太原市九院沙河上游水土流失現(xiàn)狀及綜合治理措施探討

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 山西太原030024）

1 項(xiàng)目概況

1.1 地理位置

九院沙河位于太原市萬(wàn)柏林區(qū)和晉源區(qū)，北支九院溝發(fā)源于狼坡村以上，南支發(fā)源于高家河溝，兩溝于桃杏村附近匯合后稱為九院沙河，于山西省農(nóng)展館南側(cè)的新晉祠路橋以東820 m 處匯入汾河，屬于汾河一級(jí)支流。九院沙河上游生態(tài)治理工程范圍為其上游山區(qū)分水嶺至西環(huán)高速，主河道與九院沙河快速路改造工程接壤，流域面積22.46 km2。

1.2 自然概況

九院沙河位于太原市西山地區(qū)，呈窄帶樹(shù)形形狀，地形趨勢(shì)西高東低，自山區(qū)向盆地階梯下降。山區(qū)與盆地間因構(gòu)造地形突變，兩者直接相接。山區(qū)為呂梁山系，是呂梁山脈東翼云中山的延續(xù)，海拔在1 300～1 800 m。

流域內(nèi)地貌形態(tài)較為復(fù)雜，溝谷密布，溝壑密度10.42 條/km2，成因各不相同，大致分為三類(lèi)：土層較薄，基巖裸露的剝蝕構(gòu)造地貌；地形破碎、呈梁峁?fàn)畹那治g堆積地貌；流水堆積地貌，山腳多為灰?guī)r，山崖常成陡壁。

該區(qū)屬溫帶半干旱大陸季風(fēng)氣候，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季短暫涼爽，冬季寒冷干燥。平均風(fēng)速2.5 m/s，最大風(fēng)速25 m/s。年平均氣溫9.5℃，極端最低溫度-25.5℃，最高氣溫39.4℃，無(wú)霜期167 d，最大凍土深度77 cm，大于等于10℃的年積溫為2 662℃，年平均降水量450 mm，最大降水量749 mm，降水量的70%集中在7、8、9月份，且多以暴雨形式出現(xiàn)。

項(xiàng)目區(qū)土壤屬于褐土性土，成土母質(zhì)主要為黃土和洪積物。植被類(lèi)型為暖溫帶落葉闊葉林帶，北暖溫帶落葉闊葉林亞地帶。近年來(lái)由于亂砍濫伐，植被遭到嚴(yán)重的破壞，水土流失逐步加劇，原生植被幾乎不存在，現(xiàn)存的植被也多為次生演替的結(jié)果，灌木林分布較廣泛，有較大面積連片分布的天然人工林。在土壤貧瘠的干旱陽(yáng)坡有少量側(cè)柏、刺槐、臭椿分布。灌叢植被有荊條、檸條、螞蚱腿子、虎榛子、黃刺玫、紫穗槐等，草叢主要有白羊草、蒿類(lèi)以及其它雜草等。

2 水土流失及防治情況

2.1 水土流失現(xiàn)狀

該區(qū)水土流失的形式主要以水蝕為主，重力侵蝕相伴，溯源侵蝕是溝道延伸的主要形式，平均土壤侵蝕模數(shù)3 600 t/（km2·a）。

該區(qū)水土流失面積14.83 km2，占流域總面積的66.03%。其中輕度侵蝕5.95 km2，占流失面積的40.10%；中度侵蝕4.81 km2，占流失面積的32.45%；強(qiáng)度侵蝕2.77 km2，占流失面積的18.64%；極強(qiáng)度侵蝕0.84 km2，占流失面積的5.63%；劇烈侵蝕0.47 km2，占流失面積的3.18%。

2.2 水土流失成因

自然因素——項(xiàng)目區(qū)降雨季節(jié)分布不均，主要集中在7、8、9月份，決定了該地區(qū)暴雨頻率相對(duì)較高。流域地形及河道比降大，一遇降雨，地面下滲能力弱，極易形成地表徑流，進(jìn)而發(fā)展成為集中股流，并且洪水匯流快。而地形破碎，溝道縱橫，植被稀疏，土壤本身結(jié)構(gòu)松散，抗沖抗蝕能力弱。以上幾方面原因，導(dǎo)致了九院沙河流域極易形成雨洪，造成水土流失，水、肥、土流失嚴(yán)重，河道泥沙含量高。沖刷嚴(yán)重時(shí)，洪水、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)。

