韓家莊水庫小流域水土流失治理實踐

李峪劉堯

(1.青島青咨工程咨詢有限公司，山東 青島 266100；2.青島空間信息技術(shù)系統(tǒng)性應(yīng)用研究院，山東 青島 266000)

保護(hù)水資源、建設(shè)良好生態(tài)環(huán)境是青島市黃島區(qū)水土保持工作的奮斗目標(biāo)，是構(gòu)筑以水源保護(hù)為中心的三道防線，建設(shè)生態(tài)清潔型小流域的必然要求[1]。根據(jù)《青島市“十四五”水資源配置發(fā)展規(guī)劃》和《青島市水土保持規(guī)劃(2016—2030年)》確定的水土保持工作目標(biāo)，按照“山、水、田、林、湖、草、沙”綜合治理的原則[2]，以小流域為單元，開展韓家莊水庫小流域水土流失治理，有效減少了水庫淤積，保障了供水水質(zhì)。為給韓家莊水庫和類似庫區(qū)今后的水土流失治理提供借鑒和參考。

1 流域自然條件

1.1 流域概況

韓家莊水庫位于黃島區(qū)大村鎮(zhèn)韓家莊村北，壩址座落在大村鎮(zhèn)駐地以西3km的白馬河中游支流狹窄處。水庫為小(1)型水庫，總庫容800.82萬m3，興利庫容為524.69萬m3。大壩壩頂高程63.40m，興利水位60.10m，死水位51.0m，放水洞進(jìn)口底高程51.0m，出口底高程50.40m。工程等別為Ⅳ等，其主要建筑物大壩、溢洪道、放水洞為4級建筑物，洪水標(biāo)準(zhǔn)為五十年一遇洪水設(shè)計，三百年一遇洪水校核。韓家莊水庫小流域面積15.10km2，流域形狀呈長條形，平均寬3km，平均長4.2km。流域內(nèi)地形四周高，中心低，最高海拔265.8m，最低57.7m，相對高差208.1m。

1.2 氣候條件

韓家莊水庫地處溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，溫度適宜，光照充足，無霜期長，晝夜溫差明顯。年平均氣溫12.7℃，最高平均氣溫18.2℃，多年平均無霜期196d，多年平均年日照時數(shù)為2703h，大于8級大風(fēng)的日數(shù)多年平均為16次，多年平均干燥度為0.98℃，多年平均輻射量為127kcal·cm-2，多年平均濕度為70%。

韓家莊水庫小流域?qū)儆暝葱秃恿鳎樗耆杀┯晷纬?，因而多發(fā)于7月、8月。由于流域?qū)偕角饏^(qū)，坡陡流急，一般洪水洪峰滯時1～2h，洪水歷時一般20h左右，洪峰形狀為尖瘦狀。

1.3 地形地貌

韓家莊水庫小流域?qū)俚蜕角鹆陞^(qū)，流域內(nèi)山巒起伏，溝壑縱橫，地勢四周高，中心低，海拔多在50～300m，地面坡度多在10°～20°。根據(jù)地貌形態(tài)特征，流域分裸巖地、嶺地、平地3個地貌特征。流域總面積15.10km2，其中裸巖地面積0.43km2，占總面積的2.85%；嶺地面積11.85km2，占總面積的78.48%；平地面積2.82km2，占總面積的18.67%。

1.4 土壤與植被

韓家莊水庫小流域主要土壤類型主要為棕壤土類。山體和近山處以土層為主，偶有巖石出露，土層厚度小于5m。流域?qū)儆谂瘻貛駶櫬淙~闊葉林生物氣候區(qū)，植被類型多樣，植被資源豐富。坡麓地分布有板栗、桃、櫻桃等經(jīng)濟果樹；山坡分布有針葉林、闊葉林、灌叢、灌草叢等，針葉林包括黑松、楊樹等；闊葉林包括刺槐等；灌叢包括胡枝子灌叢、杜鵑灌叢、山茶灌叢、紫穗槐灌叢、荊條-酸棗-黃背草灌草叢等。目前，流域內(nèi)植被覆蓋率達(dá)到68.69%。

