程剛?cè)?/p>
(紫陽縣水利局,陜西 安康 725300)
當(dāng)前,由于水土流失,使得土壤表面受到破壞,土壤肥力下降,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到負(fù)面的影響,從而使得經(jīng)濟(jì)發(fā)展受限[1]。流失的泥沙在水庫及河道上形成淤積,生態(tài)環(huán)境受到很大程度的影響,自然災(zāi)害頻發(fā),使得農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力顯著降低[2]。生態(tài)環(huán)境問題已引起學(xué)者的熱切關(guān)注[3]。對于小流域來說,治理水土流失的主要工作是進(jìn)行植被的建設(shè)以及生態(tài)修復(fù),從而使水土資源得到保護(hù),減少山地災(zāi)害,進(jìn)一步提升環(huán)境質(zhì)量,經(jīng)濟(jì)得到較快的發(fā)展[4]。進(jìn)行治理的辦法主要是小流域營造水土保持林,加強(qiáng)疏林地改造,發(fā)展經(jīng)果林,調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu),進(jìn)行荒山綠化生態(tài)工程[5];搞好小河道整治,提高行洪能力,減少泥沙入河入庫,防治山洪災(zāi)害,維系區(qū)域生態(tài)環(huán)境[6]。建立高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田,改進(jìn)坡耕地,設(shè)施農(nóng)業(yè)得到較好的發(fā)展,小水源工程建設(shè)得到促進(jìn),使得水資源利用率有很大程度的提高[7]?;诖耍疚囊宰详柨h竹瓜溪小流域?yàn)檠芯繉ο?,對其水土保持防治工程進(jìn)行了探索與實(shí)踐分析。
紫陽縣竹瓜溪小流域位于陜西省安康市紫陽縣城西南37 km。屬漢江二級支流,涉及廣城鄉(xiāng)的八廟、天橋、萬興村3個行政村,總?cè)丝?.65萬人,其中農(nóng)業(yè)人口0.55萬人,總土地面積43.14 km2,人口密度127人/km2。竹瓜溪小流域中心作標(biāo)為東經(jīng)108°16′53″,北緯32°32′46 ″,屬巴山山系,為寒武系地層,該流域的巖石基礎(chǔ)由火山巖、碧石及復(fù)理石等組成,流域內(nèi)多為白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、片巖、碳質(zhì)板巖、砂巖、瓦板巖等。流域呈傾斜的“樹葉”形狀,屬中低山地貌?;诘孛?、溝壑密度、土地利用類型及植被分布、人口與土地比例、產(chǎn)業(yè)類型、經(jīng)濟(jì)狀況、運(yùn)輸、電力情況、農(nóng)業(yè)設(shè)施等因素考慮,竹瓜溪小流域能夠很大程度的代表項(xiàng)目區(qū),因此,選擇此流域?yàn)榈湫偷男×饔颉?/p>
竹瓜溪小流域土地利用類型包含生產(chǎn)用地、生態(tài)用地、居住及交通用地三大類。生產(chǎn)用地1545 hm2,占總面積35.8%;生態(tài)用地2756 hm2,占總面積63.9%;居住及交通用地等13 hm2,占總面積0.3%。竹瓜溪小流域水土流失面積2674 hm2,占總面積的61.98%。其中輕度流失面積為341 hm2,占總流失面積的12.75%;中度流失面積為1253 hm2,占總流失面積的46.86%;強(qiáng)度流失面積為392 hm2,占總流失面積的14.66%;極強(qiáng)度流失面積為450 hm2,占總流失面積的16.83%,劇烈流失面積為238 hm2,占總流失面積的8.90%。土壤侵蝕總量和侵蝕模數(shù):流域平均侵蝕模數(shù)4078 t/(km2·a),年土壤侵蝕量10.90萬t,屬中度流失區(qū)。
竹瓜溪小流域年平均氣溫15.1 ℃,極端最高氣溫38.1 ℃,極端最低氣溫-7.6 ℃,高于10 ℃的積溫3842.6 ℃,無霜期239 d,年均日照時數(shù)1620 h,占日照時數(shù)的37%,太陽年輻射總量110.6 J/cm2。多年平均降水量為1182.8 mm,實(shí)測年最大降水量為1683.2 mm,年最小降水量為711.1 mm,年最大1 d降水量為165.1 mm,3 d為257.4 mm,5 d 為376.9 mm,7 d為410.3 mm,降水量季節(jié)分配不均,多集中在5—10月,占全年降水量的77%,歷年平均降水量以9月份為最大,多年平均282.1 mm,占全年降水量的26%。竹瓜溪小流域位于陜南的暴雨中心邊緣,持久而連續(xù)的暴雨經(jīng)常發(fā)生,日降水量大于50 mm的暴雨年均出現(xiàn)3.7次,最多1 a出現(xiàn)10次,日降水量大于100 mm的大暴雨平均2~3 a出現(xiàn)一次,日降水量大于200 mm 的特大暴雨21 a出現(xiàn)一次,暴雨是本地洪水的主要成因。
