林關小流域水土保持綜合治理規劃設計及效益評估

豐宏偉

(山西省大同市水務局水土保持工作站，山西 大同 037000)

水土流失嚴重問題一直制約著我國流域內農業經濟乃至整個國民經濟的發展，成為人類生存和可持續發展所面臨的重大環境問題之一。小流域綜合治理是隨著治理水土流失工作而不斷發展起來的一項重要措施，成為我國流域水土保持生態建設的重要技術路線之一。李可、紀強等論述了水土保持與生態建設的關系[1- 2]，郭占海、張超等分別結合實際工程介紹了小流域綜合治理措施及存在的問題[3- 4]。此外，黨志良、林楓等分別對水土保持綜合治理效益進行了分析與評價[5- 6]。文獻研究表明，小流域水土保持綜合治理通過協調人類、環境和經濟的相互關系，很好地改善了我國水土流失地區的生態環境，促進了當地農業經濟的可持續發展[7]。

廣靈縣林關小流域水土流失較為嚴重，在一定程度上制約了當地農業經濟的健康發展，同時導致了生態環境的不斷惡化。為了改善當地經濟社會的發展，保證生態環境的良性循環，廣靈縣結合當地實際情況，在借鑒其他工程實施經驗的基礎上，大力開展林關小流域水土保持綜合治理。本文將結合廣靈縣2016年林關小流域的具體情況，對小流域水土保持綜合治理措施進行簡要介紹，并對其綜合效益進行分析評價。

1 研究區概況

1.1 基本情況

研究區位于廣靈縣城西南約20km處，分布于海河流域壺流河的支流區，屬北方土石山區類型。項目區涉及林關流域的上林關村、香爐臺和上窯流域的上窯村，3個行政村。研究區總面積31.55km2，水土流失面積29.03km2，占項目區總面積的92%。

1.2 自然概況

1.2.1 地質地貌

研究區屬北方土石山區，主要地貌為北方土石山區。地勢起伏不平，溝壑縱橫，地形支離破碎，水土流失十分嚴重。

1.2.2 土壤植被

研究區的山區部分山勢陡峻，巖石出露較多，土層較薄，傾斜度多在25°以上，巖石風化嚴重。土壤類型有山地褐土和山地草甸褐土，山地褐土主要分布于項目區的坡耕地上，山地草甸土質地疏松，呈團粒結構，地力較肥，有機質含量較高，是發展林業的良好場所。研究區地處干旱、半干旱地帶，陰坡、半陽坡普遍分布有毛榛、忍冬灌叢、紅丁香、螞蚱腿、虎榛灌叢，陽坡主要分布著荊條、鼠李、白羊胡草、黃背草灌草叢；陰坡和半陰坡主要分布有鵝耳櫪、白蠟灌叢、遼東櫟、照山白灌叢、胡枝子灌叢等。研究區內木本植被組成以油松為主，其次有少量的落葉松。林關小流域林地面積244.6hm2，林地覆蓋率7.75%。

1.2.3 水文、氣象

研究區屬半干旱大陸性季風氣候。春季干旱多風；夏季炎熱雨量集中；秋季天高氣爽，氣溫下降，前期雨水多，后期急劇減少；冬季盛行西北風，寒冷而干燥少雪。據45年的氣象資料統計，年均氣溫6.9℃，極端最高氣溫37.9℃，極端最低氣溫-31.6℃，年均>10℃積溫2960.2℃，年日照時數2830.4h，無霜期115d，平均凍深1m，最大凍深1.45m。多年平均降水量384.7m，65%以上的降水多以暴雨形式集中在7～9月份，而且年際變化較大，最大年降水量588.2mm，最小年降水量僅213.6mm。年均蒸發量1918mm，約為年降水量的5倍。年均風速為2.7m/s，年均大風日數15.4d，主要出現在3～5月間。由于風多雨少蒸發量大，所以干旱嚴重，尤以春旱、伏旱較為普遍，故有“十年九旱”之稱。