2 水土流失概況

2.1 水土流失現(xiàn)狀

韓家莊水庫小流域地處膠東半島西南部，是典型的沿海低山丘陵地區(qū)，土壤侵蝕強烈，地貌發(fā)育相當(dāng)活躍。侵蝕方式以水蝕為主，重力侵蝕次之，其他風(fēng)力侵蝕、凍融侵蝕相伴發(fā)生。在水力侵蝕中，主要以面蝕、點蝕為主，其次是溝蝕。面蝕、點蝕主要分布在流域內(nèi)的坡耕地、疏林地和全墾農(nóng)用地上；溝蝕主要分布在荒山荒丘、溝道、溝頭或土質(zhì)疏松的荒灘處。重力侵蝕多發(fā)生在失去植被的陡坡及公路、溝河兩側(cè)的懸崖處。

整個流域內(nèi)，除去居民、工礦等用地以外的土地面積為1424hm2。根據(jù)資源三號衛(wèi)星遙感影像解譯和模型計算結(jié)果，微度侵蝕面積1167hm2，占總面積81.96%；輕度侵蝕111hm2，占總面積7.76%；中度侵蝕79hm2，占總面積5.56%；強烈、極強烈和劇烈侵蝕67hm2，占總面積的4.72%。

針對現(xiàn)有的水土流失問題，從源頭控制人為水土流失和以自然恢復(fù)為主的治理思路，作為水土流失未來的防治方向，嚴(yán)格管制生產(chǎn)建設(shè)項目和活動，禁止過度采伐、無序采礦和開墾草地等行為，注重林草補植和生態(tài)修復(fù)，輔以綜合治理，構(gòu)筑生態(tài)屏障。

2.2 水土流失因素分析

根據(jù)該區(qū)的氣候條件和地形地貌，水土流失形式主要水力侵蝕，在地勢起伏變化較大區(qū)域有少量重力侵蝕。

2.2.1 降雨集中

降雨侵蝕力是水力侵蝕的主要動力，黃島區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有明顯的海洋特征。年際降水量變化明顯，年內(nèi)分配不均勻，降雨量大多集中在每年的7—9月；而汛期降水量又往往集中在幾次暴雨中，受臺風(fēng)影響，短時暴雨強度較大，在降雨及徑流的作用下，松散的土層被侵蝕、切割，發(fā)育成淺溝、沖溝等，徑流攜帶泥沙蔓延沖積。

2.2.2 地形變化大

項目區(qū)地勢起伏較大，地形標(biāo)高在57.7～265.8m，流域內(nèi)峰巒突出，溝壑縱橫，局部巖石裸露，造成了極易侵蝕的地形條件，施工過程中挖土、填筑等加劇了水土流失，因此地形因素是造成水土流失的主要原因。水庫北岸線是山嶺地，由于多年的開荒，樹木植被稀少，區(qū)域內(nèi)小塊狀耕地繁多，地表破碎，溝壑縱橫，坡面較陡。

2.2.3 人為因素

施工過程中的棄土、棄渣，生產(chǎn)過程中的廢料、垃圾等破壞了環(huán)境，直接造成了水土流失。特別是近些年來，水庫沒有達(dá)到興利水位，周邊居民滾邊賴界，亂挖亂填現(xiàn)象嚴(yán)重，影響了水庫效益的發(fā)揮。

2.3 水土流失危害

流域內(nèi)存在較為嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象，這不僅制約著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)、經(jīng)濟的發(fā)展，也影響到下游河道行洪的安全。主要表現(xiàn)：地力減退，水土流失使表層土壤流失，造成部分土地資源被損毀，土地生產(chǎn)力下降；危害水利設(shè)施，縮短了工程使用壽命，造成河道淤積，影響河道行洪安全；溝谷徑流的泥沙含量的增加，加快了塘堰、攔砂壩和水庫的淤積。

由于多年以來雨水的沖刷，流域內(nèi)的水流攜帶大量泥砂和有機物質(zhì)沖入水庫內(nèi)，造成庫區(qū)內(nèi)淤積嚴(yán)重，總庫容量急劇減少。在枯水期，岸邊大片淤積庫底裸露在外，雜草叢生，變成沼澤地，存在很大安全隱患。

