青杠扒流域水土流失特征及綜合治理評(píng)價(jià)

楊 柳，王玉英

(1.南陽(yáng)市水土保持監(jiān)督監(jiān)測(cè)站，河南 南陽(yáng) 473000;2.南召縣水土保持科學(xué)試驗(yàn)站，河南 南召 474650)

1 流域概況

青杠扒流域位于南召縣四棵樹(shù)鄉(xiāng)西部，屬長(zhǎng)江流域唐白河水系，流域面積19.8km2。流域上寬下窄，為一扇形閉合集水單元，由和平溝和新寺溝兩條“人”字形的干溝組成，干流長(zhǎng) 9km，海拔 213—939 m，山坡平均坡度 27°。流域內(nèi)巖性為斑狀花崗巖和花崗片麻巖，巖石極易風(fēng)化，土壤多為山地黃棕壤，p H值為5.5～7.5。流域地處亞熱帶與暖溫帶的過(guò)渡帶，四季分明，降雨充沛，年均降雨量 989mm，年最大降雨量1994 mm，年最小降雨量 544mm，年均氣溫14.8℃ ，年均蒸發(fā)量1340mm，年日照時(shí)數(shù)為1978 h，無(wú)霜期 220d。

綜合治理前，由于歷史的原因，青杠扒流域生態(tài)環(huán)境十分脆弱，20世紀(jì)50年代流域年均侵蝕模數(shù)為3380t/(km2?a)，年流失土壤約 6.7萬(wàn)t，20年一遇暴雨的地表徑流系數(shù)達(dá)0.81，許多坡面土壤的 A層、B層被剝蝕殆盡，C層出露。流域內(nèi)土壤母質(zhì)風(fēng)吹即散、手搓即碎，抗蝕力極差，這就進(jìn)一步加劇了土壤流失。如1957年 7月14日一次降雨170mm，引起山洪和泥石流暴發(fā)，沖毀耕地1.2hm2、河堤 5道，經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重。

青杠扒流域自1958年開(kāi)始治理，至1986年年均侵蝕模數(shù)下降到1170t/(km2?a)，1987年以來(lái)在已有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善提高，目前已治理水土流失面積17.29km2，占總面積的87.3%，其中改河造地19.3hm2，閘溝淤地37.7hm2，修筑梯田13.9hm2，修建谷坊 2.4萬(wàn)座、山塘 60座、小水庫(kù) 2座、河堤8500m、排洪渠 2.9萬(wàn)m、渠道 7500m，完成造林 446.7hm2、封山育林349.6hm2、改造殘次柞坡 666.2hm2。經(jīng)過(guò) 40余年的連續(xù)治理、綜合治理，流域內(nèi)已形成了較為完善的水土流失綜合防護(hù)體系，各業(yè)經(jīng)濟(jì)得到了全面發(fā)展，群眾生活水平顯著提高，生態(tài)環(huán)境趨于良性循環(huán)。至1999年首批全國(guó)水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)“十百千”示范小流域驗(yàn)收時(shí)，該流域已達(dá)到國(guó)家要求的小流域綜合治理一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2 流域水沙特征

南召縣水土保持科學(xué)試驗(yàn)站在青杠扒流域的和平溝(控制面積 9.62km2)和新寺溝(控制面積 5.78km2)分別布設(shè)有徑流觀測(cè)站及基本雨量站，兩溝的觀測(cè)資料系列相同且資料完整。因和平溝控制流域面積較大，其立地條件及治理措施布局在唐白河水系具有代表性，故本研究以和平溝水沙變化為主來(lái)研究青杠扒流域水土流失特征及綜合治理效益。降雨資料采用1984—2006年實(shí)際觀測(cè)資料。

