汾河水庫(kù)上游水土保持治理措施減沙效益分析

蘭躍東

(山西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中心)

汾河水庫(kù)作為山西省會(huì)太原的防洪屏障和重要水源地，為減輕汾河下游防洪負(fù)擔(dān)和為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水做出了巨大貢獻(xiàn)。但由于上游地區(qū)水土流失嚴(yán)重，治理程度低，致使水庫(kù)泥沙淤積嚴(yán)重，影響到水庫(kù)正常運(yùn)行和供水安全。為此，從1988年起，歷經(jīng)20 a，在汾河水庫(kù)上游開展了大規(guī)模的水土保持生態(tài)建設(shè)，形成了較為完善的水土流失綜合防治體系，有效地減少了入庫(kù)泥沙。本文以汾河水庫(kù)上游1988－2007年間水土保持治理措施與汾河水庫(kù)泥沙淤積量之間的關(guān)系為切入點(diǎn)，分析水土保持治理措施的減沙效益。

1 流域概況

汾河是黃河的第二大支流，發(fā)源于寧武縣管涔山，縱貫山西大半個(gè)省域，于禹門口下游的萬榮縣廟前村匯入黃河，干流長(zhǎng)709.9 km，流域總面積3.94萬km2。汾河水庫(kù)上游系發(fā)源地至水庫(kù)壩址范圍，河道長(zhǎng)122 km，涉及寧武、靜樂、嵐縣和婁煩4縣，流域面積5 268 km2，占4縣總面積的78.6%。其中水土流失面積3 046.3 km2，占流域總面積的57.8%。河道縱坡為4.5‰，河網(wǎng)密度為0.3 km/km2。水庫(kù)上游設(shè)有岔上、靜樂和上靜游3個(gè)水文站。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，1962－1987年的26 a間，年均降水量為429.9 mm，其中汛期降水量占全年的73.7%。多年年均來水量3.68億 m3，汛期來水量占全年的57.8%。多年平均蒸發(fā)量2 008 mm，為多年平均降水量的4.6倍。多年平均來沙量1 563萬t，汛期來沙量占全年的96%。地貌主要分為3大類型區(qū)，其中，黃土丘陵溝壑區(qū)1 870 km2，占流域總面積35.5%，年土壤侵蝕模數(shù)6 710 t/km2，年均侵蝕量1 255萬t，占流域年侵蝕總量的80.3%，是最為主要的集中產(chǎn)沙區(qū)。

1961年汾河水庫(kù)建成投入運(yùn)行后，沒有加快上游的水土流失治理力度，導(dǎo)致治理速度緩慢。截至1987年底，累計(jì)治理水土流失面積238.44 km2，其中梯田2 745 hm2，壩地 245 hm2，造林 19 200 hm2，經(jīng)果林633 hm2，種草1 021 hm2，新建淤地壩22座，治理度僅為7%。上游來沙量的96%都淤積在庫(kù)內(nèi)，至1987年底水庫(kù)已淤積泥沙3.13億m3，占總庫(kù)容7.21億m3的43.4%，占設(shè)計(jì)淤積庫(kù)容3.45億m3的90.6%，且水庫(kù)尾部翹高已侵占興利庫(kù)容0.63億m3，嚴(yán)重影響了防洪安全和供水效益。

2 水土保持治理成效

從1988年開始，汾河水庫(kù)上游4縣開始大規(guī)模水土保持治理。至2007年底，新增水土流失治理面積 1 738 km2，其中梯田30 422 hm2，灘地7 197 hm2，喬木林 63 926 hm2，灌木林 49 143 hm2，經(jīng)濟(jì)林8 998 hm2，種草 6 093 hm2，封禁治理 8 032 hm2;新建淤地壩187座，其中骨干壩96座，中型壩11座，小型壩80座，可淤地1 075.7 hm2。新增治理度57.05%。

3 降雨及徑流情況

汾河水庫(kù)上游建有上靜游、靜樂和岔上3個(gè)水文站，控制面積 3 970.7 km2，占流域總面積的75.4%，分布范圍廣，且分別位于流域內(nèi)的三個(gè)類型區(qū)，觀測(cè)資料基本上可以反映流域內(nèi)的水文情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1991－2010年，年均降水量442 mm，其中汛期降雨量326 mm，占年降水量的73.9%。年均入庫(kù)水量2.638億m3，其中1995年為豐水年，年來水量為6.15億m3，為年均入庫(kù)水量的233%;2001年是枯水年，年來水量為1.058億m3，僅占年均入庫(kù)水量的40.1%;1994年是平水年，年來水量為2.59億m3，與年均入庫(kù)水量基本持平。