人為因素——太原市城市進(jìn)化過(guò)程中，各類(lèi)工礦企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，資源開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致植被破壞，使上游的水源涵養(yǎng)能力降低，水土流失嚴(yán)重；其次，各種工業(yè)及生活固體廢棄物越來(lái)越多，它們無(wú)序堆放，擠占河道，加劇了上游兩側(cè)溝岸的沖刷和下游河道的淤積。

2.3 水土流失及其治理特點(diǎn)

太原市九院沙河河道上游水土流失主要表現(xiàn)在：演化性、復(fù)雜性、突發(fā)性及治理的艱巨性。

1）演化性

九院沙河屬于邊山河道，其上游干支溝較其它地方更為陡峭，降雨洪水匯水快，徑流形成快且洪流集中，溝頭及兩側(cè)溝邊極易形成滑坡、坍塌及泥石流，使得溝道向兩側(cè)及溝頭擴(kuò)展、演化，水土流失若得不到及時(shí)治理，水土流失將加劇。

2）復(fù)雜性

由于九院沙河處于城鄉(xiāng)交錯(cuò)區(qū)，導(dǎo)致水土流失既有鄉(xiāng)村的土壤侵蝕，又有市郊結(jié)合地段獨(dú)特的侵蝕方式，主要表現(xiàn)為自然和人為因素相結(jié)合。片蝕、濺蝕頻繁發(fā)生，工礦區(qū)地下徑流所引發(fā)的管狀侵蝕，重力水引發(fā)的潛移侵蝕，集中股流引發(fā)的巖土侵蝕；采礦過(guò)程和工程建設(shè)過(guò)程誘發(fā)的重力侵蝕、滑坡、泄溜，嚴(yán)重的還有泥石流等。不同的侵蝕方式帶來(lái)不同的流失情況，程度各異，情況復(fù)雜，給治理帶來(lái)很大困難。

3）突發(fā)性

九院沙河上游屬于土石山區(qū)，溝道窄，坡陡，水土流失具有突發(fā)性。1996年8月4日，受臺(tái)風(fēng)登陸后減弱為低氣壓與副熱帶高壓和東北南下弱冷空氣的共同影響，虎峪河及鄰近的九院沙河上游以石千峰、廟前山為中心出現(xiàn)了特大暴雨，虎峪河及相鄰的九院沙河都發(fā)生了山洪，其中虎峪河洪水量最大，河龍灣洪峰流量391 m3/s。西山礦務(wù)局所屬官地礦、杜兒坪礦及溝內(nèi)一些小煤礦被淹，虎峪河上大小12 座橋因泥沙漂浮物淤堵被沖毀，兩岸漫溢成災(zāi)，迎澤西大街被淹過(guò)水深度達(dá)0.5 m，下元至迎澤橋一帶一片汪洋。洪水過(guò)后，60 m 寬的迎澤西大街近2 km 長(zhǎng)度淤積1 m 厚泥沙，造成直接經(jīng)濟(jì)損失2.86 億元。

4）治理的艱巨性

河道上游水土流失恢復(fù)難度大，費(fèi)用高，任務(wù)艱巨。城市生態(tài)系統(tǒng)平衡本身的脆弱性，導(dǎo)致了一經(jīng)破壞，很難恢復(fù)的特性。如溝道邊坡的滑坡、崩塌等，單靠恢復(fù)植被是不行的，必須配套相應(yīng)的工程措施。九院沙河上游生態(tài)治理措施的要求和標(biāo)準(zhǔn)要高于一般水土流失區(qū)。

2.4 水土流失防治現(xiàn)狀

1）水土流失治理現(xiàn)狀

多年來(lái)項(xiàng)目區(qū)累計(jì)治理水土流失面積744.13 hm2，其中水平梯田108.58 hm2、喬木林219.99 hm2、灌木林415.56 hm2、封禁治理193.52 hm2，另有攔溝壩、提水灌溉等措施，治理度為50.2%，以上措施對(duì)水蝕和風(fēng)蝕的發(fā)生有緩解作用。

2）存在問(wèn)題

（1）部分區(qū)域林草植被覆蓋率較低，水土流失嚴(yán)重。

（2）由于煤炭開(kāi)采、固體廢棄物堆放造成大面積裸露，邊坡較陡，部分地段渣土堆積，表土松散，治理難度大。

（3）溝道攔擋工程較少，雨后河水泥沙含量大，影響下游行洪。

（4）治理任務(wù)艱巨，投入相對(duì)不足。

（5）水土保持治理技術(shù)與新時(shí)期要求還有一定距離。

3 項(xiàng)目建設(shè)的必要性和可行性

3.1 必要性

九院沙河為汾河一級(jí)支流，位于晉祠泉域的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，做好九院沙河上游的水土保持綜合治理工作不僅對(duì)于改善汾河水質(zhì)有重要作用，還對(duì)改善太原市城市環(huán)境有重要影響。