3.1.1 坡改梯措施
在坡改梯措施中,坡度小于25°,降低三到四級的坡耕地,選用較好的土質(zhì),且接近道路、村莊以及河溝,有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和水利化的地塊建成石坎梯地。梯田埂沿等高線布設(shè)按照大彎就勢,小彎取直原則。梯地地塊相對集中,并配套坡面水系工程,如蓄水池、沉沙池、引、排水渠及田間道路等。田間道路與引、排水渠相結(jié)合,既能減少工程量和投資,且占耕地面積少,又便于引、排水渠的維修與管理。有灌溉條件及要求的蓄水池容積以每30 m3/口,灌溉面積以2000~333 m2確定與布設(shè),引、排水渠及田間道路按實(shí)地調(diào)查結(jié)果設(shè)計與布設(shè)。石坎梯地以10 a一遇24 h暴雨(95 mm)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。
在進(jìn)行斷面設(shè)計時,外邊坡區(qū)1∶0.2,頂寬為0.1~0.5 m,底寬為0.7~1.1 m,石坎主要布設(shè)在有石料條件的5°~15°的坡耕地內(nèi),田面最窄不低于3.5 m,坎高為1.5~3.0 m。在進(jìn)行田面排水溝設(shè)計時,排水溝設(shè)在田面里側(cè),為一般土溝,斷面尺寸為0.15 m×0.20 m,兩端和坡面水溝相通。
3.1.2 坡面水系工程措施
坡面水系工程措施包括:蓄水池、水窖、沉沙池、引、排水渠及作業(yè)道路等,主要布設(shè)在新增坡改梯地塊中。蓄水池布設(shè)規(guī)模:緊靠地表徑流的按15~30 m3/hm2布設(shè),有引水條件的按30~60 m3/hm2布設(shè)。引、排水渠和蓄水池相配套,注重蓄排結(jié)合,減少占地降低造價。沉沙池、蓄水池與引、排水渠相結(jié)合,形成完整的坡面水系。對于沉沙池來說,要求出水口和進(jìn)水口布設(shè)在一條直線上,且斷面尺寸一致,缺口底部的出水口不得高于進(jìn)水口;在開始挖水窖的時候,要進(jìn)行對應(yīng)的分層,水平、旋轉(zhuǎn)的向下挖掘,使得窖壁保持平整;沉沙池以基巖、原狀土為基礎(chǔ)布設(shè)。
3.1.3 田間道路的布設(shè)
為方便經(jīng)果林和梯田的經(jīng)營、耕作及運(yùn)輸,對果園及連片梯地布置1 km田間道路。在梯地的上面進(jìn)行田間道路的布置,對于田塊面積較大的,道路在其中間穿過。且田間道路與引、排水渠相結(jié)合,道路用砂石土墊層,路面寬1.0~1.5 m,兩側(cè)修建排水溝。坡面的水系、田間道路及梯田在同一時間進(jìn)行放線,最初時需要將路基修好,然后做其余的工程,最終將路面修整好。施工程序包括定線、清基、鋪料、整平、壓實(shí)等;管理上注意雨后防沖。
本流域溝道防護(hù)的主要任務(wù)是在兩岸沖刷嚴(yán)重的小支溝內(nèi)修建谷坊6座。工程布置:對于受到?jīng)_刷較為嚴(yán)重的支溝,布置谷坊結(jié)構(gòu)采用漿砌石砌筑,能夠進(jìn)行就地取材。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):10 a一遇6 h 最大暴雨(90.7 mm)洪水設(shè)計。斷面設(shè)計:在谷坊頂部進(jìn)行溢流設(shè)計,頂部1.2 m×4.0 m×10.0 m(寬×高×長),兩側(cè)坡比為 1∶0.3。谷坊的基礎(chǔ)清至原狀土以及微風(fēng)化基巖,基槽形成的鋸齒形和兩岸的溝壁最終形成結(jié)合槽;砌筑時砌石應(yīng)水平分層錯縫砌筑,坐漿飽滿,面平線直,砌體應(yīng)養(yǎng)護(hù)至少7 d,冬季施工時需采取相應(yīng)的防凍措施。
疏溪固堤工程建設(shè)的主要目的是疏浚河道、溝道,提高防洪標(biāo)準(zhǔn),最大限度減少山洪災(zāi)害,進(jìn)一步保護(hù)良田、作物、房屋以及人的生命和財產(chǎn)安全,加快山上退耕進(jìn)度,將退耕還林的效果保持好。疏溪固堤工程包括整治河堤和新建河堤,治理后不降低河道行洪能力,并與上游的攔沙措施相配套。本小流域計劃在萬興村萬興電站河壩及八廟村月亮田新建河堤2.5 km。疏溪固堤工程是為保護(hù)溝道低凹處農(nóng)田不被洪水沖刷淹沒,且保護(hù)一畝農(nóng)田所需國家投資不能高于石坎坡改梯的標(biāo)準(zhǔn),新建一些具有一定蓄水規(guī)模的小型蓄水工程,以改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、有效提高小流域的攔沙率。整治堰塘對堰塘進(jìn)行徹底清淤,疏通放水涵管,檢查有無漏水現(xiàn)象,并進(jìn)行整修處理。對堰塘周邊采用M7.5漿砌石護(hù)坡進(jìn)行襯砌加固處理,襯砌厚度為0.4 m。
