新疆白楊河水庫段水土保持綜合治理研究

徐 江

(新疆昌吉方匯水電設(shè)計有限公司，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

水土流失是一種極為嚴(yán)重的水、土資源浪費(fèi)現(xiàn)象，對當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、社會發(fā)展帶來不利影響。隨著環(huán)保意識的逐漸加強(qiáng)，對當(dāng)?shù)厮亮魇КF(xiàn)象加以治理已經(jīng)逐漸受到重視。在國內(nèi)，已有多個地區(qū)采取了水土保持措施[1-4]，并取得了良好的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。沿河地區(qū)，水土流失會造成河道淤積，造成上游土地資源流失，同時對下游居民的生產(chǎn)、生活造成不利[5-7]。白楊河水庫上、下游段水土流極為嚴(yán)重。該區(qū)段水土流失的特點為：水力侵蝕為主要的侵蝕類型，風(fēng)力侵蝕占較小比重，局部地段有重力侵蝕。針對該段進(jìn)行治理是十分必要的。

1 水土保持綜合治理措施

1.1 坡式護(hù)岸設(shè)計

1.1.1 總體布置方案

白楊河具有中小河流的典型特征，常用治理措施包括：丁壩、順壩兩種類型。

1)方案一采用順壩護(hù)岸布置型式。水庫下游左岸道路為主要保護(hù)對象，工程新建護(hù)岸樁號左岸樁號Z0+000-Z0+185、右岸樁號Y0+000-Y1+455段，共計新建護(hù)岸1820m。

2)方案二采用丁壩結(jié)合順壩布置型式。左岸丁壩布置起始樁號為Z0+000至末端樁號為Z0+185，右岸丁壩布置起始樁號為Y0+000至末端樁號為Y1+455，丁壩壩長15m，間距50m。

3)方案比選。

本次護(hù)岸工程坡度大、左岸樁號Z0+000-Z0+185、右岸樁號Y0+000-Y1+455段河床寬，下游河床窄，主流搖擺性大，造成嚴(yán)重的河岸沖刷和坍塌，改變了河道的自然形態(tài)，致使行洪通道縮窄，河床內(nèi)高低不平，極不順暢，河流水位及流向也發(fā)生變化，河床的變化又反過來影響水流狀態(tài)。因此，每年夏季洪水季節(jié)，河道主流游擺不定，對兩岸沖刷很嚴(yán)重，水土流失劇烈。

若采用以丁壩為主的堤防工程進(jìn)行防護(hù)，勢必造成河道主流的擺動，在壩頭形成大的沖刷坑，危急丁壩自身安全，影響兩岸岸坡的穩(wěn)定。采用順壩則可以穩(wěn)定河道主流，保持現(xiàn)有河道走勢，對近岸水流影響較小。

從工程量及投資方面比較，護(hù)坡式順壩方案也優(yōu)于丁壩方案。此次護(hù)岸工程總體布置方案選取方案一順壩護(hù)岸布置型式。

1.1.2 護(hù)岸設(shè)計比選

1)護(hù)岸斷面型式比選

對于本工程岸坡與河床高差不大的特性，一般岸坡順壩工程建設(shè)可采用護(hù)坡式結(jié)構(gòu)和墻式結(jié)構(gòu)兩種類型。

方案一：采用護(hù)坡式順壩進(jìn)行防護(hù)，設(shè)計堤頂寬度3.5m，上游邊坡1∶1.5，下游邊坡1∶1.5，護(hù)岸基礎(chǔ)埋深3.0m，上游邊坡采用15cm厚C20F200W6混凝土護(hù)坡；護(hù)坡式斷面相對占地面積較大，適用于地形相對開闊的區(qū)域。根據(jù)項目區(qū)地形和工程地質(zhì)條件及天然建筑材料的分布等特點。