2.1 水沙特性分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，1984—2006年的 23年間，青杠扒流域年均降雨量1016.6mm，年最大降雨量1763.8mm，年最小降雨量 724.7mm，年均降水日數(shù) 98d;年均徑流量369.7萬(wàn)m3，年最大徑流量 837.3萬(wàn)m3，年最小徑流量 97.30萬(wàn)m3，共產(chǎn)流160次，其中≥100mm的降雨產(chǎn)流33次，≥50mm的降雨產(chǎn)流 71次，＜50mm的降雨產(chǎn)流 56次;年均輸沙模數(shù) 71.7t/(km2? a)，年最大輸沙模數(shù) 218 t/(km2?a)，年最小輸沙模數(shù)1.35 t/(km2?a)。

2.2 水沙年際變化及年內(nèi)分配特點(diǎn)

青杠扒流域水沙年際變化的特點(diǎn)是:年徑流量和年輸沙量的年際變化較大，水大沙大、豐水多沙。由于暴雨洪水是產(chǎn)生泥沙的主要?jiǎng)恿?，因此洪水發(fā)生的時(shí)間也直接影響著水沙關(guān)系:一般汛期頭幾次洪水含沙量較大，越往后洪水的含沙量越小，其原因是經(jīng)過(guò)冬季凍融侵蝕及人類活動(dòng)的影響，表層土壤處于松散狀態(tài)，抗蝕性能差，所以汛初的前幾次洪水土壤流失較嚴(yán)重，含沙量偏高。

水沙年內(nèi)分配的特點(diǎn)是:降雨和泥沙主要集中在汛期的6—9月份，期間降雨量占年降雨量的 68%，徑流量占年徑流總量的 90%，輸沙量全部集中在汛期。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

3.1 實(shí)測(cè)水沙變化情況

青杠扒流域水沙觀測(cè)系列為1984—2006年，共 23年。為便于分析比較，按治理程度將流域治理劃分為3個(gè)時(shí)段，即時(shí)段Ⅰ(1984—1986年)為綜合治理前期、時(shí)段Ⅱ(1987—1991年)為綜合治理初期、時(shí)段Ⅲ(1992—2006年)為鞏固提高治理期，分析中將時(shí)段Ⅰ作為水沙變化對(duì)比的基準(zhǔn)期。

分析觀測(cè)資料可知:①?gòu)搅髂嗌沉侩S著降雨量的變化而明顯變化。1990、1996、2000、2005年屬豐水年，年輸沙模數(shù)稍高或接近于基準(zhǔn)期最大值，特別是 2000年受副熱帶高壓、切變線和華北低渦的影響，7月 2日至7日全省普降暴雨或大暴雨，局部有特大暴雨，唐白河水系鴨河口水庫(kù)出現(xiàn)了建庫(kù)以來(lái)的最高水位，而青杠扒流域位于暴雨中心，出現(xiàn)了建站以來(lái)的最大洪水。因而，把 2000年作為特殊年份對(duì)待后，其余年份的輸沙量均隨降雨量的變化而變化，且低于基準(zhǔn)期的平均值。②各時(shí)段年均水沙量明顯呈遞減趨勢(shì)(2000年水沙量除外)，且沙量的減少幅度大于水量。③1987年以后降雨量基本持平的年份，年徑流深較基準(zhǔn)期有所減少，而年輸沙模數(shù)則大幅度減少。

3.2 水沙變化原因分析

3.2.1 時(shí)段對(duì)比分析

由實(shí)測(cè)資料計(jì)算的青杠扒流域3個(gè)時(shí)段的年降雨量、年徑流深和年輸沙模數(shù)的平均值見(jiàn)表1。與時(shí)段Ⅰ相比，Ⅱ、Ⅲ時(shí)段的年降雨量分別增加了13.9%、8.0%，Ⅱ時(shí)段的年徑流深增加了17.7%，Ⅲ時(shí)段的年徑流深減少了 7.5%，而兩時(shí)段的年輸沙模數(shù)卻分別減少 44.0%和69.8%。在流域降水特征基本相同的情況下泥沙大幅度減少，說(shuō)明各項(xiàng)水土保持措施發(fā)揮了顯著的蓄水?dāng)r沙作用。特別是在Ⅲ時(shí)段將 2000年水沙參與計(jì)算后，年輸沙模數(shù)與Ⅰ時(shí)段相比仍減少 69.8%，而 2000年的輸沙量相當(dāng)于枯水年十幾年的輸沙總量，這充分說(shuō)明青杠扒流域經(jīng)過(guò)綜合治理后各項(xiàng)水土保持措施的攔蓄性能是較為穩(wěn)定的。

