林關小流域水土保持綜合治理規(guī)劃設計及效益評估

豐宏偉

(山西省大同市水務局水土保持工作站，山西 大同 037000)

水土流失嚴重問題一直制約著我國流域內農業(yè)經濟乃至整個國民經濟的發(fā)展，成為人類生存和可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大環(huán)境問題之一。小流域綜合治理是隨著治理水土流失工作而不斷發(fā)展起來的一項重要措施，成為我國流域水土保持生態(tài)建設的重要技術路線之一。李可、紀強等論述了水土保持與生態(tài)建設的關系[1- 2]，郭占海、張超等分別結合實際工程介紹了小流域綜合治理措施及存在的問題[3- 4]。此外，黨志良、林楓等分別對水土保持綜合治理效益進行了分析與評價[5- 6]。文獻研究表明，小流域水土保持綜合治理通過協(xié)調人類、環(huán)境和經濟的相互關系，很好地改善了我國水土流失地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，促進了當?shù)剞r業(yè)經濟的可持續(xù)發(fā)展[7]。

廣靈縣林關小流域水土流失較為嚴重，在一定程度上制約了當?shù)剞r業(yè)經濟的健康發(fā)展，同時導致了生態(tài)環(huán)境的不斷惡化。為了改善當?shù)亟洕鐣陌l(fā)展，保證生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，廣靈縣結合當?shù)貙嶋H情況，在借鑒其他工程實施經驗的基礎上，大力開展林關小流域水土保持綜合治理。本文將結合廣靈縣2016年林關小流域的具體情況，對小流域水土保持綜合治理措施進行簡要介紹，并對其綜合效益進行分析評價。

1 研究區(qū)概況

1.1 基本情況

研究區(qū)位于廣靈縣城西南約20km處，分布于海河流域壺流河的支流區(qū)，屬北方土石山區(qū)類型。項目區(qū)涉及林關流域的上林關村、香爐臺和上窯流域的上窯村，3個行政村。研究區(qū)總面積31.55km2，水土流失面積29.03km2，占項目區(qū)總面積的92%。

1.2 自然概況

1.2.1 地質地貌

研究區(qū)屬北方土石山區(qū)，主要地貌為北方土石山區(qū)。地勢起伏不平，溝壑縱橫，地形支離破碎，水土流失十分嚴重。

1.2.2 土壤植被

研究區(qū)的山區(qū)部分山勢陡峻，巖石出露較多，土層較薄，傾斜度多在25°以上，巖石風化嚴重。土壤類型有山地褐土和山地草甸褐土，山地褐土主要分布于項目區(qū)的坡耕地上，山地草甸土質地疏松，呈團粒結構，地力較肥，有機質含量較高，是發(fā)展林業(yè)的良好場所。研究區(qū)地處干旱、半干旱地帶，陰坡、半陽坡普遍分布有毛榛、忍冬灌叢、紅丁香、螞蚱腿、虎榛灌叢，陽坡主要分布著荊條、鼠李、白羊胡草、黃背草灌草叢；陰坡和半陰坡主要分布有鵝耳櫪、白蠟灌叢、遼東櫟、照山白灌叢、胡枝子灌叢等。研究區(qū)內木本植被組成以油松為主，其次有少量的落葉松。林關小流域林地面積244.6hm2，林地覆蓋率7.75%。

1.2.3 水文、氣象

研究區(qū)屬半干旱大陸性季風氣候。春季干旱多風；夏季炎熱雨量集中；秋季天高氣爽，氣溫下降，前期雨水多，后期急劇減少；冬季盛行西北風，寒冷而干燥少雪。據(jù)45年的氣象資料統(tǒng)計，年均氣溫6.9℃，極端最高氣溫37.9℃，極端最低氣溫-31.6℃，年均>10℃積溫2960.2℃，年日照時數(shù)2830.4h，無霜期115d，平均凍深1m，最大凍深1.45m。多年平均降水量384.7m，65%以上的降水多以暴雨形式集中在7～9月份，而且年際變化較大，最大年降水量588.2mm，最小年降水量僅213.6mm。年均蒸發(fā)量1918mm，約為年降水量的5倍。年均風速為2.7m/s，年均大風日數(shù)15.4d，主要出現(xiàn)在3～5月間。由于風多雨少蒸發(fā)量大，所以干旱嚴重，尤以春旱、伏旱較為普遍，故有“十年九旱”之稱。

