黃土丘陵溝壑區(qū)道路、莊院、村鎮(zhèn)產(chǎn)流造成水土流失情況調(diào)查與研究
——以寧夏彭陽(yáng)縣為例

楊曉輝,李 慧,李建國(guó),牛德譚，何元?jiǎng)?/p>

(1.彭陽(yáng)縣水務(wù)局,寧夏 彭陽(yáng) 756500; 2.彭陽(yáng)縣氣象站,寧夏 彭陽(yáng) 756500；3.固原市原州區(qū)水務(wù)局，寧夏 固原 756000)

1 基本情況

彭陽(yáng)縣位于寧夏東南部、六盤山東麓，西與固原市原州區(qū)接壤，東、南、北分別與甘肅省鎮(zhèn)原縣、崆峒區(qū)、環(huán)縣毗鄰，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)，地處黃土高原腹地，土地總面積2 528.65 km2。彭陽(yáng)縣海拔1 248～2 418 m，年均氣溫7.4～8.5 ℃，無(wú)霜期140～170 d，年均降水量350～550 mm，降水季節(jié)分布不均，主要集中在6—9月，期間降水量占年降水量的70%。根據(jù)《全國(guó)水土保持區(qū)劃(試行)》，彭陽(yáng)縣為西北黃土高原區(qū)寧南隴東丘陵溝壑蓄水保土區(qū)，境內(nèi)山多川少，溝壑縱橫，地形起伏，生態(tài)脆弱，水土流失嚴(yán)重。彭陽(yáng)縣經(jīng)過(guò)近40年(1983年8月建縣)的水土流失治理，水土流失現(xiàn)象已得到遏制。根據(jù)寧夏水土保持公報(bào)，截至2021年彭陽(yáng)縣水土流失面積為655.30 km2，累計(jì)治理小流域134條1 794 km2，水土流失治理程度由建縣初的11.1%提高到76.9%，森林覆蓋率由3%提高到32.2%，新修高標(biāo)準(zhǔn)水平梯田5.07萬(wàn)hm2。彭陽(yáng)縣先后榮獲“國(guó)家水土保持生態(tài)文明縣”“全國(guó)造林綠化先進(jìn)縣”等稱號(hào)。據(jù)王洼水土保持監(jiān)測(cè)站多年觀測(cè)成果，雖然治理后的小流域很少產(chǎn)生徑流，但有些特殊區(qū)域如道路、莊院、村鎮(zhèn)(城鎮(zhèn)、學(xué)校、事業(yè)單位、企業(yè)、居民點(diǎn)等占地面積超過(guò)1 300 m2的實(shí)體，下同)產(chǎn)流造成的水土流失情況局部有加重的傾向。 本研究通過(guò)調(diào)查分析道路、莊院、村鎮(zhèn)產(chǎn)生徑流的原因及形成的危害，探討改進(jìn)與治理的方法，旨在提高對(duì)這部分產(chǎn)流危害性的認(rèn)識(shí)，逐步補(bǔ)齊水土流失治理的短板，為同類型地貌區(qū)內(nèi)項(xiàng)目建設(shè)與水土保持工作提供借鑒。

2 道路產(chǎn)流造成的水土流失與預(yù)防措施

2.1 道路產(chǎn)流現(xiàn)狀

據(jù)彭陽(yáng)縣交通局資料，截至2020年底，境內(nèi)硬化公路通車?yán)锍? 905.2 km，等級(jí)公路密度1.15 km/km2，其中高速公路34.5 km、國(guó)道125.9 km、省道85.7 km、農(nóng)村公路2 659.1 km；全縣156個(gè)行政村全部通硬化公路、通客車，715個(gè)自然村通硬化公路率達(dá)到85%。據(jù)統(tǒng)計(jì)與推算，彭陽(yáng)縣未硬化道路里程5 815 km，其中村道、進(jìn)戶道路約2 815 km，田間道路約3 000 km。全縣通車道路里程約8 720.2 km(見(jiàn)表1)。