方案二：采用墻式斷面，堤頂寬度左岸3.5m，后邊坡1∶1.5，墻頂砌體寬度0.5m，背坡為1∶0.35，墻體高1.8m，與墻體基礎(chǔ)埋深3.0m，墻式斷面具有占地面積少的有點，一般適用于用地緊張的區(qū)域。方案一在投資、運(yùn)行管理和日常維護(hù)、施工周期、施工技術(shù)難度等方面，均具有優(yōu)勢。綜合對比兩種斷面型式，本次設(shè)計推薦采用方案一護(hù)坡式順壩的工程橫斷面型式。

2)護(hù)坡襯砌材料的比選

新疆地區(qū)，常用護(hù)坡襯砌材料有3種：①混凝土網(wǎng)格內(nèi)干砌卵石護(hù)坡(方案1);②漿砌石護(hù)坡(方案2);③混凝土板護(hù)坡計算(方案3)。

通過方案比選，方案三在施工周期、施工技術(shù)難度、質(zhì)量等方面，均具有優(yōu)勢。綜合對比三種襯砌材料型式，本次設(shè)計推薦采用方案三混凝土板護(hù)坡襯砌。

表1 護(hù)岸上游護(hù)坡襯砌材料的比選

1.2 林草措施

1.2.1 灌溉工程設(shè)計

工程灌溉項目區(qū)共兩塊區(qū)域，即水庫壩后區(qū)和水庫管理站區(qū)，根據(jù)地形、位置及水源等因素綜合考慮劃分為2個灌溉系統(tǒng)區(qū)域，主要灌溉區(qū)域在水庫壩后區(qū)(為方便敘述定名為系統(tǒng)1)，灌溉面積為72.6畝；水庫管理站區(qū)(為方便敘述定名為系統(tǒng)2)灌溉面積為5.0畝，利用已建水池及首部，與原有管道相接，各系統(tǒng)統(tǒng)計見表2。

表2 灌溉系統(tǒng)劃分表

毛管布置：項目區(qū)土壤為中壤土，容重γ=1.45g/cm3，土壤濕潤比為25%，因為本次種植草坪及林木，灌溉面積共103.4畝，其中植草90.2畝，故采用微噴灌系統(tǒng)。噴灌系統(tǒng)的毛管鋪設(shè)間距依作樹種植模式而定，沿等高線方向鋪設(shè)，實際鋪設(shè)長度根據(jù)支管間距或地塊實際情況而定，但不得超過最大鋪設(shè)長度。以支管為中心雙向均勻鋪設(shè)，毛管選擇1.0MPaφ32PE管，每隔4m安裝一個地插式旋轉(zhuǎn)微噴頭，微噴頭額定流量50L/h，噴灑半徑2.5m。

PE支管布置：PE支管以垂直于等高線布置，單向布置，布置間距根據(jù)地塊長度等分，但≤60m，管道埋在凍土層以下，管溝挖深1.8m。

PE分干管布置：分干管垂直于支管、垂直于等高線布置，管道埋在凍土層以下，管溝挖深1.8m。

1.2.2 林草種植措施

(1)整地工程

整地時間在秋季植樹前進(jìn)行，在植樹種草前完成覆土和土地整治工作，覆土按規(guī)劃設(shè)計圖進(jìn)行，項目區(qū)土地均為一不規(guī)則帶狀區(qū)域，因水土保持林種植面積不大，根據(jù)地形和水源情況，并考慮節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用和方便管理，計劃采用兩個系統(tǒng)進(jìn)行供水，針對項目區(qū)土地的實際情況，對覆土后需要綠化區(qū)域進(jìn)行全面整地，植樹坑穴可采用穴狀整地，在土地整治過程中需剔除夾雜少量塊石。針對項目區(qū)土地的實際情況，本工程林草工程全部采用噴灌方式進(jìn)行灌溉。

(2)植草

1)植草區(qū)

植草前完成覆土(系統(tǒng)一灌溉區(qū)需要進(jìn)行表層土換填)及全面整地工作，種植密度根據(jù)草種、需要達(dá)到的草坪效果、立地條件及管理水平確定，本項目綠化區(qū)域要形成具有景觀效果的草坪，因此較大的播種密度，計劃播種量300kg/hm2，采用人工撒播方式，草種為高羊茅，播種期選擇氣溫在15℃至30℃進(jìn)行。為形成景觀效果，采用林草結(jié)合方式綠化，因此植草措施面積為4.84hm2。

