初探小流域治理工程對(duì)水體硬度的影響

王建軍，張曉斌，董燕飛

（1.運(yùn)城市水務(wù)局，山西運(yùn)城 044000；2.運(yùn)城學(xué)院，山西運(yùn)城 044006；3.山西省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)中心，山西太原 030025）

0 引言

小流域是指以分水嶺和出口斷面為界形成的面積比較小的閉合集水區(qū)，流域面積一般不超過(guò)50 km2。每個(gè)小流域既是一個(gè)獨(dú)立的自然集水單元，又是一個(gè)發(fā)展農(nóng)、林、牧生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)單元，通常分布在大江大河的上游。往往一個(gè)小流域就是一個(gè)水土流失單元，水土流失的發(fā)生、發(fā)展全過(guò)程都在小流域內(nèi)產(chǎn)生并具有一定的規(guī)律性。我省是小流域水土流失情況比較嚴(yán)重的省份，成因既和我省的地質(zhì)地理特點(diǎn)密切相關(guān)，也是我省多年來(lái)的重礦業(yè)輕農(nóng)林業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式所導(dǎo)致的后果。嚴(yán)重的水土流失也是造成老區(qū)貧困落后和制約老區(qū)加快發(fā)展的一個(gè)重要因素。實(shí)踐證明，小流域綜合治理是改善老區(qū)生產(chǎn)生活條件的一項(xiàng)根本性措施。

小流域的水土保持措施一般分為兩類：工程措施和生物措施。工程措施，主要是以保持土體穩(wěn)定和截排水的建筑工程防護(hù)措施，如擋墻、攔砂壩、護(hù)坡、截水溝、沉砂池、水窖等；生物措施，主要是指采用林草植被措施進(jìn)行綠化，減少地表土壤侵蝕的一種防護(hù)措施。然而不論是工程措施還是生物措施都無(wú)法使被治理的小流域完全還原至其水土流失之前的地質(zhì)水文狀態(tài)，更無(wú)法改變因?yàn)樗亮魇Щ蚴遣傻V沉降所造成的地下、地表水體硬度增高的現(xiàn)實(shí)。WHO的調(diào)查指出：人類80%的疾病與水有關(guān)。長(zhǎng)期飲用高硬度的水，會(huì)引起心血管、神經(jīng)、泌尿、造血等系統(tǒng)的病變。

1 材料和方法

1.1 治理區(qū)水土流失防治現(xiàn)狀

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，窯子上小流域已經(jīng)被治理的面積有492.8 hm2，其中修建基本農(nóng)田17.41 hm2，營(yíng)造水保林475.35 hm2，治理程度為41.71%。趙家?guī)X小流域?qū)崿F(xiàn)水保治理面積為159.91 hm2，其中營(yíng)造水保林106.44 hm2，建設(shè)灌木林53.47 hm2，樹(shù)種大多為鄉(xiāng)土樹(shù)種側(cè)柏、刺槐和酸棗，治理度為16.96%。風(fēng)峪溝前兩年實(shí)施的生態(tài)環(huán)境綜合治理工程和退耕還林工程對(duì)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行了小面積的、分散的水土流失治理，但這些措施從數(shù)量、質(zhì)量和綜合配套上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，因此效益還不十分明顯。

治理存在的主要問(wèn)題：一是治理水土流失的投入渠道較為單一，國(guó)家補(bǔ)助、群眾投勞仍為主要的投入方式；二是水土保持的科技含量不高，水土保持規(guī)劃和水土流失治理手段以傳統(tǒng)方式為主，新產(chǎn)品的引進(jìn)和新技術(shù)的推廣很少；三是后期管護(hù)工作沒(méi)有跟上，管理機(jī)制不夠健全，管理資金不夠落實(shí)，管理技術(shù)不夠到位。

1.2 治理區(qū)土層理化性質(zhì)調(diào)查

1.2.1 耕地土壤。該土壤土層特點(diǎn)疏松黏軟，土壤以褐色為主，有機(jī)物含量少，土壤顆粒大，孔隙度較大，土壤肥力不高。為砂質(zhì)壤土，粒狀結(jié)構(gòu)，土壤養(yǎng)分貧乏。強(qiáng)石灰反應(yīng)。質(zhì)地以壤土為主，是土壤熟化與土壤水土流失共同作用的產(chǎn)物。土壤腐植質(zhì)層貧乏。除耕作層外，剖面發(fā)育分化很不明顯（詳見(jiàn)表1）。

表1 耕地土壤剖面理化性質(zhì)表

1.2.2 林地土壤。研究區(qū)林地多為人工喬木林地，主要樹(shù)種有側(cè)柏、刺槐等；林下有蒿類、荊條、白羊草、堿草等，形成了多層次的立體植被系統(tǒng)，郁閉度為0.3，對(duì)防風(fēng)固土、改善生態(tài)環(huán)境起到了巨大的作用（詳見(jiàn)表2）。

表2 林地土壤剖面理化性質(zhì)

1.2.3 草地土壤。研究區(qū)草地分布于海拔相對(duì)較高地區(qū)，地形為山坡地，褐土，黃土母質(zhì)，輕度－重度水蝕。草類主要有苔草、白羊草、鐵桿蒿、桔梗等。土壤腐植質(zhì)層貧乏。土壤為粉砂質(zhì)輕壤土，質(zhì)地較均一，碎屑或屑粒狀結(jié)構(gòu)。土體干燥，土壤養(yǎng)分貧乏（詳見(jiàn)表3）。