3 水土保持治理措施

根據(jù)《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》(GB/T 16453-2008)的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合韓家莊水庫小流域的實際情況，采取“整建梯田、筑壩攔砂、育林種草”總體布局，對小流域各區(qū)域因地制宜、因害設(shè)防布設(shè)防治措施，對緩坡地區(qū)水土流失問題通過增加坡改梯工程加以解決，對韓家莊水庫庫區(qū)淤積通過修建攔砂壩的方式解決，對陡坡地區(qū)水土流失問題通過種植水保林和林草補植加以解決，達(dá)到有水能蓄、層次鮮明、人水和諧的小流域綜合治理體系。

3.1 梯田工程

田塊布設(shè)需順山坡地形，大彎就勢，小彎取直。對少數(shù)地形有波狀起伏的，應(yīng)順總的地勢呈扇形，區(qū)內(nèi)梯田埂線亦隨之略有弧度，不要求一律成直線。在流域內(nèi)山腳緩坡地帶，通過新筑土坎水平梯田進(jìn)行經(jīng)濟作物種植。

3.1.1 田坎

梯田田坎采用土質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)，邊坡外鋪設(shè)草皮綠化。梯田田梗寬度0.5m，田梗高度0.3m，外坡1∶1，內(nèi)坡1∶1。田坎坡比1∶1，田坎高度H=1m，田坎高出田面0.3m(含田梗)，代入數(shù)值計算確定田面凈寬10.12m，取B=10.00m，實際田面凈寬根據(jù)現(xiàn)場地形情況可做適當(dāng)調(diào)整。

3.1.2 排水溝

梯田排水溝采用梯形土質(zhì)邊坡斷面，表面鋪設(shè)草皮護(hù)坡，底寬0.4m，深0.3m，設(shè)計斷面積A=0.21m2，帶入數(shù)值計算Q=0.075m3·s-1，可以滿足設(shè)計頻率最大徑流量Qm=0.058m3·s-1。排水溝按0.1%m/m的縱比降布設(shè)，溝內(nèi)積水通過現(xiàn)狀山洪溝排出。

3.2 攔砂壩工程

3.2.1 攔砂壩

攔砂壩采用M15漿砌石重力壩形式，壩長分別長8.5m、10.5m、6m。攔砂壩1、3壩頂寬0.4m，壩高1m，采用折線型實用堰溢流，基礎(chǔ)采用M15漿砌石結(jié)構(gòu)，深0.8m；攔砂壩2壩頂寬4m，壩高1.5m，采用寬頂堰溢流，基礎(chǔ)采用M15漿砌石結(jié)構(gòu)，深1.0m，并于大壩中間設(shè)5根DN300自應(yīng)力砼輸水管，間隔為1m，壩上下游側(cè)每隔3m設(shè)1座警示樁，警示樁高0.8m。上游垂直，下游壩坡坡比1∶1。

3.2.2 消力池

根據(jù)構(gòu)造要求和工程地質(zhì)現(xiàn)狀，取攔砂壩壩體下游消力池護(hù)坦厚度0.4m。消力池長度取7m，池深取0.5m，設(shè)3排Φ50PVC排水管。消力池采用M15漿砌石結(jié)構(gòu)，排水管橫向間距2m，縱向間距1m，呈梅花狀布置，采用級配碎石墊層反濾，消力池后接拋石防沖槽。

3.2.3 護(hù)岸

攔砂壩1上下游共新建兩岸擋墻13.6m。擋墻采用M15漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，墻高2.3m，頂寬0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；擋墻基礎(chǔ)深0.8m，擋墻每隔10m設(shè)1道伸縮縫，縫寬20mm，縫內(nèi)填閉孔泡沫板；墻后設(shè)單層Φ50PVC排水管，采用碎石料反濾，縱向間距1.5m，橫向間距3m，呈梅花型錯開布置。攔砂壩2上下游共新建兩岸擋墻護(hù)岸17.8m。擋墻采用M15漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，鋪蓋范圍內(nèi)擋墻墻高1.5m，壩體及消力池范圍內(nèi)擋墻墻高2m，頂寬0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；擋墻基礎(chǔ)深0.8m，擋墻每隔10m設(shè)1道伸縮縫，縫寬20mm，縫內(nèi)填閉孔泡沫板；墻后設(shè)單層Φ50PVC排水管，采用碎石料反濾，橫向間距3m。擋墻兩側(cè)一定范圍內(nèi)設(shè)C30素混凝土路面與兩側(cè)泥結(jié)碎石路面搭接。攔砂壩3上下游共新建兩岸擋墻13.6m。擋墻采用M15漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，墻高3.0m，頂寬0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；擋墻基礎(chǔ)深0.8m，擋墻每隔10m設(shè)1道伸縮縫，縫寬20mm，縫內(nèi)填閉孔泡沫板；墻后設(shè)雙層Φ50PVC排水管，采用碎石料反濾，縱向間距1.5m，橫向間距3m，呈梅花型錯開布置。