表1中“總路寬”除含路寬外，還含“排水渠水平寬”與“岸坡水平投影距離”。高速公路、國(guó)道、省道、農(nóng)村公路排水渠所用材料、產(chǎn)生的徑流量與硬化公路路面相似，因此其水平寬按排水渠配套權(quán)重系數(shù)計(jì)入道路總寬，排水渠配套權(quán)重系數(shù)分別為2、1、1、0.35。高速公路、國(guó)道、省道岸坡平均高10 m，坡比1∶0.4，其岸坡水平投影距離為4 m；農(nóng)村公路，未硬化村道、進(jìn)戶道路，田間道路岸坡平均高3 m，坡比1∶0.4，其岸坡水平投影距離為1.2 m。硬化公路集流效率取0.73，未硬化道路為泥結(jié)石路，集流效率取0.35[1],岸坡的集流效率取值與對(duì)應(yīng)的道路一致。經(jīng)計(jì)算，彭陽(yáng)縣道路及岸坡占地面積為5 252.03 hm2，道路年均徑流量為1 208.22 萬(wàn)m3。

表1 道路產(chǎn)生的徑流量計(jì)算

2.2 道路徑流形成的危害

2018、2019、2020年彭陽(yáng)縣降水量分別達(dá)655.6、756.9、561.5 mm，大大超過(guò)年均降水量，道路徑流量大，產(chǎn)生的侵蝕比較嚴(yán)重。道路徑流通過(guò)排水渠直接排入半山腰或溝頭，當(dāng)遇到強(qiáng)降雨時(shí)，會(huì)造成二次水土流失，蠶食農(nóng)田，形成較嚴(yán)重的溝頭侵蝕。如S202省道上紅河梁段(S348.2 km處,白陽(yáng)鎮(zhèn)南山村山莊組)，該處道路排水渠長(zhǎng)2 200 m，采用陡坡直接把徑流下泄到荒洼的溝崖邊，形成水沖溝，坍塌嚴(yán)重，并發(fā)育成多條裂隙，沖溝土壤侵蝕量約達(dá)1.7萬(wàn)m3(長(zhǎng)、寬均為27 m，深23 m)，沖毀農(nóng)地800 m2，沖溝與裂隙基本是在2019、2020年形成的。部分農(nóng)村田間道路、村道從山頂?shù)缴侥_下坡長(zhǎng)達(dá)1～2 km,徑流從山頂沿道路一直排到山腳下，當(dāng)與道路兩旁莊院產(chǎn)生的徑流匯集后，擴(kuò)大了水毀災(zāi)害，造成水毀路面，邊溝侵蝕嚴(yán)重，形成大的沖溝，下泄的淤泥堆積到下游平緩路面或坡腳下，影響交通，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，如白陽(yáng)鎮(zhèn)中莊村崖崾隊(duì)欠子灣道路。比較寬的硬化公路，雖然排水渠不長(zhǎng)(500 m左右)，但處理效果不好的渠段易形成徑流通道，經(jīng)過(guò)逐年侵蝕，造成荒洼下切，對(duì)下游壕道梯田造成毀壞，如G309國(guó)道孟塬段(G1647.5 km處,孟塬鄉(xiāng)椿樹(shù)岔村下蘆岔組)，荒洼下切形成深約3 m、長(zhǎng)約200 m、寬1～4 m的溝。

2.3 道路徑流造成水土流失的原因

道路徑流造成的水土流失主要是由道路排水渠與路邊造林方法不正確、不合理而引起的。①有些路段修建了多余的排水渠。因大多數(shù)道路呈一定起伏狀態(tài)，有利于微調(diào)徑流，當(dāng)路面縱坡度小于1.5°，且順坡長(zhǎng)度不超過(guò)150 m，或當(dāng)路寬小于11 m時(shí)，可以不設(shè)排水設(shè)施(高速公路除外)，但路邊應(yīng)整地造林，納蓄徑流。②有些道路排水渠修建的位置不合理。道路排水渠距離溝底較近(小于50 m)時(shí),未把排水渠修到溝底，形成二次侵蝕；或道路排水設(shè)施結(jié)構(gòu)斷面、質(zhì)量無(wú)法滿足運(yùn)行條件，毀壞后造成新的水土流失；或路邊具有安全滯水、滯泥條件的，人為地降低排水渠高程，增加了下游負(fù)擔(dān)。③局部綠化帶修建不合理，質(zhì)量不高。有的綠化帶高于道路或有圍埂，道路徑流無(wú)法排入綠化帶；有的路段造林整地方式不正確，修建的攔水埂順坡，不等高，不滯水，反而排水；有的路段造林工程質(zhì)量不高，滯蓄徑流能力差，如魚鱗坑集水面小、埂坎的高度與截面尺寸不夠。④道路邊有林地、梯田，且具備導(dǎo)入條件時(shí)，卻增設(shè)了排水渠，直接將徑流排入下游溝道，造成新的水土流失。⑤路基回填區(qū)岸坡綠化不合理或不到位；或把路周圍林草帶與集流區(qū)全部硬化，忽視了地面吸納能力，增大了徑流量。⑥人為的每年多次清除路邊雜草，造成地面裸露，形成新的水土流失點(diǎn)。