4 水庫(kù)泥沙淤積情況

汾河水庫(kù)建成以后，當(dāng)年開始水庫(kù)淤積測(cè)量，每年汛末測(cè)量一次。至2010年底，累計(jì)淤積3.785 9億m3，占總庫(kù)容7.21億m3的52.5%，年均淤積量773萬m3。1962－1990年，汾河水庫(kù)累計(jì)淤積量3.309 3億m3，年均淤積量1 141萬m3。按照水土保持林草措施種植3 a后才能正常發(fā)揮攔沙效益考慮，1988年汾河水庫(kù)上游開始進(jìn)行水土保持治理，連續(xù)治理20 a，1991－2010年水庫(kù)累計(jì)淤積量0.476 6億m3，年均淤積量?jī)H238萬m3，占治理前年均淤積量的1/5。水土保持治理措施攔沙效果非常明顯。治汾期間各年度水庫(kù)淤積量見表1。

表1 治汾期間水庫(kù)淤積量統(tǒng)計(jì)表 單位:萬t

5 水土保持措施減沙效益計(jì)算

水土保持減沙效益計(jì)算，目前主要采用水文法和水保法，本文采用水保法。水保法是根據(jù)水土保持科研所站單項(xiàng)措施減水減沙效益的觀測(cè)資料，逐項(xiàng)計(jì)算水土保持措施的減沙效益。按省水保所多年觀測(cè)的攔蓄指標(biāo)，對(duì)汾河上游20 a來的各項(xiàng)治理措施逐年逐項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。淤地壩、梯田按當(dāng)年發(fā)揮攔蓄作用計(jì)算，植物措施雖然整地工程可以攔蓄徑流，但同時(shí)考慮到修建時(shí)易造成新的水土流失，且植物幼苗對(duì)減沙作用不大等因素，按3 a后發(fā)揮效益進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也考慮到植物工程保存率、淤地壩涵臥管排沙量和省水保所實(shí)驗(yàn)觀測(cè)場(chǎng)地與大范圍治理的差異性等，對(duì)計(jì)算采用的攔蓄指標(biāo)進(jìn)行了適當(dāng)修正。據(jù)計(jì)算，20 a間汾河水庫(kù)上游水土保持措施新增攔沙量20 540萬t，年均1 027萬t，占治理前汾河水庫(kù)年均淤積量的63.2%。各項(xiàng)措施減沙量見表2。

表2 治汾期間年減沙效益計(jì)算表 單位:萬t

6 減沙效益分析

依據(jù)省水保所觀測(cè)的攔蓄指標(biāo)和淤地壩有效攔泥庫(kù)容，通過理論分析計(jì)算，汾河上游水土保持?jǐn)r蓄效益中，淤地壩、梯田、喬木林、經(jīng)濟(jì)林、灌木林和其他工程分別占到34%、15.7%、26.5%、16.7%、3.5%和3.6%。淤地壩攔蓄泥沙作用較大，占到1/3強(qiáng)，基本能把壩控范圍內(nèi)的泥沙全部攔蓄。

從上述可以看出，隨著治理時(shí)間延長(zhǎng)和治理面積擴(kuò)大，水保治理措施攔蓄效益明顯。1988年水庫(kù)年淤積量1 876萬t，2010年減少到206萬t，中間雖有起伏，但總的趨勢(shì)是逐年下降。年降水量偏大時(shí)，水土流失嚴(yán)重，水庫(kù)淤積量也隨之增大。如1988－1997年治汾期間的1988、1994、1995和1996年，降水量是多年平均降水量的1.42、1.12、1.1和1.12倍，水庫(kù)實(shí)際淤積量是同期理論計(jì)算輸沙量的117%、107%、158%和319%;1998－2007年治汾期間的2002、2003、2007和2008年，降水量是多年平均降水量的1.12、1.18、1.46和1.13倍，水庫(kù)實(shí)際淤積量是同期理論計(jì)算輸沙量的51%、52%、53%和38%;降水量大的年份，水庫(kù)淤積量均比其他年份淤積量大的多;但相同的年降水量，治汾后10 a要比前10 a水庫(kù)淤積量平均減少50%。

盡管汾河水庫(kù)上游水土流失得到了一定治理，減少了入庫(kù)泥沙，但水土流失仍較嚴(yán)重，仍需進(jìn)一步加大治理力度。