表1 水土流失現(xiàn)狀表

1.3 經濟社會情況

研究區(qū)涉及二個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個村，土地總面積31.55km2。根據(jù)《廣靈縣統(tǒng)計年鑒》(2013年)項目區(qū)總人口2432人，農業(yè)人口2432人，勞動力810人，人口密度85人/km2，人口自然增長率3‰，人均耕地2.45畝/人，人均基本農田0.2畝/人。糧食總產量0.0766萬t，人均產糧260kg，屬全縣經濟欠發(fā)達區(qū)域。

總的來看，項目區(qū)土地資源豐富，利用空間廣闊，但因水土流失嚴重，自然災害頻繁等，嚴重制約了農業(yè)經濟的發(fā)展。

2 土地利用及水土流失現(xiàn)狀

2.1 土地利用狀況

研究區(qū)土地總面積為3155hm2，其中：旱平地面積42.2hm2，占總面積的1.34%；坡耕地面積384hm2，占總面積的12.17%；河灘地57.5hm2，占總面積的1.82%；有林地面積244.6hm2，占總面積的7.75%；荒草地2318.3hm2，占總面積的73.48%；村鎮(zhèn)住宅用地16.9hm2，占總面積的0.54%；灘涂20hm2，占總面積的0.63%；水域46.5hm2，占總面積的1.47%；裸巖25hm2，占總面積的6.55%。研究區(qū)所涉及的村莊合計人均耕地2.45畝，人均基本農田0.2畝，農村人均糧食產量260kg。人均耕地相對充裕，人均基本農田不足2畝，在土地種植利用結構上主要以大田作物玉米為主，近年來少量推廣設施農業(yè)蔬菜種植。

根據(jù)利用狀況可知，研究區(qū)土地利用中存在的主要問題是：土地利用不合理，林草地面積較少，品種單調，品質差，覆蓋率低；大量的其他草地未得到治理利用。根據(jù)研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀進行分析，荒草地面積較大，占項目區(qū)總面積的2/3以上。耕地面積中主要是水平梯田坡耕地占主導地位，種植比例低，土地利用率不高；林地面積較小，只有零星成片經濟林與少量水保喬木林，土地利用結構不合理。

2.2 水土流失狀況

研究區(qū)位于我國干旱半干旱地區(qū)，水土流失面積達到29.03km2，占到土地總面積(31.55km2)的92%，水土流失問題嚴重。水力侵蝕是導致研究區(qū)內水土流失的主要原因，據(jù)統(tǒng)計研究區(qū)內土壤侵蝕模數(shù)的多年平均值約為3200t/km2a，而年水土流失總量達10萬t以上。由于長時間受到降水量及降水強度的影響，研究區(qū)內形成大量“V”字形侵蝕溝，且分界明顯。當降雨集中且強度較大時，由于當?shù)赝寥滥纲|黏重，導致蓄滲緩慢，而表層土質疏松，在大量水流的沖刷作用下，表層土壤流失，并直接帶走土壤中豐富的養(yǎng)分，出現(xiàn)跑肥現(xiàn)象。與此同時，坡耕地的植被遭到破壞，農業(yè)經濟損失嚴重，河流下游泥沙增加甚至導致淤積，堵塞河道，生態(tài)環(huán)境失調，且逐步形成惡性循環(huán)，嚴重制約了當?shù)厣鐣洕c農村建設的發(fā)展，亟需得到解決。表1為研究區(qū)水土流失現(xiàn)狀表，由表可知，研究區(qū)內土壤侵蝕主要以中度侵蝕為主，占到水土流失總面積的68.3%，其次為強度侵蝕，占到18.2%，極強侵蝕僅占到水土流失總面積的5%。

3 綜合治理總體布置與工程措施設計

3.1 總體布置原則及措施

根據(jù)流域實地調查，本著因地制宜、適地適樹的原則，采取人工修復與自然修復結合的措施，以改善生態(tài)環(huán)境、控制水土流失為基礎，以提高社會經濟與加快農村發(fā)展為目標，在修建適量基本農田，確保糧食自給的前提下，宜林則林，宜牧則牧。

研究區(qū)主要措施由墊灘造地、河灘地土層加厚、簡易道路、水保林和封禁治理組成。根據(jù)項目區(qū)內的具體地形、土質和植被分布情況，布置相應的水保措施。

