陜北黃土高原地區(qū)淤地壩利用潛力評(píng)價(jià)及模式研究

孫兆峰

（陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司延安分公司，陜西 西安 710075）

陜西北部黃土高原屬于丘陵溝壑區(qū)，地貌上以多沙粗沙區(qū)為主，地形支離破碎，溝壑縱橫[1]，該地區(qū)特有的地形地貌使得其生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重。這些溝溝壑壑具有天然的優(yōu)勢(shì)用來修建淤地壩，淤地壩是黃土丘陵溝壑區(qū)治理水土流失的最后一道防線。它不僅可以有效減少水土流失，淤地造田，還能蓄水防洪，有效利用水資源[2～3]。自20世紀(jì)50年代以來，淤地壩開始大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，修建淤地壩成為了陜北黃土高原地區(qū)治理水土流失、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略舉措。

但是，自從國家退耕還林（草）工程實(shí)施以來，林草覆蓋率已經(jīng)顯著提高，坡地土壤侵蝕率大大降低，生態(tài)環(huán)境明顯改善。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，自2000年延安各區(qū)縣實(shí)行退耕還林還草工程以來，輸沙模數(shù)減少了65%，輸沙率減少了55%，輸沙量減少了57%[4～5]。黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會(huì)主義事業(yè)總體布局，生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略地位更加明確，全國廣泛開展踐行“綠水青山就是金山銀山”的美麗中國理念。在這樣的大環(huán)境下，未來陜北的山會(huì)更綠，水會(huì)更清，坡地產(chǎn)沙量會(huì)越來越少。因此現(xiàn)有淤地壩是否還能繼續(xù)淤地造田？今后應(yīng)該如何規(guī)劃建設(shè)？這些問題值得我們深入研究。梁越提出，未來黃河河龍區(qū)間淤地壩建設(shè)應(yīng)根據(jù)小流域侵蝕產(chǎn)沙現(xiàn)狀適當(dāng)縮減規(guī)模，以免造成水土資源浪費(fèi)，影響下游的用水安全[6]。

鑒于此，本研究以陜北黃土高原地區(qū)典型流域—禿尾河流域?yàn)槔ㄟ^分析流域輸沙量的變化特征，研究現(xiàn)有淤地壩的利用情況，對(duì)陜北淤地壩利用潛力做出了客觀評(píng)估。依據(jù)評(píng)估結(jié)果，結(jié)合延川縣治溝造地工程具體案例，對(duì)未來淤地壩利用模式提出了有針對(duì)性的解決思路，以期為未來陜北淤地壩規(guī)劃建設(shè)和流域綜合治理提供參考。

1 淤地壩潛力評(píng)估

淤地壩的作用主要是攔沙保土和淤地造田，因此評(píng)價(jià)現(xiàn)有淤地壩的利用潛力，主要從這兩方面考慮：一是淤地壩攔沙能力；二是壩地利用情況。要想全面掌握陜北黃土高原所有淤地壩的攔沙能力可能并不容易，因此我們可以選擇典型流域，通過分析典型流域控制性水文站的歷年輸沙量，從側(cè)面評(píng)價(jià)未來淤地壩淤地造田的潛力。對(duì)于壩地的利用情況，針對(duì)現(xiàn)有淤地壩發(fā)展過程中普遍存在的土地鹽堿化問題，研究壩地鹽堿化形成機(jī)理，便于提出有針對(duì)性的治理措施。

1.1 典型流域輸沙量特性分析

陜北禿尾河流域是典型的陜北黃土高原地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重。流域水土流失面積達(dá)到2965.3 km2，約占流域總面積的90%，是陜北地區(qū)的重點(diǎn)治理流域之一[7]。自20世紀(jì)70年代開始，流域內(nèi)開展了大規(guī)模的水土保持措施，修建淤地壩是其中重要的措施之一。高家川水文站是禿尾河流域的控制性水文站，其控制流域面積占全流域面積的98.8%[8]，有1956年～2010年共計(jì)55年的輸沙量資料系列。因此該水文站的輸沙量資料基本可以反映整個(gè)流域產(chǎn)沙情況。

經(jīng)計(jì)算，該流域1956年～2010年總輸沙量約90900×104t,年平均約1652×104t，年最大輸沙量約7210×104t（1959年），最小約24.5×104t（2009年），年最小輸沙量僅占最大輸沙量的0.3%。通過繪制高家川水文站年輸沙量系列及其五年滑動(dòng)平均系列趨勢(shì)圖（圖1）可以發(fā)現(xiàn)，高家川站年輸沙量有明顯的下降趨勢(shì)。說明該流域自從水土保持措施實(shí)施以來，效果十分顯著，流域年產(chǎn)沙量逐年降低，水土流失得到極大控制，淤地壩在淤地造田、減少流域產(chǎn)沙量方面也發(fā)揮了很大作用。到1999年之后，年輸沙量趨勢(shì)平緩，平均約200×104t，說明水土保持措施發(fā)揮到最大作用。在退耕還林（草）工程措施實(shí)施以來，坡地水土流失得到控制，產(chǎn)沙量逐年降低，流入壩地的泥沙就會(huì)越來越少，淤地壩的淤地造田作用也越來越小，淤地壩壩系整體趨于穩(wěn)定。

