稱鉤河流域水土保持監(jiān)測和壩系工程建設(shè)評價

李曉蘭

(定西市安定區(qū)水土保持局，甘肅定西743000)

1 小流域概況

稱鉤河流域位于甘肅省定西市安定區(qū)西北部，為黃河流域祖厲河水系二級支流，屬黃土丘陵溝壑區(qū)第五副區(qū)，流域面積118 km2，主溝長17.5 km，平均比降 1/230，海拔 1957—2273 m;屬中溫帶半干旱氣候區(qū)，年均氣溫6.3℃，年降水量380 mm，降雨多集中在7—9月，且多以暴雨形式出現(xiàn)，年蒸發(fā)量1500 mm以上;流域內(nèi)梁峁起伏，溝壑縱橫，地形破碎，土質(zhì)疏松，抗蝕性差，水土流失嚴(yán)重導(dǎo)致的土地生產(chǎn)力下降、生態(tài)環(huán)境惡化影響了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)。近年來，通過實(shí)施坡改梯、荒山整地造林、退耕還林(草)等水土保持綜合治理措施，流域內(nèi)的水土流失狀況得到了有效遏制。截至2008年年底，共建成淤地壩74座，其中骨干壩20座、中型壩22座、小型壩32座。目前壩系工程運(yùn)行正常。

2 監(jiān)測內(nèi)容和方法

2.1 工程建設(shè)動態(tài)監(jiān)測

(1)坡面治理動態(tài)監(jiān)測。2006年在地形圖上勾繪坡面地類，2007—2010年對新增措施進(jìn)行補(bǔ)繪。具體做法是:在1∶1萬地形圖上對大面積連片的地類進(jìn)行勾繪，用GIS軟件進(jìn)行圖斑面積量算和分類匯總，對墳地等比較零散且面積較小的地塊進(jìn)行實(shí)地丈量或面積估算，在大圖斑中扣除。

(2)溝道工程建設(shè)動態(tài)監(jiān)測。采取統(tǒng)計調(diào)查和跟蹤監(jiān)測的方法，監(jiān)測淤地壩建設(shè)進(jìn)度，掌握已建、在建數(shù)量及其結(jié)構(gòu)比。

2.2 攔沙蓄水監(jiān)測

(1)攔沙量監(jiān)測。按規(guī)劃竣工次序，每年冬季在攔沙壩內(nèi)蓄水封凍后破冰監(jiān)測1次。首先，采用平均淤積高程法計算每個斷面的平均高程，根據(jù)斷面高程推算壩內(nèi)淤積面的平均高程(從壩前到淤積末端);其次，為控制淤積體平面變化，按相鄰間距小于淤積長度1/6(中小型淤地壩)或1/8(骨干壩)布設(shè)若干個斷面，并測量斷面間距;再次，在每一斷面布設(shè)若干個測點(diǎn)，測量各測點(diǎn)冰面高程，再破冰測量各測點(diǎn)冰面至泥面的垂直距離，計算各測點(diǎn)的泥面高程，并測量測點(diǎn)間的水平距離;最后，根據(jù)水位—庫容—淤積量關(guān)系曲線推求淤積量，計算攔沙量。其計算公式為

式中:Z為壩區(qū)淤積面的平均高程，m;Zi為第i斷面的平均淤積高程，m;Zj為第i斷面第j測點(diǎn)的淤積高程，m;ΔLi為相鄰斷面的間距，m;L為壩前到淤積末端的長度為第i斷面相鄰測點(diǎn)間的水平距離，m;Bi為第i斷面淤積面的寬度

對于測出的濕泥淤積體體積，應(yīng)根據(jù)泥沙容重?fù)Q算成重量，在測量時一并調(diào)查測算人工回填的土方量，在淤積量中予以扣除。

(2)蓄水用水監(jiān)測。按照監(jiān)測設(shè)計，主要對高家岔等10座淤地壩進(jìn)行監(jiān)測。具體方法是:在攔沙監(jiān)測過程中測量水面面積和水面高程，根據(jù)庫容曲線推算年末蓄水量;通過記錄每次單位時間的排、用水量和排、用水時段，計算出每次的排、用水總量，最后對全年的排、用水總量進(jìn)行匯總;對需飲用壩內(nèi)蓄水的牲畜量進(jìn)行統(tǒng)計，按日用水量估算全年牲畜飲用水量。