(1)墊灘造地布設在林關流域和上窯流域距村莊較近、交通便利、地塊較完整的河灘上，共規(guī)劃20hm2。

(2)河灘地土層加厚布設在林關流域原有土層很薄的河灘地上，土層厚度小于30cm。

(3)規(guī)劃簡易道路1.75km。

(4)水土保持林布置于林關流域荒山荒坡和其他草地上，共規(guī)劃609.5hm2。

(5)封禁治理布置于有部分植被并且通過3～5年的管護，能夠自我修復的荒山荒坡上共規(guī)劃1603hm2。

3.2 工程措施設計

3.2.1 墊灘造地

現(xiàn)有灘地改造前土壤瘠薄，土層較薄，大約10cm，難以形成較高的生產力，如厚度、肥力、產量等；加之項目區(qū)人均基本農田較少，約0.2畝，為改善當?shù)厝司巨r田不足的情況，在原有河灘裸地的基礎上，利用附近肥力較好的土源對該地進行客土墊地，墊灘造地面積20hm2。措施實施過程中，田塊隨地就勢整齊布局，方便耕作和交通需求，根據(jù)灘涂的寬度和地勢比降具體確定各個田塊的規(guī)模，一般每個田塊面積不低于20畝。墊土厚度平均約為50cm厚，土源不含石塊沙礫等雜物，肥力好，土質要求中壤和壤土土質，客土運輸完后進行土方平整，且墊地完成后當年應同時進行初步的土壤改良。

此外，應沿道路一側按水平臺階式取土，水平臺階高差為3m，水平臺階形成的田坎坡度取78°(土質田坎穩(wěn)定坡度)，水平臺階寬度(田坎高度)依據(jù)原地面坡度確定。在田坎邊坡撒播草種，以穩(wěn)定邊坡，防止雨季沖刷發(fā)生水土流失，毀壞田坎；在平面臺階進行全面整地后由土地所有人開墾為耕地。水平臺階式取土如圖1所示。

圖1 水平臺階式取土示意圖

3.2.2 河灘地土層加厚

治理區(qū)域由于土層厚度均在20cm左右，不能形成應有的生產力，需在原有基礎上墊地加厚土層后迅速改造為高產穩(wěn)產新造地。附近2km內有土源肥力好的取土土源，造地完成可提高糧食產量。為便于機耕要求，農田土層厚度不小于50cm，故土層厚度應平均墊30cm厚。由于每個田塊有部分不平整，要對田塊原地面進行整平。首先就原地面20cm的表土層進行剝離，并進行平整，然后進行土層加厚，整平，最后將剝離的表土覆蓋。

3.2.3 簡易道路

通過實地考查，結合研究區(qū)工程總體布局，為便于施工，需整修簡易道路1.75km，道路寬度4m，為土質路面，道路最大坡度不超過8°，最小轉彎半徑不小于15m。

3.2.4 水保林

根據(jù)實地調查，確定研究區(qū)建設期內造林規(guī)模為609.5hm2。根據(jù)立地條件類型劃分和造林設計的原則，研究區(qū)水土保持林選擇油松，油松在當?shù)赜卸嗄甑脑灾步涷炃页苫盥矢?，同時該樹種綠化效果好，栽植該樹種可為當?shù)亟ㄔO穩(wěn)定的生態(tài)體系提供有力的保障。

造林前必須先進行整地，整地方式采用魚鱗坑整地。為了施工管理方便和加快造林進度，隨整地隨栽植，造林時間主要集中在春、秋、雨季，全部采用植苗造林。此外，每年對造林區(qū)進行除草、松土等2次以上，特別干旱年份還應進行澆水抗旱，提高造林成活率和保存率。與此同時，苗木質量和苗木管理是影響造林成活率的一個重要因素，應嚴把苗木質量關，制定苗木管理制度，落實管理責任。距研究區(qū)28km的縣城苗圃可滿足苗木供應。

3.2.5 封禁治理

依據(jù)規(guī)范要求，在有水土流失現(xiàn)象，且地面有殘林、疏林(含灌木)或遭到自然災害(如火災、病蟲害等)、人為破壞的林地和采伐跡地、其它草地、撂荒地等，通過封禁治理恢復林草植被措施。根據(jù)研究區(qū)內的水土流失狀況、地面植被、水熱條件和人口分布等，在研究區(qū)東南部，布設封禁治理措施，面積1063hm2。在人、牲畜經常出入且需封禁地段設置封禁圍欄，防止各種非自然破壞。