2.4 道路徑流利用

彭陽(yáng)縣降雨主要集中在6—9月，該時(shí)段是水土流失主要產(chǎn)生期，但此時(shí)期降雨對(duì)農(nóng)作物影響較小。彭陽(yáng)縣主要農(nóng)作物為小麥、玉米等，6—9月小麥已收割完，玉米高度超過(guò)1 m，徑流排入農(nóng)地后無(wú)明顯危害，即使有少量淤積也對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)無(wú)大的影響。如條件允許，應(yīng)盡可能地把村道、田間道路徑流及時(shí)排入治理后的林地與梯田。根據(jù)城陽(yáng)鄉(xiāng)城陽(yáng)村鄧灣組老小學(xué)處監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)，長(zhǎng)不超過(guò)400 m、寬6 m的泥結(jié)石道路徑流全部排入一塊農(nóng)地，不產(chǎn)生危害。農(nóng)村公路、村道、田間道路、進(jìn)戶道路斷面可適當(dāng)傾斜，有條件的可兩面溢流，無(wú)條件的應(yīng)一面溢流，并布設(shè)導(dǎo)流埂，方便徑流及時(shí)排入農(nóng)地，應(yīng)避免排入未治理或陡峭的地段。

2019—2020年對(duì)孟塬鄉(xiāng)椿樹(shù)岔村虎崾組的混凝土道路(寬5 m)長(zhǎng)2 km的排水渠、G309國(guó)道(寬11 m，孟塬段)長(zhǎng)0.9 km的排水渠、馮小公路(寬7 m，小岔鄉(xiāng))長(zhǎng)1.8 km的排水渠等進(jìn)行觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：這些排水渠都是收集半幅路面(道路中間高兩面低)產(chǎn)生的徑流，且路段都是治理程度較好的區(qū)域(或配套水平溝林帶，或平緩地段)，在排水渠無(wú)道路之外其他徑流匯入時(shí)，一般不產(chǎn)生水土流失現(xiàn)象，僅在平緩地段徑流出口處形成少量的淤積，滯水效果也明顯。以上觀測(cè)結(jié)果可以通過(guò)計(jì)算梯田滯水量進(jìn)行佐證(見(jiàn)表2)。表2中“近30年一次性最大降水量”是指近30年日最大降水量(彭陽(yáng)縣氣象局提供)；“梯田自產(chǎn)水量”取近30年一次性最大降水量計(jì)算，其集流效率參照泥結(jié)石路0.35、農(nóng)村硬化公路0.73[1]取值；“集水量”是道路全斷面集水；“梯田埂高”按0.25 m計(jì)算(當(dāng)?shù)靥萏镌O(shè)計(jì)埂高0.3～0.4 m)。由表2可知，泥結(jié)石路和農(nóng)村公路對(duì)應(yīng)的梯田面積能滿足其近30年一次性最大降水量的滯水需要。彭陽(yáng)縣梯田化程度高，據(jù)2020年統(tǒng)計(jì)，全縣水平梯田占耕地面積96%以上，其中面積超過(guò)0.100、0.167、0.233 hm2的梯田分別占全縣水平梯田的85%、70%、50%以上。

表2 梯田滯水量計(jì)算

3 農(nóng)村莊院產(chǎn)流現(xiàn)狀與預(yù)防措施

3.1 農(nóng)村莊院產(chǎn)流現(xiàn)狀

彭陽(yáng)縣以農(nóng)業(yè)為主，2021年農(nóng)業(yè)人口18.92萬(wàn)人，占戶籍人口的76.4%。根據(jù)彭陽(yáng)縣政府2017年統(tǒng)計(jì)資料，農(nóng)村莊院有55 572戶。每戶莊院平均占地面積約800 m2[2]，其硬化面面積(含屋頂面積)約占莊院占地面積的50%，其余50%為結(jié)實(shí)地面。每戶一般有一個(gè)水窖。莊院產(chǎn)生的徑流量計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 莊院產(chǎn)生的徑流量計(jì)算