表1 和平溝不同時(shí)段年降雨量、年徑流深、年輸沙模數(shù)對(duì)比

3.2.2 相似降雨次洪水對(duì)比分析

降雨從降落到地面直至形成徑流流出出口斷面是一個(gè)復(fù)雜的演變過(guò)程，而流域水沙變化則是流域綜合治理和降雨變化綜合作用的結(jié)果。為對(duì)比分析水土保持措施削洪減沙效益，根據(jù)青杠扒流域次洪水統(tǒng)計(jì)資料，挑選歷年降雨量、雨型相近的次洪水進(jìn)行對(duì)比分析。從分析結(jié)果可知，青杠扒流域綜合治理后的削洪減沙效益是比較顯著的，如1986年 8月19日和1994年 8月 29日兩次降雨，前者的降雨量為135.9 mm、后者為135.5mm，前者的降雨歷時(shí)為15時(shí) 26分、后者為12時(shí) 55分，前者平均雨強(qiáng)為8.8mm/h、后者為10.5mm/h，而前者徑流深為116.8mm、后者為40.6 mm，前者是后者的 2.88倍;前者的輸沙模數(shù)105 t/(km2?a)是后者 4.53 t/(km2?a)的 23.2倍，足見(jiàn)水土保持措施削洪減沙效益之顯著。

4 綜合治理評(píng)價(jià)

青杠扒流域自 20世紀(jì)50年代末開(kāi)始治理至今，經(jīng)歷了幾個(gè)治理階段，取得了顯著的治理成效。該流域自1987年被列入省、市重點(diǎn)治理流域后，根據(jù)小流域治理的總體規(guī)劃要求，有計(jì)劃、有步驟地開(kāi)展了山、水、田、林、路綜合治理工作，對(duì)原有的溝道工程進(jìn)行了整修加固，并新建谷坊 5000座、塘壩1座、攔河壩 26座，塘庫(kù)總庫(kù)容達(dá) 87萬(wàn)m3，使溝道得到了全面整治;在治坡方面，營(yíng)造了大面積的用材林和水保防護(hù)林，消滅了荒山，對(duì)原有林地和柞坡也進(jìn)行了封育和改造，使流域內(nèi)初步形成了喬灌草結(jié)合、針闊葉搭配，工物措施與植物措施緊密結(jié)合的水土流失綜合防護(hù)體系，水土流失得到全面控制，整個(gè)流域的生態(tài)環(huán)境得到了顯著改善。

從對(duì)青杠扒流域綜合治理前后水沙變化的分析可知，該流域水沙變化的原因主要是較為完善的水土保持綜合防治措施作用的結(jié)果。雖然溝道工程是該流域蓄水?dāng)r沙的重要工程，但如果沒(méi)有林草措施和農(nóng)業(yè)耕作措施的密切配合，是不可能從根本上控制水土流失的。正是由于工程、植物與農(nóng)業(yè)耕作措施的綜合作用，才使該流域 20年一遇 24 h暴雨徑流系數(shù)由0.81降至0.45，蓄水效率提高近 40%，削減洪峰 50%以上，流域年土壤流失量由治理前的1.76萬(wàn)t減少到目前的0.39萬(wàn)t，攔沙保土效益達(dá)到77.8%，流域年均輸沙模數(shù)下降到71.7 t/(km2?a)，同時(shí)有效地降低了谷坊、壩庫(kù)淤積速度，延長(zhǎng)了水利水保工程的使用年限。20余年來(lái)，水利水保工程經(jīng)上百次暴雨洪水考驗(yàn)安然無(wú)恙，證明青杠扒流域綜合治理是成功的。