圖1 高家川年輸沙量及五年滑動(dòng)平均系列

1.2 壩地鹽堿化成因分析

隨著淤地壩建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，壩地面積逐年增加，但是壩地的利用率卻并不高，鹽堿化的情況越來越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，陜北地區(qū)已淤壩地6.4×104hm2，利用了3.0×104hm2，利用率僅為56%，有數(shù)萬畝壩地因?yàn)辂}堿化而難以利用[9]。榆林市未利用的壩地面積0.93×104hm2，占已淤面積的30%，其中次生鹽堿地0.6×104hm2，水濕漬地0.2×104hm2，無防洪設(shè)施不能利用的有0.13×104hm2[10]。土地是老百姓的根本，鹽堿化嚴(yán)重導(dǎo)致壩地減產(chǎn)、甚至絕產(chǎn)，嚴(yán)重影響區(qū)域的糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定。因此，解決陜北黃土高原地區(qū)壩地鹽堿化的問題迫在眉睫。

能夠?qū)е玛儽秉S土高原壩地鹽堿化的原因主要有兩個(gè)：一是地下水位的抬高，二是蒸發(fā)量的影響。最早期的淤地壩大多為群眾自發(fā)建設(shè)，缺乏合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，大多為“悶葫蘆”壩，只有壩體沒有溢洪道等排水設(shè)施。因此當(dāng)洪水來臨時(shí)，壩體將洪水?dāng)r蓄在壩地內(nèi)無法排出，日積月累，地下水水位逐年抬高，土壤鹽分隨水面上升，最終導(dǎo)致土壤鹽堿化[11～13]。且由于陜北地區(qū)干旱，當(dāng)?shù)乇碚舭l(fā)強(qiáng)烈時(shí)，在土壤毛細(xì)管作用下土壤中的鹽分上升聚積在土壤的表層，因此在鹽堿化嚴(yán)重的區(qū)域，土壤表層可以看到白色晶狀物。通過實(shí)地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)鹽堿情況多發(fā)生于淤地壩下游，且大多伴隨著地面下濕。修建淤地壩會(huì)改變流域溝道下墊面條件，提高壩地下游地下水水位。

綜上所述，隨著坡地產(chǎn)沙量越來越小，壩地逐漸趨于穩(wěn)定，而已成壩地鹽堿化越來越嚴(yán)重。因此，未來淤地壩規(guī)劃建設(shè)的重心不應(yīng)該繼續(xù)盲目的增加淤地壩，反而應(yīng)該思考如何能夠提高現(xiàn)有淤地壩的安全系數(shù)，提高壩地利用率。提高現(xiàn)有淤地壩的安全系數(shù)主要是組織對(duì)現(xiàn)有淤地壩進(jìn)行安全復(fù)核并除險(xiǎn)加固。提高壩地利用率主要是要解決壩地鹽堿化問題，而解決壩地鹽堿化問題主要是依靠降低地下水水位。

2 淤地壩利用模式研究

鹽堿地的治理措施有很多種，包括生物措施、化學(xué)措施以及物理措施。生物措施一般是通過種植耐鹽作物、培育土壤肥力等方法，但是陜北黃土高原地區(qū)氣候干旱，降水較少，且大多距離村民居住地較遠(yuǎn)，村民大多選擇種植耐旱的玉米、土豆等農(nóng)作物，要想大面積推廣改變種植方法很困難?；瘜W(xué)措施是通過施用改良劑改良土壤，而這種方法投入較大，也無法大面積推廣。物理措施是通過修建排水工程、灌溉洗鹽等措施來解決鹽堿問題，而在陜北黃土高原溝壑區(qū)基本沒有灌溉條件。因此，要想從根本上解決陜北黃土高原壩地的鹽堿化問題，只有通過工程措施降低地下水位。治溝造地工程是一項(xiàng)全新的溝道治理模式，是習(xí)總書記親自批示的專門針對(duì)延安黃土高原丘陵溝壑區(qū)提出來的，通過土地平整、農(nóng)田防護(hù)、灌溉排水等措施讓延安的溝溝壑壑變成萬畝良田，是真正的惠民工程。治溝造地工程在平整土地的同時(shí)配備了完善的排水系統(tǒng)，從根本上解決了延安地區(qū)壩地的土地鹽堿化問題，保證了壩地質(zhì)量。

