水庫工程水土保持綜合治理與效益評價

黃海云

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司，廣東 中山 528405）

隨著人類活動的日益頻繁，越來越多的植被受到侵害，雖然近年來國家政府已經開始重視環境保護問題，但整體情況依舊不容樂觀，水土流失問題還相對嚴重。一般來說，對于水庫工程而言可選擇的水土保持對策包括了兩個方面的措施：一方面是工程對策，為防止出現較大程度的水土流失現象，科學開發利用地方水資源，可選擇修建排水系統、灌溉系統等方式；另一方面是生物措施，可適當提升水庫周邊的植被覆蓋率，增強土地生產計劃，大力推進植樹造林和退耕還林工作。該文結合水庫實例，通過科學合理地配置，各項防治措施效果良好，生態景觀得到升級，棄渣取料場地得到了及時有效防護，施工區植被得到較好的恢復，水土流失得到有效控制，生態環境得到明顯改善。

1 工程概況

某水庫工程的設計采用了點線結合的形式，水庫的有效庫容為103.25×121m3，每年的供水量為0.892×121m3，可以灌溉區域118hm2。工程為IV 等別、?。?）型規模，主要構筑物為Ⅳ級，次要建筑物為Ⅴ級。整個工程包括灌溉供水與樞紐兩部分。水庫占地面積為21.14hm2。樞紐工程的核心為壩體、導流隧洞、泄洪道。壩體材料選擇了黏土心墻風化料，壩頂為5m 寬，壩體全長134m，壩體最高處為45.03米，寬5.5m，壩長133.0m，壩體最高點44.12m，泄洪道的結合為開敞式，為鋼筋混凝土矩形斷面，總長為218.0m。輸水導流隧洞設計為曲線的平面布置，總隧洞長337.33m。2條管道構成灌溉供水工程。工程所區域地質結構為水力侵蝕性土壤，水土流失輕度，容許土壤流失量小于510t/(km2a)。

2 水土保持措施

該文研究的課題可根據工程區域的分析結果，對不同建設區域作業過程中極易發生的水土流失進行全面預測，以此為基礎對工程建設水土流失防治方案進行補充和優化。水庫項目設計的水土保持方案包括斜坡防護、河道整治、洪水疏導、攔渣、植被恢復等[1]。具體劃分如下。1）工程主體治理區域：在壩體周邊構建綠籬，可以采用將不同樹種穿插種植的方式；培育防護林可以選擇杉木；針對裸露地面植被覆蓋的治理可以采用不同草種混合撒播的方式，以保證植的恢復效果。2）棄渣場的治理：根據水土保持的相關標準，為了盡快恢復土地植被的生態功能，在棄渣體的表面可以種植一些易于成活的植物。首先，按照穩定邊坡坡度堆放棄渣，在很多時候，水庫工程棄渣主要為土石混合料，通常情況下其最陡穩定邊坡的坡度系數為1︰1.5，因此水土保持措施的選擇需要結合穩定邊坡棄渣堆放情況來確定，力求把坡度控制在1︰2 左右。其次，設置排水系統，為避免山坡地表徑流進入沖溝內的堆渣中，應順著棄渣場地邊緣附近建設一排臨時排水截水溝，確保坡面洪水的合理引導。最后，做好坡面以及地面的水土防護作業，棄渣場裸露表面往往會受到降水以及地表徑流的雙重影響，棄渣場應將表面腐殖土推到其他區域進行堆放并采取一定的防護措施，等待堆渣符合最終高程后將棄渣場表面進行壓實，隨后回填腐殖土。3）料場治理區域：基于山區不良的施工環境，工程主體區的治理可采用永久與臨時加以混合的方式，結合料場特點規劃設計耕地恢復方式以及道路排水措施。料場的樹種可以選擇香樟和桂花。邊坡防護可以采取狗牙根與爬藤油麻藤混合栽種的方式，以實現加固路基的作用。4）工程附屬企業治理區域：將防洪排導設施布置在各建筑物周邊以后，就要對工程擾動的范圍內進行植被的恢復。5）工程建設道路治理區域：針對下坡的道路，要在道路的一側進行臨時擋護，同時要規劃恢復道路周邊擾動區域的植被恢復措施。6）施工生產生活區域：水庫工程施工作業開始前需要剝離表土進行臨時堆存，同時選擇有針對性的水保對策予以防護，施工完成后需要第一時間平整施工現場并覆土，按照“宜農則農、宜林則林”的基本原則，占耕地應選擇全面整地的方式實現農業復墾，占用其他區域應選擇喬灌草結合的辦法恢復植被，提升地表的水保能力，還可設計臨時排水溝和攔擋等。