表3 草地土壤剖面理化性質(zhì)

1.3 水體硬度分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次檢測(cè)主要調(diào)查大氣降水經(jīng)過(guò)治理區(qū)三種土層類型后各水體硬度的變化趨勢(shì)。采樣方法采用小區(qū)徑流觀測(cè)，我們選取了檢測(cè)區(qū)9個(gè)徑流觀測(cè)小區(qū)，通過(guò)小區(qū)分（集）流桶水位，計(jì)算次降雨徑流量，再匯總統(tǒng)計(jì)年降雨徑流總量；水體采樣時(shí)，將分（集）流桶渾水匯合充分?jǐn)噭蚝箪o置24h后取表層水樣，將所采樣品統(tǒng)一進(jìn)行編號(hào)、測(cè)試，每個(gè)治理區(qū)各帶3個(gè)背景水體對(duì)照樣本。檢測(cè)方法中水樣的硬度測(cè)定采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法 乙二胺四乙酸二鈉滴定法測(cè)定硬度DZ/T 0064.15-1993》，pH的測(cè)定采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法 玻璃電極法測(cè)定pH值DZ/T 0064.5-1993》。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)區(qū)年平均降水量為440.4 mm，產(chǎn)流、產(chǎn)沙主要在6、7、8、9月份。1號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流1次，徑流深為3 mm，徑流系數(shù)為0.09，年徑流量為0.26 m3；2號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流9次，徑流深為33 mm，徑流系數(shù)為0.07，年徑流量為3.27 m3；3號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流12次，徑流深為54 mm，徑流系數(shù)為0.12，年徑流量為5.38 m3；4號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流14次，徑流深為46 mm，徑流系數(shù)為0.10，年徑流量為4.56 m3；5號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流13次，徑流深為78 mm，徑流系數(shù)為0.18，年徑流量為7.76 m3；6號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流13次，徑流深為72 mm，徑流系數(shù)為0.16，年徑流量為7.17 m3；7號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流13次，徑流深為68 mm，徑流系數(shù)為0.15，年徑流量為6.78 m3；8號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流14次，徑流深為75 mm，徑流系數(shù)為0.17，年徑流量為7.45 m3；9號(hào)徑流小區(qū)產(chǎn)流14次，徑流深為73 mm，徑流系數(shù)為0.17，年徑流量為7.26 m3。

表4 耕地區(qū)水體質(zhì)量

表5 保水林區(qū)水體質(zhì)量

表6 灌木綠化區(qū)水體質(zhì)量

2.2 調(diào)查分析

1號(hào)小區(qū)種植的是7年樹(shù)齡的側(cè)柏，樹(shù)冠大，植被較好，配有魚鱗坑工程措施，保水保土效果明顯，所以產(chǎn)流較小；2號(hào)小區(qū)種植連翹、野丁香等灌木林，植被密度較大，為2016年種植，配有水平階工程措施，故產(chǎn)流較??；3號(hào)小區(qū)種植西瓜，4號(hào)小區(qū)種植谷子，5號(hào)小區(qū)種植玉米，6號(hào)小區(qū)種植豆子，7號(hào)小區(qū)種植土豆，雖然2016年雨水較多，但多為暴雨，農(nóng)作物苗木幼小，成活率不高，導(dǎo)致土地易被沖刷，再加上通過(guò)人工管理耕種、鋤等活動(dòng)的人為擾動(dòng)，固水土流失量增強(qiáng)；8號(hào)小區(qū)為人工種草，于2016年4月24日播種人工草，播種方式為人工整地后撒播，由于2016年春季干旱，土壤含水率較低，造成了出苗率只有20%，從而影響了人工草地的正常觀測(cè)，均為裸露地表，徑流含沙量較高；9號(hào)小區(qū)為撂荒，由于2014年小區(qū)建成后對(duì)地表沒(méi)有進(jìn)行過(guò)任何擾動(dòng)，天然植被恢復(fù)較快，荒草生長(zhǎng)較強(qiáng)，植被蓋度為67%，并且地表土質(zhì)結(jié)構(gòu)形成較快，連接好，故水土流失輕微。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)調(diào)查區(qū)一年內(nèi)各匯水期穿透水，樹(shù)干莖流，地表徑流和土壤水的水質(zhì)進(jìn)行了定量研究，比較了三種土層類型內(nèi)水分傳輸各層次的水質(zhì)特征及變化機(jī)理，并同小流域集水區(qū)的水質(zhì)狀況進(jìn)行了綜合比對(duì)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明大氣降水經(jīng)過(guò)三種土層類型后各水體硬度都呈增加趨勢(shì)。

建議盡快加強(qiáng)小流域治理后水體監(jiān)測(cè)的規(guī)范化、科學(xué)化建設(shè)；上級(jí)有關(guān)部門應(yīng)加大基層技術(shù)培訓(xùn)的力度，特別是對(duì)基層觀測(cè)人員的培訓(xùn)；推進(jìn)水土保持監(jiān)測(cè)手段的自動(dòng)化、信息化和現(xiàn)代化建設(shè)。