不同歷史時(shí)期坡面措施減沙效果綜合評價(jià)研究

馬三保 王 婷 丁加林

(黃河水利委員會(huì)綏德水土保持科學(xué)試驗(yàn)站)

黃河中游多沙粗沙區(qū)面積7.86萬km2，占黃河流域總面積的11%，而多年平均輸沙量卻占全流域輸沙量的62.8%，其中粗泥沙量占72.5%。該區(qū)域是黃河流域水土流失最為嚴(yán)重的區(qū)域，是黃河下游主河道淤積泥沙的主要來源區(qū)，20世紀(jì)80年代以來，一直受到國家相關(guān)部門和當(dāng)?shù)卣母叨汝P(guān)注。結(jié)合泥沙來源和區(qū)域地形地貌特點(diǎn)，多沙粗沙區(qū)地形大致可以劃分為梁峁坡和溝谷兩大類型，其坡、溝所占面積比例為6∶4，坡的面積大，所以坡面水土流失治理在該區(qū)域具有重要的作用。根據(jù)多年治理實(shí)踐，坡面水土保持治理總體上包括人工修筑梯田、栽植喬灌木林和種草三大類型措施。但針對某條流域，其各類措施配置的數(shù)量及其最佳比例應(yīng)該如何進(jìn)行評價(jià)，本文借助多沙粗沙區(qū)4條流域的長期治理實(shí)踐和觀測資料，采取綜合評分指標(biāo)體系進(jìn)行分析，以探討多沙粗沙區(qū)坡面措施的有效配置模式。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于黃河中游多沙粗沙區(qū)腹地?zé)o定河流域的韭園溝、王峁溝、辛店溝和裴家峁溝4條流域，流域面積分別為 70.1 km2、5.97 km2、1.77 km2和39.3 km2。除裴家峁溝為非治理溝流域外，其他3條流域均為黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)水土保持綜合治理的典型代表流域。從1953年開始治理實(shí)踐，近60 a來經(jīng)過了峁坡林草、梯田到溝道淤地壩工程等單項(xiàng)措施到綜合治理的循序漸進(jìn)過程，使小流域的水土流失在不同歷史時(shí)期得到不同程度的挾制。通過坡面措施將坡地改造為梯田和種樹、種草等方式，在一定程度上減少了流域坡面的侵蝕源，從而改變產(chǎn)流、侵蝕和產(chǎn)沙過程。本項(xiàng)研究將根據(jù)4條流域在50年代初治理期、80年代初治理顯著提高期和2010年措施完善期三個(gè)歷史時(shí)期，通過分析探討綜合治程度來綜合評價(jià)小流域的減沙效果。

2 4條小流域不同歷史時(shí)期坡面措施布局

2.1 小流域坡面治理前期水土流失情況

4條流域均為黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)進(jìn)行長期水土流失觀測的典型小流域，距離綏德縣城5－10 km。流域地形地貌基本相同，自分水嶺到溝底可分為梁峁坡、溝谷坡和溝底三部分，梁峁坡占總土地面積的50% －54%，溝谷坡占42% －45%，溝谷底占1% －8%。溝壑密度5－6 km/km2。梁峁坡位于峁邊線以上，坡面較完整，以面蝕和細(xì)溝侵蝕為主。梁峁頂部較平坦，寬度一般5－30 m，一般坡度在15°以下，侵蝕較輕。梁峁坡斜長50－150 m左右，坡度15°－30°，一般上部坡度較陡，侵蝕較重，靠近峁邊線部分坡度較緩，有淤有沖，整個(gè)坡面暴雨后沖成無數(shù)細(xì)溝和淺溝，甚至形成切溝。峁邊線以下急轉(zhuǎn)為陡坡，有明顯的波折，暴雨徑流趁此地形加大侵蝕，坡度多在25°以上，構(gòu)成溝谷坡，是沖溝、崩塌、滑塌及多種重力侵蝕最活躍的地方，坡面非常破碎。根據(jù)當(dāng)時(shí)小區(qū)觀測數(shù)據(jù)，土壤侵蝕模數(shù):峁坡15 000－19 000 t/km2，溝坡28 000－30 000 t/km2。4條流域1953年坡面措施詳見表1。

表1 1953年4條流域坡面治理措施情況表

2.2 研究區(qū)20世紀(jì)80年代坡面措施布局情況

4條流域，除裴家峁流域從1953－1981年期間未開展規(guī)模性小流域綜合治理措施外，其他3條流域都進(jìn)行了綜合規(guī)劃和有效的坡面措施配置，從峁頂?shù)綔掀戮_展了梯林草防線式治理模式，坡面水土流失本期基本得到有效防治。具體各流域措施配置情況詳見表2。