3 水土保持綜合效益評價

3.1 保持水土效益分析

3.1.1 計算保水效益

增加林草植被是保水的最有效措施，植被可以增強土壤里的孔隙度，提高土壤蓄水功能，最主要的功能是植被自身特殊的生物屬性蘊涵著豐富的水分，能夠有效地涵養水源[2]。

具體的計算方式可以根據水量平衡的規則計算水土保護方案實施前和實施后水量的變化值。

式中：Y代表植被模式具體的涵養水量，P0'是項目區域效益評價前期的年均降水量，P0則是后期的降水量，ETi'為項目區域內進行植被恢復措施前不同土地利用類型的蒸散總量，ETi則是恢復措施后的蒸散總量，Ci'為項目區域內植被恢復措施實施前不同土地利用類型的地表徑流量，Ci則是措施實施后的地表徑流總量。

對植被恢復措施具體涵養水量確定后，可以利用影子工程措施，確定水土保持林草措施實際的涵養水源量后，可采用影子工程法，根據同庫容水庫工程建設成本計算節水效益

式中：V6表示水源的涵養效益，G表示修建水庫單位庫容的成本。

3.1.2 攔泥保土效益計算

可利用價格替代法，減少泥沙淤積的人工清淤成本。

式中：V4為泥沙淤積效益減少值，ΔM為恢復措施進行前、后的土壤侵蝕強度變化，S為有效措施面積。λ為侵蝕泥沙淤積比，β為泥沙人工清除費用。

3.2 生態效益

3.2.1 植被恢復后產生的效益

生態治理方案實施后，合理處理了工程開挖面，解決了水土保養問題。采取綠化措施能夠起到蓄水保植、改善水土流失的作用。項目區實施的林草植被方案種植的林草呈現良好的生長狀態，達到了81%的植被覆蓋率，相對于建設期，樞紐區表現出明顯的小氣候特征，項目區域內本地鄉土樹種占據總體比例為88%，喬、灌草混合而成的多樣性植被郁閉度明顯提高。

3.2.2 旅游景觀提升效益

該水庫利用打造庫區的生態景觀，工程區內四季都風光旖旎，千姿百態，具備超強的空間層次感，讓工程區域內可觀賞性顯著提升。該水庫水環境為基礎的生態景觀建設帶動了當地旅游產業的蓬勃發展[3]。據不完全統計，僅項目區域周圍的縣的旅游業的從業者達7000 人以上，旅游景點13處，旅游業已逐漸發展為當地支柱產業。2019 年的數據表明，旅游產業的規模達到了8.6 億元。

3.3 社會經濟效益

該水庫是公益性的水利工程，集抗旱、灌溉、防洪景觀建設多種功能于一身。工程建設部門制定了全面的植被恢復方案，占用土地都進行了林果和草木種植，可以有效控制了由于施工引發的水土流失問題，工程區域周圍自然環境得到凈化；采用水土保持方案有效改善了區域生態環境，可以有效治理施工對自然環境的破壞，解決了工程施工產生的棄渣問題，生態環境得以改善。該項目中，植被覆蓋面積為7.20hm2，植被恢復比例為97.96%，植被的覆蓋率為78%。植物多樣性改善了區域小氣候，增加了濕度，提升了地下水位[4]。

3.4 水土保持效益綜合評價

3.4.1 評價體系建立

層次分析法的應用。對于治理方案實施后效益加以評價，選擇相應的指標加以對比分析，構建出水土保持效益評價體系，內容包括X為目標層，指標中將水土保持治理效果作為目標；Y為指標層，細分為生態效益、經濟效益、社會效益；Z為因子層，分為15 個因子，依次為Z1～Z15；評估層。評估層細分為坡耕地、坡式梯田、復式梯田、綠籬等六種類型。水庫綜合治理的評價指標體系如圖1 所示。