(3)徑流泥沙監(jiān)測。水位觀測按照《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ 138—90)，流量測量按照《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》(GB 50179—93)，泥沙觀測按照《河流懸移質(zhì)泥沙測驗(yàn)規(guī)范》(GB 50159—92)實(shí)施。

(4)降雨量觀測。委托當(dāng)?shù)剞r(nóng)民在陽山嘴、別杜川、高家岔等3個雨量站進(jìn)行雨量觀測。簡易雨量筒是在有降雨時按8時、14時、20時、2時分4個時段觀測，自記雨量計是按《降雨量觀測規(guī)范》(SL 21—90)實(shí)施。

2.3 壩系工程安全監(jiān)測

壩系安全監(jiān)測每年汛前、汛后各1次，并根據(jù)降雨等情況隨時檢查。

2.4 監(jiān)測時段

監(jiān)測時段為2006—2010年。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 工程建設(shè)

(1)坡面治理。2006—2010年流域內(nèi)每年新增梯田面積分別為 22.04、15.68、12.48、36.61、65.57 hm2，目前水土流失治理程度達(dá)到66.06%。

(2)溝道工程建設(shè)。2006年有淤地壩21座，其中骨干壩9座、中型壩6座、小型壩6座，結(jié)構(gòu)比為1∶0.67∶0.67;2006—2008年新建骨干壩11座、中型壩16座、小型壩26座，結(jié)構(gòu)比為 1∶1.1∶1.6。

3.2 攔沙蓄水

(1)降雨。流域內(nèi)3個雨量站降雨觀測資料見表1，其中汛期為6—10月。

表1 雨量站降雨特征值

(2)攔沙。對流域內(nèi)部分淤地壩進(jìn)行了攔沙監(jiān)測，包括所有骨干壩和中型壩，以及選取的10座小型壩，根據(jù)淤地壩建設(shè)情況，2006年監(jiān)測淤地壩23座，2007年45座，2008、2009和2010年均為52座。同時，根據(jù)控制面積與攔沙量關(guān)系，對2009—2010年所有的小型攔沙壩進(jìn)行推算。壩系工程攔沙量監(jiān)測結(jié)果見表2。由表2知，2008年壩系攔沙率較高，其原因除與降雨等因素有關(guān)外，主要是由于2007年新建淤地壩數(shù)量較多，對其控制范圍內(nèi)土壤擾動大，易引起水土流失。

表2 壩系工程攔沙量監(jiān)測

(3)徑流輸沙。輸沙量監(jiān)測從2007年7月18日開始，2007年觀測期為7月18日至12月31日。壩系工程徑流、泥沙監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 壩系工程徑流、泥沙監(jiān)測結(jié)果

(4)蓄水用水。對重點(diǎn)蓄水用水淤地壩進(jìn)行監(jiān)測，2006—2008年監(jiān)測淤地壩數(shù)量分別為5、9、10座。2006、2007年進(jìn)行了試灌溉，但由于堿度過大，2007年以后不再灌溉，因此淤地壩內(nèi)蓄水主要用于解決牲畜飲水。2006—2010年總蓄水量分別為55.05、32.43、30.77、3.8、3.28 萬 m3，年末水面面積分別為12.2 、17.6、13.59、5.53、3.51 hm2，總用水量分別為 13.88、12.36、0.45、0.29、0.26 萬 m3，用水量變化率分別為 20.1%、27.6%、1.4%、7.1%、7.3%，蓄水用水資料見表4。

從表4可以看出，雖然近年來淤地壩數(shù)量增多，但由于降水量少、蒸發(fā)量大，加之為確保安全度汛，汛期到來前人為排水使得蓄水總量不斷減少。到2009年末，蓄水總量由2006年末的55.05萬m3(5座骨干壩)減少到3.8萬m3，10座骨干壩中4座有少量蓄水，5座蓄水耗盡，1座自建成以來一直沒有蓄水。由于高家岔、舊莊嘴、花郎岔等3座骨干壩的壩內(nèi)蓄水于本年耗盡，因此其當(dāng)年用水量變化率高達(dá)100%。在用水方面，2006—2007年存在灌溉用水，因此用水總量較大，用水量變化率也相應(yīng)較大;2008—2010年壩內(nèi)的蓄水主要用于牲畜飲水，用水量較小，用水量變化率也較小，不到10%。