表1 水土流失現狀表

1.3 經濟社會情況

研究區涉及二個鄉鎮、3個村，土地總面積31.55km2。根據《廣靈縣統計年鑒》(2013年)項目區總人口2432人，農業人口2432人，勞動力810人，人口密度85人/km2，人口自然增長率3‰，人均耕地2.45畝/人，人均基本農田0.2畝/人。糧食總產量0.0766萬t，人均產糧260kg，屬全縣經濟欠發達區域。

總的來看，項目區土地資源豐富，利用空間廣闊，但因水土流失嚴重，自然災害頻繁等，嚴重制約了農業經濟的發展。

2 土地利用及水土流失現狀

2.1 土地利用狀況

研究區土地總面積為3155hm2，其中：旱平地面積42.2hm2，占總面積的1.34%；坡耕地面積384hm2，占總面積的12.17%；河灘地57.5hm2，占總面積的1.82%；有林地面積244.6hm2，占總面積的7.75%；荒草地2318.3hm2，占總面積的73.48%；村鎮住宅用地16.9hm2，占總面積的0.54%；灘涂20hm2，占總面積的0.63%；水域46.5hm2，占總面積的1.47%；裸巖25hm2，占總面積的6.55%。研究區所涉及的村莊合計人均耕地2.45畝，人均基本農田0.2畝，農村人均糧食產量260kg。人均耕地相對充裕，人均基本農田不足2畝，在土地種植利用結構上主要以大田作物玉米為主，近年來少量推廣設施農業蔬菜種植。

根據利用狀況可知，研究區土地利用中存在的主要問題是：土地利用不合理，林草地面積較少，品種單調，品質差，覆蓋率低；大量的其他草地未得到治理利用。根據研究區土地利用現狀進行分析，荒草地面積較大，占項目區總面積的2/3以上。耕地面積中主要是水平梯田坡耕地占主導地位，種植比例低，土地利用率不高；林地面積較小，只有零星成片經濟林與少量水保喬木林，土地利用結構不合理。

2.2 水土流失狀況

研究區位于我國干旱半干旱地區，水土流失面積達到29.03km2，占到土地總面積(31.55km2)的92%，水土流失問題嚴重。水力侵蝕是導致研究區內水土流失的主要原因，據統計研究區內土壤侵蝕模數的多年平均值約為3200t/km2a，而年水土流失總量達10萬t以上。由于長時間受到降水量及降水強度的影響，研究區內形成大量“V”字形侵蝕溝，且分界明顯。當降雨集中且強度較大時，由于當地土壤母質黏重，導致蓄滲緩慢，而表層土質疏松，在大量水流的沖刷作用下，表層土壤流失，并直接帶走土壤中豐富的養分，出現跑肥現象。與此同時，坡耕地的植被遭到破壞，農業經濟損失嚴重，河流下游泥沙增加甚至導致淤積，堵塞河道，生態環境失調，且逐步形成惡性循環，嚴重制約了當地社會經濟與農村建設的發展，亟需得到解決。表1為研究區水土流失現狀表，由表可知，研究區內土壤侵蝕主要以中度侵蝕為主，占到水土流失總面積的68.3%，其次為強度侵蝕，占到18.2%，極強侵蝕僅占到水土流失總面積的5%。

3 綜合治理總體布置與工程措施設計

3.1 總體布置原則及措施

根據流域實地調查，本著因地制宜、適地適樹的原則，采取人工修復與自然修復結合的措施，以改善生態環境、控制水土流失為基礎，以提高社會經濟與加快農村發展為目標，在修建適量基本農田，確保糧食自給的前提下，宜林則林，宜牧則牧。