1）促進(jìn)地下水位快速回升、力爭(zhēng)晉祠巖溶大泉復(fù)流

進(jìn)入上世紀(jì)60年代中期以來(lái)，晉祠泉域泉水流量一直處于持續(xù)衰減狀態(tài)，特別是近年來(lái)隨著自然、人類(lèi)活動(dòng)等各種因素對(duì)巖溶地下水的影響加劇，泉水流量衰減趨勢(shì)加重。晉祠泉1994年4月30日晉祠泉斷流水位802.58 m，斷流后巖溶水水位持續(xù)大幅度下降，2008年8月降至歷史最低水位774 m，在泉口以下27.66 m，水位平均下降速率達(dá)0.85 m/a。通過(guò)對(duì)溝谷布設(shè)谷坊等工程滯洪和涵蓄水源，增加地下水補(bǔ)給量，促進(jìn)地下水位快速回升、晉祠巖溶大泉復(fù)流。

2）改善汾河水質(zhì)

近年來(lái)，通過(guò)山西省政府和相關(guān)主管部門(mén)的努力，汾河的生態(tài)環(huán)境有了較大的改善，特別是汾河太原段，水質(zhì)得到明顯改善，暗濁的河水現(xiàn)在已經(jīng)不復(fù)存在，周邊生態(tài)環(huán)境有了很大提高，但問(wèn)題仍然存在。市區(qū)內(nèi)的一級(jí)支流水質(zhì)污濁，大雨過(guò)后，河水猛漲，大量泥沙從上游區(qū)域匯入，增大了河水的含沙量，大量的泥沙隨河水進(jìn)入汾河，影響了汾河水質(zhì)和行洪安全。因此，九院沙河上游的生態(tài)綜合治理對(duì)改善汾河水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境有重要的作用。

3）改善城市整體面容

目前，九院沙河河水污濁，雨后河水含沙量大，嚴(yán)重影響了城市的整體風(fēng)貌和生態(tài)環(huán)境，并且與創(chuàng)建“文明園林城市”的號(hào)召嚴(yán)重不符。為了改善此狀況，省市有關(guān)部門(mén)已下決心從截污和治理上游生態(tài)環(huán)境兩方面下手，徹底根治流經(jīng)太原市區(qū)的“臭水河”，而河道上游的生態(tài)綜合治理對(duì)于治理上游環(huán)境方面起著關(guān)鍵的作用。

4）提高土地利用率，改善上游生態(tài)環(huán)境

九院沙河上游河道兩側(cè)存在很多裸露邊坡，且裸露邊坡為修建道路造成的松散體，上游范圍內(nèi)還存在一定的其他草地、裸地以及植被覆蓋率較低的灌木林地、其他林地等，在強(qiáng)風(fēng)大雨時(shí)極易產(chǎn)生水土流失，通過(guò)在生態(tài)治理工程周邊布設(shè)水窖等雨水蓄積工程，為農(nóng)民生產(chǎn)創(chuàng)造便利條件；通過(guò)對(duì)裸露邊坡實(shí)施水土保持工程措施和植物措施，可使松散土石固定，裸露地表披上綠裝，有效改善上游的生態(tài)環(huán)境。

3.2 可行性

項(xiàng)目區(qū)年平均降水量450 mm，降水量的70%集中在7、8、9月份。流域內(nèi)地貌大部分為砂頁(yè)巖土石山區(qū)，流域內(nèi)有多處采石場(chǎng)，地表大面積裸露，已進(jìn)行了多年的水保治理工作，主要采取了坡面綠化、經(jīng)濟(jì)林、機(jī)修梯田、攔溝壩、提水灌溉工程等措施治理。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)的地形地貌、土壤和植被類(lèi)型，因地制宜采用鄉(xiāng)土樹(shù)種對(duì)荒山荒坡?tīng)I(yíng)造喬木林、灌木林，并在林間撒播草籽，對(duì)裸露邊坡進(jìn)行治理，并采取封禁措施，根據(jù)以往治理經(jīng)驗(yàn)，上述措施可行。