3.3 經(jīng)果林

根據(jù)小流域的自然氣候類型和適宜立地條件類型，選用優(yōu)良品種種植經(jīng)濟林果，種植面積共29.13hm2，其中，桃樹種植面積5hm2；車?yán)遄臃N植面積3.33hm2；獼猴桃種植面積6.67hm2；葡萄種植面積2.13hm2；杜仲樹種植面積9.33hm2；林下牡丹種植面積12hm2(含杜仲樹下9.33hm2)。

3.4 水保林

韓家莊水庫小流域水土流失治理水保林區(qū)域采用雪松和白皮松純林種植，共18hm2。其中，種植胸徑1.5cm的雪松10hm2；種植胸徑1.5cm的白皮松8hm2，根據(jù)項目區(qū)不同位置的實際情況按上述原則合理種植。對韓家莊水庫周邊農(nóng)田增加“減肥、減藥”措施，逐步實現(xiàn)“退耕”，然后逐步實現(xiàn)以水保林替代農(nóng)田，保障水庫水質(zhì)。

3.5 林草補植

流域內(nèi)對15°以上現(xiàn)狀植被進(jìn)行林草補植。根據(jù)國家和地方政府的有關(guān)規(guī)定，制定村規(guī)民約，并行文公告，做到家喻戶曉，人人自覺遵守，禁止人畜破壞，確保林草補植區(qū)域內(nèi)植被能迅速得到恢復(fù)。其中，雪松補植前造林密度為3株·667m-2，補植后造林密度達(dá)到78株·667m-2，共補植2hm2；歐洲紅櫟補植前造林密度為65株·667m-2，補植后造林密度達(dá)到124株·667m-2，共補植11.33hm2；側(cè)柏樹補植前造林密度為9株·667m-2，補植后造林密度達(dá)到22株·667m-2，共補植3hm2；播撒草籽區(qū)域播撒前基本為荒地，零星有小部分植被，本次共播撒草籽1.0460hm2。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

韓家莊水庫小流域水土流失治理可以有效攔截泥砂，減少水土流失，減少水庫淤積，涵養(yǎng)當(dāng)?shù)厮?，為調(diào)整當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。盤活大片林地固定資產(chǎn)，向山地要產(chǎn)生，向林業(yè)要收入，積極發(fā)展林上、林間、林下經(jīng)濟，將林場產(chǎn)業(yè)效益最大化，同時開展生態(tài)旅游、采摘、休閑度假、文化、靜修等項目，帶動周邊一系列配套服務(wù)業(yè)的發(fā)展，招商引資，促進(jìn)就業(yè)，經(jīng)濟增長，提高稅收等，經(jīng)濟效益顯著。

4.2 社會效益

流域內(nèi)主要支溝進(jìn)行水土保持綜合體系防治，保障了下游水庫和周邊居民的安全，對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展具有積極意義[3]。通過韓家莊水庫小流域水土流失治理，優(yōu)化調(diào)整了流域內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)和農(nóng)村生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，使人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展走向良性循環(huán)，增加了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。逐步完善流域內(nèi)各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，攔砂壩、溝道護(hù)岸、梯田、植物措施等可以產(chǎn)生良好的減沙、防洪效益，涵養(yǎng)當(dāng)?shù)厮?，保護(hù)下游水庫和村莊安全。

4.3 生態(tài)效益

小流域治理措施的合理布設(shè)，構(gòu)建了有效的綜合防治體系，水土資源得到合理利用，蓄水保土能力增強，水土流失得到基本控制[4]。治理后森林面積的增加和小流域治理工程的有效攔蓄作用，改善了區(qū)域水源條件，同時隨著林木郁閉度和林草覆蓋率逐步提高，森林蒸騰作用的發(fā)揮，區(qū)域小氣候?qū)⒌玫街鸩礁纳疲龠M(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性運轉(zhuǎn)和生物多樣性的發(fā)展。水源區(qū)水質(zhì)將得到明顯改善。