3.3 壩系工程安全

2006—2007年所有淤地壩壩體及泄水建筑物完好，運(yùn)行正常。自2008年年末到2010年年末，流域內(nèi)沒有病險壩和毀壞壩。

表4 蓄水、用水量監(jiān)測m3

4 淤地壩建設(shè)評價

4.1 攔沙效果

監(jiān)測顯示，壩系建成后正常年份流域年產(chǎn)沙量約為56.52萬t，其中坡面工程年均攔沙量約為46.10萬t，壩系年均攔沙量約為10.07萬t，把口站年均輸沙量約為0.35萬t，分別占總攔沙量的81.6%、17.8%和0.6%。流域內(nèi)整體攔沙率達(dá)到99.38%，基本做到了泥不出溝。

4.2 建設(shè)模式

(1)淤地壩建設(shè)規(guī)模適當(dāng)。流域壩系規(guī)模是否適當(dāng)主要體現(xiàn)在工程數(shù)量與壩系控制面積、安全標(biāo)準(zhǔn)等幾個方面的匹配性。流域總面積118 km2范圍內(nèi)建成淤地壩74座，其中20座骨干壩控制面積88.15 km2，平均每座控制面積4.41 km2，總庫容1288.46萬m3(攔泥庫容632.21萬m3，滯洪庫容656.25萬m3)，平均庫容64.42萬m3(平均攔泥庫容31.61萬m3，平均滯洪庫容32.81萬m3);22座中型淤地壩控制面積26.87 km2，平均每座控制面積1.22 km2，總庫容262.94萬 m3(攔泥庫容115.75萬m3，滯洪庫容147.19萬m3)，平均庫容11.95萬m3(平均攔泥庫容5.26萬m3，平均滯洪庫容6.69萬m3);32座小型淤地壩總控制面積21.39 km2，平均控制面積0.67 km2，總庫容147.87萬 m3(攔泥庫容46.04萬 m3，滯洪庫容101.83萬m3)，平均庫容4.62萬m3(平均攔泥庫容1.44萬m3，平均滯洪庫容3.18萬m3)。從監(jiān)測結(jié)果看，骨干壩及中、小型淤地壩的年淤積深度分別為0.14、0.23、0.23 m，基本滿足設(shè)計年限的防洪和淤積要求。

(2)淤地壩結(jié)構(gòu)基本合理。稱鉤河壩系結(jié)構(gòu)是否合理體現(xiàn)在流域內(nèi)骨干壩和中、小型淤地壩在分層組合關(guān)系、數(shù)量配置比例等方面的適宜性。稱鉤河流域有大于3 km2的支溝14條，小于3 km2的24條，溝壑密度為2.72 km/km2。根據(jù)土壤、氣象及地質(zhì)地貌特征，流域內(nèi)骨干壩與中、小型壩的數(shù)量結(jié)構(gòu)比為 1∶1.1∶1.6，布壩密度為 0.63 座/km2。

(3)淤地壩建設(shè)布局比較科學(xué)。壩系布局是否科學(xué)主要體現(xiàn)在以流域?yàn)橄到y(tǒng)，以骨干壩為骨架，中小型淤地壩相結(jié)合，既滿足了層層攔蓄調(diào)洪和不同地域群眾的利益要求，具有層次性，又將整個壩系連接起來，共同構(gòu)筑了溝道防護(hù)體系，具有整體性。稱鉤河壩系在規(guī)劃上還體現(xiàn)了全局觀念，以水沙淤積相對平衡為目標(biāo)，泥沙盡量攔截，水土資源兼顧當(dāng)?shù)睾拖掠蔚貐^(qū)利益以及不浪費(fèi)的原則，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)天然降水的充分合理利用。

5 結(jié)語

水土保持監(jiān)測能夠反映水土流失治理措施的作用，為水土保持生態(tài)建設(shè)提供了科學(xué)決策依據(jù)。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，稱鉤河流域壩系的全面建成，在控制水土流失、蓄洪滯洪、提高水土資源利用、保護(hù)下游安全、解決群眾交通困難、改善農(nóng)村生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用，使流域的綜合治理水平得到了明顯提升。