生態(tài)修復(fù)措施布設(shè)在現(xiàn)有水土流失未安排人工治理措施的疏幼林地塊上,發(fā)揮大自然的自我修復(fù)能力,從而達(dá)到治理的目標(biāo)。小流域主要采用全封、半封和輪封3種形式劃定封山類型。建立專門管護(hù)組織,落實(shí)責(zé)任;廣泛宣傳,提高民眾保護(hù)生態(tài)用地的意識。同時制定管理制度、鄉(xiāng)規(guī)民約來加強(qiáng)封禁治理措施的實(shí)施。
按照《水土保持綜合治理效益計算方法》(GB/T 15774—2008),采用動態(tài)評價的方法對竹瓜溪小流域水土保持工程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益評價。經(jīng)濟(jì)效益計算期按20 a,折現(xiàn)基準(zhǔn)年選在建設(shè)期第一年,社會折現(xiàn)率按12%??偼顿Y為785.73萬元,全年運(yùn)行所需要的費(fèi)用只需要綜合一部分的人工費(fèi)用以及工程維護(hù)的材料費(fèi)用,此項(xiàng)目計算為總投資的5%,全年運(yùn)行中所需要的費(fèi)用是39.29萬元。竹瓜溪小流域水土保持措施直接經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)如表1所示。
表1 水土保持措施直接經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo) 元·hm-2
項(xiàng)目直接經(jīng)濟(jì)效益為4893.94萬元,各項(xiàng)治理措施經(jīng)濟(jì)效益為:坡改梯156.35萬元,經(jīng)果林4032.08萬元,種草705.52萬元;年均效益244.697萬元,如圖1所示。
圖1 各項(xiàng)治理措施的經(jīng)濟(jì)效益
至項(xiàng)目正常運(yùn)行期,各項(xiàng)措施年蓄水效益為55.18萬m3,在計算期內(nèi)總蓄水效益1103.60萬m3,起到減洪、緩洪、凈化水質(zhì)的生態(tài)效益。各項(xiàng)措施正常發(fā)揮效益后,年減少泥沙8.28萬t,總保土效益165.60萬t,年泥沙流失量由治理前的10.90萬t下降到2.62萬t,土壤侵蝕量下降76%,有效地控制了水土流失。工程實(shí)施后,水土流失面積治理率達(dá)100%,林草覆蓋度由57.4%提高到89.5%,生態(tài)環(huán)境得到全面改善,形成以林木為主的良性循環(huán)生態(tài)系統(tǒng),對減少洪、旱及泥石流等自然災(zāi)害、減少入庫泥沙、凈化水質(zhì)、促進(jìn)人與自然的和諧相處發(fā)揮了積極的作用。生態(tài)效益指標(biāo)見表2,治理后水土流失改善情況如圖2所示。
表2 生態(tài)效益指標(biāo)
圖2 治理后水土流失改善情況
本工程實(shí)施后,增加了小流域植被覆蓋度,改善了局部小氣候,生產(chǎn)用地由治理前的1545 hm2下降到894 hm2,下降了42.1%,生態(tài)用地由治理前的2756 hm2增加到3407 hm2,增加了23.6%,項(xiàng)目的實(shí)施改良了土壤結(jié)構(gòu),提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,土地利用率明顯提升,增強(qiáng)了抗災(zāi)能力,土地生產(chǎn)力成倍提高,農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更加合理。水土流失面積將逐年減少,生態(tài)環(huán)境得到徹底改善,能夠快速形成以林為主的良性循環(huán)生態(tài)系統(tǒng),人民生活水平顯著提高,居住環(huán)境及農(nóng)村面貌大為改觀,人與自然和諧共處,定會實(shí)現(xiàn)山青、水綠、人富的治理目標(biāo)。工程實(shí)施后生產(chǎn)用地與生態(tài)用地的變化對比如圖3所示。
圖3 工程實(shí)施后生產(chǎn)用地與生態(tài)用地的變化對比
水土保持工程建設(shè)是發(fā)展生產(chǎn)的重要措施,是對自然進(jìn)行改造的一項(xiàng)重要生產(chǎn)實(shí)踐活動,建設(shè)小流域水土保持工程,能使居民生活條件得到改善,改變惡劣自然環(huán)境,從而提升當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。丹江口庫區(qū)及上游水土保持重點(diǎn)防治工程紫陽縣任何項(xiàng)目區(qū)竹瓜溪小流域的治理實(shí)施,對于促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、改善地域生態(tài)環(huán)境,助力送出清潔安全的飲用水,意義十分重大。