4 林關小流域綜合治理綜合效益評估

4.1 蓄水保土效益

水土保持措施攔阻了泥沙，減輕了土壤侵蝕；涵養(yǎng)了水源，改善了水的小循環(huán)，為開發(fā)利用水土資源創(chuàng)造了條件。蓄水效益指暴雨中各項治理措施增加土壤入滲，減少地表徑流的效益。保土效益主要是各項治理措施減輕土壤侵蝕的效益。

各項治理措施按實施進度逐年發(fā)揮保水效益，分別算得其累計保水保土效益。各項水土保持措施的年保水總量Wn按下式計算：

Wn=W1+W2+W3+Wi

(1)

式中，Wn—各種小型蓄水保土工程的年保水量，萬m3；W1—保土耕作的年保水土量，萬m3；W2—保土工程措施的年保水土量，萬m3；W3—各種林草措施的年保水土量，萬m3；Wi—其它措施的年保水土量，萬m3。

各項水土保持措施的年保土總量(Ws，萬t)按下式計算：

Ws=Ws1+Ws2+Ws3+Ws4

(2)

式中，Ws1—新修梯田的年保土量，萬t；Ws2—保土耕作措施的年保土量，萬t；Ws3—各種林草措施的年保土量，萬t；Ws4—各種小型蓄水保土工程的年保土量，萬t。

經計算，工程措施實施后年新增蓄水量為24.53萬m3，年保土量達到5.09萬t，可有效增加研究區(qū)土壤蓄水量，降低土壤流失，達到水土保持治理目的。

4.2 經濟效益評估

本研究經濟效益評估采用靜態(tài)計算方法，用對比增量法進行計算，以單項措施的增產量和增產值為基礎，各個措施經濟效益相加，基準年為2014年。參考GB/T15774- 2008《水土保持綜合治理效益計算方法》，結合本地小流域治理成果，確定措施增產指標，同時產品價格采用當?shù)厥袌鰞r格，林木蓄積量為現(xiàn)行市場原木價格。經計算得出，各項措施發(fā)揮正常效益時，墊灘造地將產生經濟效益76.73萬元，水保林產生木材經濟效益為329.1萬元，封禁措施產生經濟效益19.24萬元，共計年產生直接經濟效益為425.07萬元。

4.3 生態(tài)效益與社會效益

各項措施發(fā)揮效益后，增加了研究區(qū)內的蓄水保土能力，有效地解決了下游河道泥沙淤積問題，不僅保土保水，增加土壤肥力，而且使土地理化性能趨于良性化。項目的實施很大程度上改善了農業(yè)生產條件，提高了土地利用率和勞動生產力，有效地調整了人口壓力與土地承載力的關系，促進了當?shù)剞r村經濟向健康良性發(fā)展。通過增加地表植被，在一定程度上可改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，調節(jié)小氣候，減少自然災害對農業(yè)生產的影響，增加植被覆蓋率。各項水保措施的實施，減少了侵蝕土地面積，使生態(tài)環(huán)境趨向良性循環(huán)，累計水土流失治理度為88.76%。

5 結語

廣靈縣2016年林關小流域水土保持綜合治理對象為面積22.9km2的水土流失區(qū)域。本項目的實施將通過協(xié)調人類、環(huán)境和經濟的相互關系，以改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、促進當?shù)剞r業(yè)經濟發(fā)展為目標，建設高效綠色生態(tài)小流域，為當?shù)厝罕娒撠氈赂槐夹】捣铡１局虻刂埔?、適地適樹的原則，合理安排各項治理措施，研究區(qū)水土保持綜合治理工程包括墊灘造地、土層加厚、水保林和封禁治理等。該項目實施后，年新增蓄水效益可達24.53萬m3，保土效益達到5.09萬t，累計林草覆蓋率達到27.07%，研究區(qū)累計水土流失治理度為88.76%，使生態(tài)環(huán)境趨向良性循環(huán)，并有效地調整了農業(yè)生產結構，提高了研究區(qū)土地利用率，改善了區(qū)域小氣候，降低了自然災害發(fā)生率，促進該區(qū)農業(yè)經濟及社會穩(wěn)定發(fā)展。