表2 1981年4條流域坡面治理措施情況表

2.3 研究區(qū)2010年坡面措施布局情況

20世紀(jì)80年代以后，各治理小流域的水土流失得到有效控制，水土保持效果顯著提高。為此，水土保持實(shí)踐和理論得到進(jìn)一步發(fā)展，各類措施配置從80年代之前注重經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上兼顧生態(tài)效益，小流域治理由經(jīng)濟(jì)型轉(zhuǎn)向生態(tài)環(huán)境建設(shè)類型，坡面治理在完善措施配置的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高措施的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)加強(qiáng)了溝道泥沙攔截工程。2010年各流域坡面措施治理情況詳見表3。

表3 2010年4條流域坡面治理措施情況表

3 小流域不同坡面措施減沙效益綜合評價(jià)

根據(jù)綜合評分指標(biāo)體系評價(jià)方法:

式中:Pi—坡面減沙措施;Xi—對應(yīng)措施減沙指數(shù)。

根據(jù)不同措施多年減沙程度觀測研究成果，梯田減沙指數(shù)為1，其他措施依次減沙程度為:隔坡梯田0.7、造林0.9、草地0.6、農(nóng)坡溝道0。以此為依據(jù)，采用以上綜合指標(biāo)體系評價(jià)方法分析計(jì)算4條流域在不同歷史時(shí)期坡面措施的減沙效益(詳見表4)。由表4可以看出，非治理溝裴家峁小流域20世紀(jì)50－80年代其坡面減沙綜合指標(biāo)不足0.1，進(jìn)入21世紀(jì)減沙綜合指標(biāo)迅速提高到0.43，與其溝口水沙觀測站觀測出的暴雨泥沙急劇減少相吻合。兩個(gè)時(shí)期類似降雨量和雨強(qiáng)實(shí)測數(shù)據(jù)，1963年7月6日1次降雨54.8 mm，強(qiáng)度為4.2 mm/h，其流域輸沙量達(dá)1.29萬t;而2009年7月19日1次降雨44.9 mm，強(qiáng)度為5.2 mm/h，輸沙量只有83.32 t，即相同頻率次暴雨輸沙量顯著下降。其他3條流域20世紀(jì)50年代綜合減沙指標(biāo)不足0.1，80年代為0.3－0.45，進(jìn)入21世紀(jì)已經(jīng)達(dá)到0.55以上。根據(jù)各流域溝口水沙觀測站的觀測數(shù)據(jù)記載，50－60年代流域輸沙模數(shù)在6 000 t/km2·a以上;1981年以后，輸沙模數(shù)在800 t/km2·a以下;2000－2011年，3條流域溝口輸沙模數(shù)在300 t/km2·a以下。因此，坡面微地貌特征如坡度、植被等綜合評價(jià)指標(biāo)提高，將顯著減少了流域土壤流失量。根據(jù)綜合評價(jià)指標(biāo)結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，流域坡面綜合評價(jià)指標(biāo)達(dá)到0.3以上，流域輸沙模數(shù)可減少到1 000 t/km2·a以下，達(dá)到多沙粗沙地區(qū)容許土壤流失量的范圍;綜合評價(jià)指標(biāo)達(dá)到0.55以上，流域水土流失基本得到控制。

表4 4條流域不同時(shí)期坡面措施減沙評價(jià)指標(biāo)

4 結(jié)論

(1)根據(jù)粗泥沙集中來源區(qū)黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)4條流域坡面水土保持措施綜合減沙指標(biāo)評價(jià)，表明60 a來該區(qū)小流域坡面水土流失防治水平呈現(xiàn)出階段性，同時(shí)坡面措施綜合減沙指標(biāo)必須達(dá)到一定程度才能對水土流失起到顯著的挾制作用。

(2)根據(jù)4條流域不同坡面措施減沙效益綜合評價(jià)結(jié)果，坡面綜合評價(jià)指標(biāo)20世紀(jì)50年代與21世紀(jì)初相比提高5倍，其減沙效果提高100倍以上。同時(shí)表明，小流域坡面綜合評價(jià)指標(biāo)達(dá)到0.3以上，流域輸沙可減少到1 000 t/km2·a以下，達(dá)到多沙粗沙地區(qū)容許土壤流失量的范圍;綜合評價(jià)指標(biāo)達(dá)到0.55以上，流域水土流失得到有效控制，將基本不向下游河道輸送泥沙。因此，坡面措施治理需結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛蔡卣鳎M(jìn)行綜合規(guī)劃，有效提高流域梯、林、草各類防治措施的綜合性和各指標(biāo)權(quán)重值數(shù)量，才能有效挾制小流域泥沙輸出。