙效益計算，目前主要采用水文法和水保法，本文采用水保法。水保法是根據(jù)水土保持科研所站單項措施減水減沙效益的觀測資料，逐項計算水土保持措施的減沙效益。按省水保所多年觀測的攔蓄指標，對汾河上游20 a來的各項治理措施逐年逐項進行計算。淤地壩、梯田按當(dāng)年發(fā)揮攔蓄作用計算，植物措施雖然整地工程可以攔蓄徑流，但同時考慮到修建時易造成新的水土流失，且植物幼苗對減沙作用不大等因素，按3 a后發(fā)揮效益進行計算，同時也考慮到植物工程保存率、淤地壩涵臥管排沙量和省水保所實驗觀測場地與大范圍治理的差異性等，對計算采用的攔蓄指標進行了適當(dāng)修正。據(jù)計算，20 a間汾河水庫上游水土保持措施新增攔沙量20 540萬t，年均1 027萬t，占治理前汾河水庫年均淤積量的63.2%。各項措施減沙量見表2。

表2 治汾期間年減沙效益計算表 單位:萬t

6 減沙效益分析

依據(jù)省水保所觀測的攔蓄指標和淤地壩有效攔泥庫容，通過理論分析計算，汾河上游水土保持攔蓄效益中，淤地壩、梯田、喬木林、經(jīng)濟林、灌木林和其他工程分別占到34%、15.7%、26.5%、16.7%、3.5%和3.6%。淤地壩攔蓄泥沙作用較大，占到1/3強，基本能把壩控范圍內(nèi)的泥沙全部攔蓄。

從上述可以看出，隨著治理時間延長和治理面積擴大，水保治理措施攔蓄效益明顯。1988年水庫年淤積量1 876萬t，2010年減少到206萬t，中間雖有起伏，但總的趨勢是逐年下降。年降水量偏大時，水土流失嚴重，水庫淤積量也隨之增大。如1988－1997年治汾期間的1988、1994、1995和1996年，降水量是多年平均降水量的1.42、1.12、1.1和1.12倍，水庫實際淤積量是同期理論計算輸沙量的117%、107%、158%和319%;1998－2007年治汾期間的2002、2003、2007和2008年，降水量是多年平均降水量的1.12、1.18、1.46和1.13倍，水庫實際淤積量是同期理論計算輸沙量的51%、52%、53%和38%;降水量大的年份，水庫淤積量均比其他年份淤積量大的多;但相同的年降水量，治汾后10 a要比前10 a水庫淤積量平均減少50%。

盡管汾河水庫上游水土流失得到了一定治理，減少了入庫泥沙，但水土流失仍較嚴重，仍需進一步加大治理力度。