九院沙河河道上游水土流失以輕中度侵蝕為主，上游各級(jí)支溝中溝道坡降位5%～10%的位置適宜布設(shè)谷坊，在該比降的位置布設(shè)谷坊可以抬高侵蝕基準(zhǔn)，防止溝底下切，抬高溝床，穩(wěn)定山坡坡腳，防止溝岸擴(kuò)張，減緩溝道縱坡，減小山洪流速，淤積泥沙，對(duì)下游溝道起到攔截泥沙緩洪作用，措施可行。

綜上所述，通過(guò)對(duì)九院沙河上游山區(qū)進(jìn)行水土保持綜合治理后，新增高郁閉度森林植被，涵養(yǎng)水源，為下游河流供給源源不斷的河道基流；主河道利用河岸灘地滯洪和涵蓄水源，增加地下水補(bǔ)給量，促進(jìn)地下水位快速回升、晉祠巖溶大泉復(fù)流；林草覆蓋率進(jìn)一步提升，可有效防治水土流失，改善局部小氣候條件，野生動(dòng)植物得以保護(hù)；同時(shí)減少了溫室氣體排放，可有效涵養(yǎng)水源，減少地表徑流和沖刷，減輕土壤侵蝕程度；提高土地生產(chǎn)力和持續(xù)增產(chǎn)能力，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，有利于改善汾河生態(tài)環(huán)境。此外，各支溝內(nèi)布設(shè)谷坊后，可影響流域產(chǎn)匯流過(guò)程與方式，起到調(diào)節(jié)河川徑流、消減洪峰量的作用，從而減少泥石流的發(fā)生，減輕洪澇災(zāi)害造成的損失。本工程從源頭上治理，涵養(yǎng)水源，保證生態(tài)基流，增促進(jìn)地下水位快速回升、晉祠巖溶大泉復(fù)流，改善生態(tài)環(huán)境，工程可行。

4 綜合治理措施

4.1 治理目標(biāo)

1）對(duì)項(xiàng)目區(qū)實(shí)施水土保持綜合治理措施后，水土流失得到基本控制，該流域水土流失治理度將達(dá)到80%以上，緩洪攔沙，減少流入汾河的泥沙，減少下游洪水總量。

2）通過(guò)對(duì)上游開(kāi)展生態(tài)保護(hù)與植被恢復(fù)，使森林覆蓋率大幅提高。通過(guò)新增高郁閉度森林植被，涵養(yǎng)水源，為下游河流供給源源不斷的河道基流。

3）主河道利用河岸灘地滯洪和涵蓄水源，增加地下水補(bǔ)給量，增加水面面積，促進(jìn)地下水位快速回升、力爭(zhēng)晉祠巖溶大泉復(fù)流。

4）提高土地利用率和改善邊山生態(tài)環(huán)境，改善城市整體風(fēng)貌及周邊農(nóng)村生活環(huán)境。

4.2 措施設(shè)計(jì)

1）塬面：將坡度較緩的其他草地、裸地改造為喬木林和灌木林，在其周邊合適位置修建水窖、供水工程和施工道路，為滿足林草撫育管理要求，需要同時(shí)收集地表雨水，減少地表徑流。

2）溝坡：根據(jù)不同立地條件栽植水保林，對(duì)其他林地、灌木林地全部進(jìn)行補(bǔ)植喬木，其他林地補(bǔ)植率為40%，灌木林補(bǔ)植率為30%；對(duì)其他草地與有條件恢復(fù)植被的裸地區(qū)域改造喬木林和灌木林，并根據(jù)周邊道路、村莊情況選擇景觀樹(shù)種；對(duì)疏幼林地、新造林地和具有自然恢復(fù)能力的荒山荒坡進(jìn)行封禁治理；對(duì)人為造成的裸露巖石地表修建種植槽進(jìn)行綠化。在道路合適位置布設(shè)水窖，并配套灌溉設(shè)施。

3）溝底：根據(jù)溝道地形修建谷坊工程滯洪和涵蓄水源，加大地下水補(bǔ)給量，促進(jìn)地下水位快速回升，促進(jìn)地下水位快速回升、力爭(zhēng)晉祠巖溶大泉復(fù)流；減少溝道侵蝕，起到攔擋泥沙、緩洪作用。對(duì)于溝道坡降在5%～10%之間或部分坡降小于5%的地質(zhì)條件較好的支溝布設(shè)谷坊，谷坊群個(gè)數(shù)不宜超過(guò)10 個(gè)，谷坊群布設(shè)時(shí)一側(cè)設(shè)置施工道路連接。

4）裸露場(chǎng)地：坡腳布設(shè)漿砌石擋墻，擋墻以上采用漿砌石骨架護(hù)坡。坡腳植爬山虎恢復(fù)植被。