表3中“莊院硬化面集流效率”取0.57，“莊院結(jié)實(shí)地面集流效率”取0.28[1]，經(jīng)計(jì)算“每戶莊院年均產(chǎn)流量”為153 m3。由于彭陽(yáng)縣農(nóng)村自來(lái)水入戶率達(dá)到99.8%，且保證率高，水窖解決人畜飲水問(wèn)題已成歷史，農(nóng)村大部分人員外出打工，偶爾(農(nóng)忙或過(guò)節(jié)時(shí))居住，大約有50%的莊院基本處于半閑置或閑置狀態(tài)，部分農(nóng)村居住人員所用的水窖為凈水窖，主要蓄自來(lái)水與屋檐的雨水，故“水窖利用率”取50%，每個(gè)水窖年均蓄水量約為63 m3。全縣莊院面積約為4 445.76 hm2，年均徑流量為850.25萬(wàn)m3，年均徑流剩余量為675.20萬(wàn)m3。

3.2 農(nóng)村莊院產(chǎn)流的預(yù)防措施

大部分農(nóng)村住宅為獨(dú)立莊院，呈點(diǎn)狀分布，產(chǎn)生的徑流通過(guò)水窖攔蓄后，剩余的徑流流出莊院排入治理后的流域，在沒(méi)有較大暴雨的情況下產(chǎn)生的徑流基本無(wú)危害。部分靠近道路居住的住戶把莊院徑流直接排入路邊的排水渠或路面，加大了排水量，擴(kuò)大了次生災(zāi)害；個(gè)別莊院徑流直接排入未治理流域、溝頭或易沖刷的地段，造成水土流失。鼓勵(lì)住戶將莊院徑流排入治理后流域；或在莊院空閑地段種植樹(shù)木、蔬菜等高耗水量作物，就地消化與吸收雨水，減少雨水流失；或修整莊院周圍果樹(shù)集水面，把多余徑流引入周圍果園或梯田。農(nóng)村小部分常年無(wú)人居住的莊院，應(yīng)積極引導(dǎo)恢復(fù)成農(nóng)地或林地，杜絕有害徑流形成。繼續(xù)發(fā)揮水窖、澇池等的蓄水作用，提倡農(nóng)戶每年外出時(shí)把水窖引水渠修好，安全蓄水，增加水窖蓄水量，發(fā)展節(jié)水灌溉，延伸徑流后期效益，變廢為寶。

4 村鎮(zhèn)產(chǎn)流現(xiàn)狀

據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局資料，截至2020年底彭陽(yáng)縣縣城建成區(qū)占地面積838萬(wàn)m2，縣城外事業(yè)單位、企業(yè)、學(xué)校、居民點(diǎn)等占地面積982.47萬(wàn)m2(大面積根據(jù)衛(wèi)星影像圖全數(shù)測(cè)算，小面積選取多個(gè)代表性面積平均值相乘而得)，其硬化面與防水面(含房頂)面積約占總占地面積的70%，土質(zhì)地面約占總占地面積的30%，集流效率分別取0.57與0.28[1]，年均降水量為450 mm，經(jīng)計(jì)算村鎮(zhèn)年均徑流量為395.68萬(wàn)m3(見(jiàn)表4)。縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及較大單位對(duì)大多數(shù)徑流進(jìn)行了有效的治理，如修建攔蓄設(shè)施或溝頭護(hù)坡等，減小了徑流產(chǎn)生的危害；大部分村中心、居民點(diǎn)、學(xué)校，部分小單位等產(chǎn)生的徑流大多直接匯入排水渠，加重了徑流產(chǎn)生的危害性。