2)混凝土網(wǎng)格種草區(qū)

該區(qū)域邊坡為土質(zhì)邊坡，無需進(jìn)行換土處理，在混凝土網(wǎng)格工程完成后，混凝土網(wǎng)格回填混凝土網(wǎng)格工程施工過程中挖除的土方，該區(qū)域采用人工撒播方式完成種植，草種為芨芨草，計劃播種量150kg/hm2，播種期選擇氣溫在15℃至30℃進(jìn)行，播種后人工拍壓使其易于成活，隨即進(jìn)行灌溉，使土壤與草籽接觸，以利于萌芽，成活前灌溉3-5次，由于該區(qū)域降雨相對豐富，基本可滿足芨芨草生長需水，因此成活后不再灌溉，仍其自然生長，該區(qū)域種草措施面積為0.63hm2。

1.3 封禁治理

根據(jù)項目區(qū)的實際情況，采取封禁的方法，減少放牧等人為因素造成林草破壞，充分利用生態(tài)的自我修復(fù)能力，促進(jìn)植被快速恢復(fù)。

為了全年封育的有效實施和有效管護(hù)，必須對劃定的項目區(qū)進(jìn)行圍欄封禁。劃定封育區(qū)周邊界線，在封育區(qū)的明顯地段立封育標(biāo)志碑、牌，制定封育管理制度，由流域管理機(jī)構(gòu)行文公告，禁止任何人擅自進(jìn)行生產(chǎn)性活動，加快林草恢復(fù)。

1)封育地點及范圍：結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，用圍欄將所規(guī)劃的封育和管護(hù)區(qū)域進(jìn)行封閉，只在工程的入口處留入口，遇到河道陡坎等難以逾越段可直接斷開，共計建設(shè)圍欄長24.32km，封育治理面積總計513.24hm2。

2)封育方法：主要方法為建設(shè)圍欄，將封育范圍內(nèi)的植被保護(hù)起來，防止項目區(qū)受到人為的破壞，禁止開墾和采伐，使退化植被得到一定的恢復(fù)，提高天然植被的保水保土能力，防止水土流失。

2 水土保持綜合效益分析

2.1 水土保持效益

該項目保水、保土效益，主要體現(xiàn)在護(hù)坡、護(hù)岸工程發(fā)揮作用減少沖蝕起到的保土效益；以及植物措施所產(chǎn)生的保水、保土效益。

1)保水效益計算公式如下：

Nx=Wn×W

(1)

式中：Nx為蓄水效益，m3；Wn為各項措施攔蓄水量，m3/hm2；W為措施面積，hm2。

2)攔泥保土效益計算公式如下：

N1=Sn×S

(2)

式中：N1為攔泥效益，t；Sn為各項措施攔泥量，t/hm2；S為措施面積，hm2。

根據(jù)各項治理措施工程量和保水、保土定額計算出該項目保水效益為2.09萬m3/a，保土效益為1.56萬t/a，詳見表3。

表3 水土保持效益表

2.2 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在增產(chǎn)、增收效益。

水保措施實施后，灌溉條件得到改善，保水、保土效果提高，水環(huán)境和土壤環(huán)境得到改善，依據(jù)項目區(qū)業(yè)主多年的水土保持經(jīng)驗和現(xiàn)有科研成果及調(diào)查結(jié)果，確定各項措施的增產(chǎn)定額：水保喬木林1200kg/hm2，根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰞r格，枝條按0.3元/kg計；經(jīng)果林12000kg/hm2，按當(dāng)?shù)厥袌鰞r格，果實按2.5元/kg計；得出該項目的總體經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)濟(jì)效益計算期為10a，前3a喬木林經(jīng)濟(jì)效益為0，故人工營造喬木林從第四年起計算效益，按現(xiàn)行市場價格的比例計算，項目區(qū)水土保持各項工程實施生效后，平均每年可增加經(jīng)濟(jì)收入0.24萬元，前10年經(jīng)濟(jì)收入總額為1.66萬元。具體詳見表4。