研究區主要措施由墊灘造地、河灘地土層加厚、簡易道路、水保林和封禁治理組成。根據項目區內的具體地形、土質和植被分布情況，布置相應的水保措施。

(1)墊灘造地布設在林關流域和上窯流域距村莊較近、交通便利、地塊較完整的河灘上，共規劃20hm2。

(2)河灘地土層加厚布設在林關流域原有土層很薄的河灘地上，土層厚度小于30cm。

(3)規劃簡易道路1.75km。

(4)水土保持林布置于林關流域荒山荒坡和其他草地上，共規劃609.5hm2。

(5)封禁治理布置于有部分植被并且通過3～5年的管護，能夠自我修復的荒山荒坡上共規劃1603hm2。

3.2 工程措施設計

3.2.1 墊灘造地

現有灘地改造前土壤瘠薄，土層較薄，大約10cm，難以形成較高的生產力，如厚度、肥力、產量等；加之項目區人均基本農田較少，約0.2畝，為改善當地人均基本農田不足的情況，在原有河灘裸地的基礎上，利用附近肥力較好的土源對該地進行客土墊地，墊灘造地面積20hm2。措施實施過程中，田塊隨地就勢整齊布局，方便耕作和交通需求，根據灘涂的寬度和地勢比降具體確定各個田塊的規模，一般每個田塊面積不低于20畝。墊土厚度平均約為50cm厚，土源不含石塊沙礫等雜物，肥力好，土質要求中壤和壤土土質，客土運輸完后進行土方平整，且墊地完成后當年應同時進行初步的土壤改良。

此外，應沿道路一側按水平臺階式取土，水平臺階高差為3m，水平臺階形成的田坎坡度取78°(土質田坎穩定坡度)，水平臺階寬度(田坎高度)依據原地面坡度確定。在田坎邊坡撒播草種，以穩定邊坡，防止雨季沖刷發生水土流失，毀壞田坎；在平面臺階進行全面整地后由土地所有人開墾為耕地。水平臺階式取土如圖1所示。

圖1 水平臺階式取土示意圖

3.2.2 河灘地土層加厚

治理區域由于土層厚度均在20cm左右，不能形成應有的生產力，需在原有基礎上墊地加厚土層后迅速改造為高產穩產新造地。附近2km內有土源肥力好的取土土源，造地完成可提高糧食產量。為便于機耕要求，農田土層厚度不小于50cm，故土層厚度應平均墊30cm厚。由于每個田塊有部分不平整，要對田塊原地面進行整平。首先就原地面20cm的表土層進行剝離，并進行平整，然后進行土層加厚，整平，最后將剝離的表土覆蓋。

3.2.3 簡易道路

通過實地考查，結合研究區工程總體布局，為便于施工，需整修簡易道路1.75km，道路寬度4m，為土質路面，道路最大坡度不超過8°，最小轉彎半徑不小于15m。

3.2.4 水保林

根據實地調查，確定研究區建設期內造林規模為609.5hm2。根據立地條件類型劃分和造林設計的原則，研究區水土保持林選擇油松，油松在當地有多年的栽植經驗且成活率高，同時該樹種綠化效果好，栽植該樹種可為當地建設穩定的生態體系提供有力的保障。

造林前必須先進行整地，整地方式采用魚鱗坑整地。為了施工管理方便和加快造林進度，隨整地隨栽植，造林時間主要集中在春、秋、雨季，全部采用植苗造林。此外，每年對造林區進行除草、松土等2次以上，特別干旱年份還應進行澆水抗旱，提高造林成活率和保存率。與此同時，苗木質量和苗木管理是影響造林成活率的一個重要因素，應嚴把苗木質量關，制定苗木管理制度，落實管理責任。距研究區28km的縣城苗圃可滿足苗木供應。

3.2.5 封禁治理

依據規范要求，在有水土流失現象，且地面有殘林、疏林(含灌木)或遭到自然災害(如火災、病蟲害等)、人為破壞的林地和采伐跡地、其它草地、撂荒地等，通過封禁治理恢復林草植被措施。根據研究區內的水土流失狀況、地面植被、水熱條件和人口分布等，在研究區東南部，布設封禁治理措施，面積1063hm2。在人、牲畜經常出入且需封禁地段設置封禁圍欄，防止各種非自然破壞。