延安市延川縣是典型的陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)。1969年初，習(xí)近平總書記來到延川縣文安驛鎮(zhèn)梁家河插隊(duì)，習(xí)總書記在延川縣七年知青歲月中，就曾帶領(lǐng)廣大社員在梁家河打壩造田，因此修建淤地壩在延川縣也由來已久。它讓延川縣人民糧食得到保障，生態(tài)環(huán)境得到改善，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定發(fā)揮了重要作用。但是，隨著壩地鹽堿化逐年加重，農(nóng)作物逐年減產(chǎn)，有些壩地更是多年撂荒，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)丶Z食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

與此同時(shí)，延川縣也作為第一批試點(diǎn)區(qū)域拉開了治溝造地的序幕。以延川縣楊家圪臺(tái)鎮(zhèn)南塬村郭家塬溝3號(hào)淤地壩為例，該淤地壩經(jīng)過常年運(yùn)行，目前已淤地面積達(dá)到約14 hm2。該淤地壩控制流域面積較大，但是并沒有任何排水設(shè)施，甚至沒有配備溢洪道，導(dǎo)致壩地地下水位逐年抬高，土地鹽堿化嚴(yán)重。在淤地壩下游已經(jīng)形成常流水，約2 hm2耕地?zé)o法種植，直接撂荒。據(jù)村民反映，如果不及時(shí)解決排水問題，會(huì)有越來越多的壩地遭到破壞。在延川縣治溝造地工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中，充分考慮到該片區(qū)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一套完善的排水排鹽系統(tǒng)。如圖2所示：①在溝道靠著山體一側(cè)布設(shè)排洪渠，另一側(cè)布設(shè)生產(chǎn)路，形成“渠—田—路”的平面布置形式，其中排洪渠長約920 m，底寬3.4 m，渠深2.6 m，邊坡系數(shù)1∶1，生產(chǎn)路長約880 m，寬3 m；②在每個(gè)田坎的下游處布置農(nóng)溝，溝尾和排洪渠相互貫通，這樣農(nóng)溝可以有效排水排鹽，其中農(nóng)溝長共計(jì)約300 m，底寬0.6 m，溝深1.2 m，邊坡系數(shù)1∶1；③考慮到該片區(qū)鹽堿化較為嚴(yán)重，因此采用布設(shè)暗管的形式進(jìn)一步降低地下水位，暗管采用HDPE雙壁塑料波紋管，管徑為90 mm，長共計(jì)約670 m，管外纏繞玻璃纖維紗，最外層鋪設(shè)砂礫石。暗管順著溝道方向，在壩地中間布設(shè)，在下游田坎處接入排洪渠；從而排洪渠、農(nóng)溝和暗管相互貫通，形成一套完整的排水系統(tǒng)，現(xiàn)有壩地全部變?yōu)樵O(shè)施完善的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田。該片區(qū)于2019年6月竣工，目前已經(jīng)全部種植玉米，通過調(diào)研農(nóng)作物目前的長勢(shì)情況，詢問當(dāng)?shù)乩习傩?，該?xiàng)目的實(shí)施可以讓玉米每畝產(chǎn)量由300 kg增加到650 kg。

圖2 郭家塬溝3號(hào)淤地壩壩地規(guī)劃示意圖

當(dāng)然上述方法并不一定在陜北黃土高原地區(qū)所有壩地都適用，還要因地制宜。有些溝道可能較窄，僅有幾米寬，村民不允許占用有限的土地來開挖排洪渠和農(nóng)溝；還有些溝道受地形限制排洪渠無法貫通，這樣排水系統(tǒng)就完全失效。針對(duì)這種情況，我們可以通過開挖豎井排水，或者在鹽堿化嚴(yán)重的淤地壩下游開挖集水坑，一方面可以降低地下水水位，另一方面還可以充分利用地下水灌溉。所以，要想從根本上解決陜北黃土高原地區(qū)壩地鹽堿化的問題，就是要想方設(shè)法降低地下水位，因地制宜，完善排水系統(tǒng)。

3 結(jié)論

通過選取陜北禿尾河作為典型流域，結(jié)合實(shí)地調(diào)研和延川縣治溝造地工程案例，對(duì)陜北黃土高原地區(qū)淤地壩利用潛力和模式進(jìn)行評(píng)價(jià)和研究，得到如下結(jié)論：

（1）在國家退耕還林（草）措施的實(shí)施下，陜北黃土高原地區(qū)生態(tài)得到極大改善，坡地產(chǎn)沙量逐年降低，淤地壩壩系整體趨于穩(wěn)定，但是由于淤地壩缺乏排水設(shè)施，已淤成壩地鹽堿化越來越嚴(yán)重。

（2）治理陜北黃土高原地區(qū)壩地鹽堿化問題的根本在于降低地下水水位，以延川縣治溝造地工程為例，提出解決陜北黃土高原壩地鹽堿化的具體思路和方法，也就是完善排水系統(tǒng)，降低地下水位。