表4 村鎮(zhèn)產(chǎn)生的徑流量計(jì)算

5 道路、莊院與村鎮(zhèn)產(chǎn)流形成的綜合危害與對(duì)策

5.1 道路、莊院與村鎮(zhèn)產(chǎn)流形成的綜合危害

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生水土流失比較嚴(yán)重的區(qū)域一般是流域面積超過(guò)1 km2的“三區(qū)一大”區(qū)域，即道路密集區(qū)、建設(shè)密集區(qū)、高度集流區(qū)、流域面積大的區(qū)域?！叭齾^(qū)一大”區(qū)域內(nèi)部分道路排水渠吸納了整個(gè)小流域產(chǎn)生的徑流，小流域內(nèi)莊院、村鎮(zhèn)徑流大多直接匯入排水渠，當(dāng)遇強(qiáng)降雨時(shí)，排水渠匯集流量較大，易形成水毀災(zāi)害，造成水土流失與溝頭延伸。目前彭陽(yáng)縣較大的溝頭延伸基本是由較大流域內(nèi)道路、莊院、村鎮(zhèn)徑流匯集、沖刷所形成的，同時(shí)道路、莊院、村鎮(zhèn)較大徑流易造成水毀、淤積、塌陷、沖溝、滑坡等次生災(zāi)害。彭陽(yáng)縣較大的溝頭延伸達(dá)60處，其中白陽(yáng)鎮(zhèn)陡坡、玉洼、南山村，草廟鄉(xiāng)趙洼、新洼、曹川村，王洼鎮(zhèn)崖堡、路寨村，孟塬鄉(xiāng)白楊莊村等多處溝頭延伸相當(dāng)嚴(yán)重。如白陽(yáng)鎮(zhèn)玉洼村村中心所包圍的流域面積為2.4 km2，流域內(nèi)產(chǎn)生的徑流通過(guò)道路排水渠匯集到溝頭，造成嚴(yán)重的溝頭侵蝕、溝兩岸重力侵蝕，形成倒垂的懸崖，每年土地?fù)p失近333 m2，溝頭周圍產(chǎn)生非常密集的裂隙，對(duì)溝岸兩邊梯田造成威脅。

彭陽(yáng)縣屬于黃土丘陵溝壑區(qū)，山大溝深，農(nóng)戶居住比較分散，個(gè)別農(nóng)戶進(jìn)戶道路長(zhǎng)達(dá)2 km左右，進(jìn)戶道路易產(chǎn)流，如果農(nóng)戶莊院與進(jìn)戶道路的產(chǎn)流合流到一起，破壞性增強(qiáng)，那么就易產(chǎn)生水土流失。近幾年，農(nóng)村建成了多處集中居民點(diǎn)，雖居民點(diǎn)所居住的戶數(shù)相比全縣總戶數(shù)占比較小(占10%左右)，但其莊院、鄉(xiāng)村道路大多進(jìn)行了硬化處理，產(chǎn)流面積較大，如果對(duì)這部分徑流不進(jìn)行合理處理，則易匯集成較大徑流，造成水土流失。

5.2 道路、莊院與村鎮(zhèn)徑流治理對(duì)策

(1)對(duì)道路排水渠匯流面積在1 km2以上的，根據(jù)淤地壩的建設(shè)規(guī)范，可以建設(shè)淤地壩或塘壩。壕道具備建設(shè)淤地壩或塘壩條件的，應(yīng)把淤地壩或塘壩建設(shè)在壕道上，直接把徑流引入淤地壩或塘壩內(nèi)，及早攔蓄徑流，杜絕徑流對(duì)農(nóng)地與溝頭的沖刷毀壞，利于后續(xù)效益形成；壕道不具備建設(shè)淤地壩或塘壩條件的，可以在下游溝道修建溝頭防護(hù)設(shè)施，杜絕或減少水土流失。

(2)根據(jù)地形與徑流量的大小，采取高水高建、低水低建的原則，修建澇池、蓄水池等小型水保工程，最大限度攔蓄徑流，就地利用。

(3)道路修建在較平緩地段，不設(shè)邊溝時(shí)，應(yīng)利用地面微地形減緩徑流流速，增加地表入滲量。

(4)農(nóng)村道路兩邊有溢流條件的，應(yīng)把徑流分散溢流到林地或梯田。道路、城鎮(zhèn)、莊院徑流應(yīng)盡可能地分流，減少匯流，避免形成較大徑流，引發(fā)災(zāi)害。

6 結(jié) 語(yǔ)

彭陽(yáng)縣道路、莊院、村鎮(zhèn)占地面積約為11 518.26 hm2，占彭陽(yáng)縣土地總面積的4.56%；年均產(chǎn)生的徑流2 454.15萬(wàn)m3，占彭陽(yáng)縣境內(nèi)水資源總量的27.51%(據(jù)寧夏水文水資源勘測(cè)局資料，彭陽(yáng)境內(nèi)水資源總量8 920萬(wàn)m3)。若處理與利用好這部分徑流，則彭陽(yáng)縣水土流失將得到有效控制。由于道路、莊院、村鎮(zhèn)等徑流治理是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，是一個(gè)綜合性強(qiáng)的系統(tǒng)工程，且投資大，不可能一蹴而就，因此應(yīng)循序漸進(jìn)、輕重緩急地逐步治理與預(yù)防，為黃河流域高質(zhì)量發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。