4 林關小流域綜合治理綜合效益評估

4.1 蓄水保土效益

水土保持措施攔阻了泥沙，減輕了土壤侵蝕；涵養了水源，改善了水的小循環，為開發利用水土資源創造了條件。蓄水效益指暴雨中各項治理措施增加土壤入滲，減少地表徑流的效益。保土效益主要是各項治理措施減輕土壤侵蝕的效益。

各項治理措施按實施進度逐年發揮保水效益，分別算得其累計保水保土效益。各項水土保持措施的年保水總量Wn按下式計算：

Wn=W1+W2+W3+Wi

(1)

式中，Wn—各種小型蓄水保土工程的年保水量，萬m3；W1—保土耕作的年保水土量，萬m3；W2—保土工程措施的年保水土量，萬m3；W3—各種林草措施的年保水土量，萬m3；Wi—其它措施的年保水土量，萬m3。

各項水土保持措施的年保土總量(Ws，萬t)按下式計算：

Ws=Ws1+Ws2+Ws3+Ws4

(2)

式中，Ws1—新修梯田的年保土量，萬t；Ws2—保土耕作措施的年保土量，萬t；Ws3—各種林草措施的年保土量，萬t；Ws4—各種小型蓄水保土工程的年保土量，萬t。

經計算，工程措施實施后年新增蓄水量為24.53萬m3，年保土量達到5.09萬t，可有效增加研究區土壤蓄水量，降低土壤流失，達到水土保持治理目的。

4.2 經濟效益評估

本研究經濟效益評估采用靜態計算方法，用對比增量法進行計算，以單項措施的增產量和增產值為基礎，各個措施經濟效益相加，基準年為2014年。參考GB/T15774- 2008《水土保持綜合治理效益計算方法》，結合本地小流域治理成果，確定措施增產指標，同時產品價格采用當地市場價格，林木蓄積量為現行市場原木價格。經計算得出，各項措施發揮正常效益時，墊灘造地將產生經濟效益76.73萬元，水保林產生木材經濟效益為329.1萬元，封禁措施產生經濟效益19.24萬元，共計年產生直接經濟效益為425.07萬元。

4.3 生態效益與社會效益

各項措施發揮效益后，增加了研究區內的蓄水保土能力，有效地解決了下游河道泥沙淤積問題，不僅保土保水，增加土壤肥力，而且使土地理化性能趨于良性化。項目的實施很大程度上改善了農業生產條件，提高了土地利用率和勞動生產力，有效地調整了人口壓力與土地承載力的關系，促進了當地農村經濟向健康良性發展。通過增加地表植被，在一定程度上可改善當地生態環境，調節小氣候，減少自然災害對農業生產的影響，增加植被覆蓋率。各項水保措施的實施，減少了侵蝕土地面積，使生態環境趨向良性循環，累計水土流失治理度為88.76%。

5 結語

廣靈縣2016年林關小流域水土保持綜合治理對象為面積22.9km2的水土流失區域。本項目的實施將通過協調人類、環境和經濟的相互關系，以改善當地生態環境、促進當地農業經濟發展為目標，建設高效綠色生態小流域，為當地群眾脫貧致富奔小康服務。本著因地制宜、適地適樹的原則，合理安排各項治理措施，研究區水土保持綜合治理工程包括墊灘造地、土層加厚、水保林和封禁治理等。該項目實施后，年新增蓄水效益可達24.53萬m3，保土效益達到5.09萬t，累計林草覆蓋率達到27.07%，研究區累計水土流失治理度為88.76%，使生態環境趨向良性循環，并有效地調整了農業生產結構，提高了研究區土地利用率，改善了區域小氣候，降低了自然災害發生率，促進該區農業經濟及社會穩定發展。