表4 直接經(jīng)濟(jì)效益表

2.3 生態(tài)效益

1)林草覆蓋度提高，小氣候改善

隨著水保措施實施，植被覆蓋率提高，可攔蓄雨水，減少了坡面徑流，提高空氣濕度、改善空氣質(zhì)量。

2)控制水土流失，改善土壤性質(zhì)

各項水土流失治理措施的實施，保水、保土能力將逐年增大，這將使項目區(qū)內(nèi)地表產(chǎn)流及徑流量減少，洪水含沙量有所降低，進(jìn)入河道和水庫的洪水泥沙顯著減少。同時，土壤沙化現(xiàn)象改善，有機(jī)質(zhì)含量增加，水土資源得到保護(hù)。

3)水土流失治理度提高

項目區(qū)現(xiàn)狀水土流失治理面積325.9hm2，治理度為28.0%，本項目實施后新增水土流失治理面積519.04hm2，水土流失治理度提高到72.6%，預(yù)計每年可減少土壤流失量1.56萬t，項目區(qū)內(nèi)水土流失得到基本治理。

4)林草覆蓋率提高

項目區(qū)內(nèi)林草覆蓋率平均在28%左右，本項目實施后新植水保林草5.8hm2，使整個項目區(qū)林草覆蓋率提高0.5%；通過圍欄封禁預(yù)計可使封禁區(qū)植被覆蓋度提高5%；項目實施完成后預(yù)計項目區(qū)林草覆蓋率提高到5.5%；林草覆蓋率有一定幅度的提高，使其成為該區(qū)域的一道綠色屏障，水土流失和危害減少，生態(tài)環(huán)境和景觀質(zhì)量得到一定程度的改善。

2.4 社會效益

1)減輕了項目區(qū)自然災(zāi)害

當(dāng)?shù)亓植葜脖坏母采w率提高，地表徑流和攜帶泥沙將得到有效的攔截，河水對河岸的沖刷破壞得到有效減免，水土流失將基本得到控制，項目區(qū)及其附近的揚(yáng)塵、干旱等自然災(zāi)害將得到一定程度的減少；徑流和泥沙被當(dāng)?shù)刂脖粩r截，使進(jìn)入溝道的水量及泥沙量減少，護(hù)岸工程的修建大大減輕水流沖刷河岸造成河岸跨塌破壞和泥沙對下游區(qū)的淤積破壞，保護(hù)渠首、渠道等等基礎(chǔ)設(shè)施安全，這將明顯減輕水土流失對項目區(qū)內(nèi)的設(shè)施和人民造成的危害，并使項目區(qū)及下游河灘兩岸土地和居民免受水土流失引發(fā)的自然災(zāi)害危害，減少淤積，減輕水土流失對土地的破壞。

2)促進(jìn)了當(dāng)?shù)厣鐣倪M(jìn)步和發(fā)展

封禁圍欄和植樹造林工程將使項目區(qū)的生態(tài)環(huán)境得到很大的改善，也將改善項目區(qū)的人居環(huán)境和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)條件，更為重要的是改善了水庫周邊及下游區(qū)的生態(tài)環(huán)境，增加了項目區(qū)的林草植被覆蓋率，給項目區(qū)及周邊居民創(chuàng)造了一個優(yōu)美的生活環(huán)境。

3 結(jié) 論

為了改善白楊河流域水土流失較為嚴(yán)重的現(xiàn)象，采用河道護(hù)坡、種植林草、封禁治理等措施綜合治理，可在一定程度上提高當(dāng)?shù)鼐用袷杖耄纳粕鷳B(tài)環(huán)境，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝己玫男蓍e娛樂場地，有助于當(dāng)?shù)厣鐣钠椒€(wěn)。綜合來看，采用水土保持措施后，水土保持、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會效益顯著。