3.4.2 指標權重確定及評價方法

研究各個評價因子的權重是評價實施中的關鍵。層次分析法的應用體現出多層次、多要素的特點，指標的權重體現出邏輯性、系統性、實用性。指標數據簡單，具有可操作性。通過專家對比，建立對比較矩陣，計算出單排序與總排序，分析判斷矩陣與群組決策是否具有一致性，計算得出各評價因子與X層存在的權重關系[5]。層次分析法的計算方法較為煩瑣，本次應用了yaahp 專業軟件取代人工計算，經一致性檢驗明確了各因素層與指標的權重。借助對數效用函數分解，對各個指標實施無量綱化處理分析，獲得水庫工程水土保持綜合治理效益評價因素的權重值，見表1。

表1 水庫工程水土保持綜合治理評價因子權重值

圖1 的綜合權重排列順序表明，影響小流域綜合治理的效果直接影響因素包括地表徑流、土壤侵蝕、植被覆蓋等，這些指標權重累計為61%。

圖1 水庫工程水土保持綜合治理效益評價指標體系

3.4.3 不同水土保持措施效益分析

效益指標包括坡耕地、坡式梯田、復式梯田、綠籬、經濟林、水源林。數據見表3。綜合效益從高到低排列分別為水源林、經濟林、復式梯田、坡式梯田、綠籬、坡耕地，說明水保林與經濟林的種植對于維護生態環境可以發揮較好的效果。單從經濟效益比較，從高向低排列順序為經濟林、坡式梯田、綠籬、復式梯田、水保林、坡耕地，這也表明經濟林與坡式梯田具有良好的經濟效益，綠籬也較好，這是由于綠籬的投資不多，并且在回收期方面具有優勢，可以保證短期內收益。復式梯田的投資較大，不同于其他耕作措施，在經濟效益方面缺少優勢，并且投資回收周期長。此薦研究選擇的水源林地的主要種植作物為枇杷。枇杷的種植成本相對高，并且成果時間較長，在短期內難以體現出經濟效益。而坡耕地如果不采用措施會導致嚴重的水土流失現象。隨著時間推移，區域土層逐漸變薄，作物的產量及收益會受到影響。6 項措施中，效益從高到低的排列順序依次為復式梯田，坡式梯田，經濟林，水源林，綠籬，坡耕地。采用復式梯田不僅可以改善耕作條件，還可以推動水系、道路等基礎設施的完善，還可以解決當地的就業問題。

6 項措施中，從高到低排列綜合效益分別為經濟林、水源林、坡式梯田、復式梯田、綠籬、坡耕地。數據表明，經濟林具有保持土壤、涵養水源的功能，可以保證經濟收益，體現出綜合經濟效益；采用坡式梯田的優勢是可以緩解坡耕地水土流失，可以提高旱地的種植效益，體現出投資少、見效快的特點；采用復式梯田可以有效防治水土流失，但是其缺陷是造價較高，不適用于坡度較陡或土石山區。修筑土坎梯田要考慮到地區的地形特點。綠籬的特點是造價低，易于管護，但是其缺陷仍需要采用斜坡耕作，會引發水土流失。庫區所在地的特點是人多地少，在坡耕地種植是糧食的主要來源，對于庫區的農業生產，采用坡式梯田與復式梯田有利于保障糧食安全，并且保證經濟效益，解決水土流失問題，體現出生態效益。水源林的缺陷是經濟效益不高，如果要大幅提高經濟收益，要擴大經濟林的種植面積[6]。水庫區針對水土保持進行綜合治理要發揮種植經濟林的優勢，改善坡耕地現狀，將坡式梯田作為主要方式，另外可以發揮復式梯田和綠籬的補充作用。

4 結語

水庫工程的建設與運行中往往容易出現水土流失的現象，進而對地方生態環境的持續健康發展帶來非常大的影響。因此，水土保持綜合治理效益評價對于水土保持綜合治理工作非常重要。該水庫項目經過對工程措施、臨時措施、植被措施的科學合理配置，在合理管理制度的配合下，科學有效地治理了項目區域內的水土流失，基本上實現了項目制定的保護自然生態的目標。在工程運行期間，與本地農業經濟模式有機結合，大力發展項目區園林經濟，在提升植被覆蓋率的同時，獲得了可觀的經濟效益。

表2 水庫工程不同水土保持措施效益指標數值