隴東黃土高原水土流失與地質災害生態化治理策略

張仲福，夏 凱

(甘肅工程地質研究院，甘肅 蘭州 730000 )

隴東黃土高原位于我國黃土高原的腹部，是黃河流域的重要組成部分。隴東黃土高原以黃土塬、黃土殘塬、黃土丘陵為主，區域內溝壑縱橫，地形地貌復雜，生態環境脆弱，是我國水土流失最大最嚴重的地區之一，也是黃河泥沙的主要輸入區之一[1]，是我國黃土高原四大泥石流高易發區之一[2]。嚴重的水土流失水土流失和由此形成的崩塌、滑坡、泥流等地質災害頻發，嚴重影響著區域社會經濟可持續發展。新中國成立以來，隴東地區持續推進水土保持和地質災害防治工程，區域生態環境有了顯著的改善。但水土流失形成的土地沙漠化和地質災害等生態環境問題依然嚴峻。

黨的十八大報告明確指出，要把生態建設放在突出地位，融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程，努力建設美麗中國，實現中華民族永續發展。甘肅省也把科學推進隴東黃土高原區的水土流失綜合治理列為加強黃河流域生態保護和高質量發展國家戰略的主要內容之一和“十四五”推進隴東黃土高原“固溝保塬”綜合治理的重要工作。

本文將從隴東黃土高原水土流失和崩塌、滑坡、泥石流的成因分析入手，厘清水土流失與崩塌、滑坡、泥石流等地質災害之間的關系，在分析總結隴東地區近60年的水土保持工作和地質災害防治成果經驗的基礎上，提出統籌規劃隴東黃土高原區水土流失與地質災害防治的思路，針對性的小流域生態化治理措施和防治對策。

1 水土流失與崩塌、滑坡、泥石流的關系

1.1 水土流失的類型

水土流失是在水力、重力、風力等外力作用下導致水土資源和土地生產力的破壞和損失。水土流失按照其侵蝕營力劃分為水力侵蝕、重力侵蝕、風力侵蝕、人為侵蝕四大類。隴東黃土高原區的因其季節性降雨集中、質地疏松的黃土分布和復雜的地形地貌及歷史時期掠奪性植被破壞，致使區域水土流失以水力侵蝕和重力侵蝕為主。

1.1.1 水力侵蝕

隴東地區的年降水量一般在400～600 mm，主要集中于每年在6-9月，約占全年降水量的 60%～75%，且多以短歷時的大雨、暴雨、特大暴雨等侵蝕性降雨為主，季節性降水強烈。侵蝕性降雨引發的水土流失，其作用方式為面蝕、溝蝕、潛蝕、溯源侵蝕和沖蝕。侵蝕性降雨形成的徑流是黃土高原水土流失不斷發展的主要動力因素。馬蘭黃土的特征和各項物理力學性質很難克服水對它的破壞作用。馬蘭黃土斜坡的上部降雨匯流以面蝕、溝蝕為主，形成黃土斜坡的紋溝、細溝和坡面濺蝕麻坑等，其侵蝕強度小；而在黃土斜坡的中下部降雨匯流則以溝蝕、沖蝕為主，其沖刷破壞強烈，這是降水匯流侵蝕的主要方式。沖溝的進一步發展就會形成深切的V型和U型溝谷，為區域山洪、泥流形成提供了有利的地形和豐富的物源。

1.1.2 重力侵蝕

在黃土高陡斜坡或黃土溝谷兩側的陡直岸坡，多以重力侵蝕為主，常常形成崩塌、滑坡、瀉溜等不良地質現象或發生地質災害，也加速了流域溝道的水土流失。黃土斜坡的坡度是發生重力侵蝕的控制性因素，溝坡坡度一般大于40°就可能發生小型的重力侵蝕[3]。而降雨、巖土風化、地震、人為工程活動等都是重力侵蝕的觸發因素，黃土地區的重力侵蝕最多的觸發因素是降雨。據楊吉山等的研究，溝坡上的重力侵蝕提供的泥沙占整個坡面總產沙量的42%以上[4]。黃土溝坡重力侵蝕堆積物為溝道發生泥流提供了主要物源。

1.1.3 風力侵蝕

風力侵蝕為風力沖蝕地表土體，形成風蝕條痕和移動沙丘等土地沙漠化現象。沙漠化導致土地退化，土壤結構破壞，土壤養分流失，隨之而來的農牧業減產，沙塵天氣的增多，生態環境的惡化。隴東地區的土地沙漠化主要分布在環縣北部，土地沙化面積3 600 km2，占總面積的8.57%，屬中等沙漠化[5]。目前，隴東西北部沙線南移，沙漠化趨勢加速[6]。

1.1.4 人為侵蝕

人類不合理的工程活動對表層巖土體結構的破壞主要表現為：不科學削坡建房、陡坡墾荒，亂砍濫伐森林等，這些工程活動促進了水土流失的發生、發展。

1.2 水土流失與崩塌、滑坡、泥石流的相互關系

從本質上講，水土流失是一種地質現象，是大氣降水和地面流水對地表物質侵蝕、搬運和沉積過程[7]。從地質學的角度看，水土流失進一步發展往往形成了土地沙漠化災害和崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象或崩塌、滑坡、泥石流地質災害。因此，自然斜坡發生的崩塌、滑坡、泥石流是區域水土流失發展到嚴重階段的一種表現形式及結果[8]。隴東黃土高原區表層的馬蘭黃土結構疏松，區域地形破碎、溝谷發育，侵蝕性降雨集中且強度大，為區域內的水土流失和崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象及其災害的形成提供了條件。因此，隴東黃土高原區的水土流失與崩塌、滑坡、泥流是一種互為因果、互為促進、互相轉化的關系。經隴東地區土壤侵蝕遙感監測資料與地質災害遙感解譯對比分析得出，隴東黃土高原區的水土流失嚴重區也是區域地質災害的高易發區(表1)。

1.2.1 崩塌、滑坡與水土流失

隴東黃土高原長期遭受水土侵蝕切割， 塑造了黃土塬、黃土殘塬、黃土梁峁和黃土溝谷等多種地貌形態。在侵蝕性降雨下，地表土體的侵蝕量與坡度成正相關，即坡度越大， 水土流失越嚴重。據統計，隴東地區的不穩定斜坡坡度在天然狀態下主要分布于20°～70°間。其中，坡度在25°以下的斜坡約占所有斜坡的25%； 坡度在25°～40°間的斜坡占主導地位，占所有斜坡的48%；坡度在40°～60°間的斜坡占27%。調查表明，隴東地區的崩塌、滑坡多發生于坡度大于25°的斜坡上。其中，坡度大于40°的溝谷斜坡易發生黃土崩塌；而山坡坡度25°～40°多發生黃土滑坡[9]。水土流失可以使黃土斜坡穩定性降低，產生崩塌、滑坡或老滑坡復活；崩塌、滑坡堆積物又為泥石流、水土流失的發生發展提供了固體物質。

1.2.2 山洪、泥石流與水土流失

隴東黃土丘陵、黃土塬邊的溝谷為山洪、泥石流發育提供了有利的地形地貌條件。泥石流大多伴隨洪水而發生。泥石流與山洪的區別主要是洪水中含有足夠數量的泥沙石等固體碎屑物，其體積含量在15%～80%之間，其流體重度一般大于1.30 t/m3以上，泥石流較山洪更具有破壞力。由于隴東地區的大多數溝谷水土流失主要物質為粉沙、粘粒，其顆粒粒徑小于2.0mm的占比在85%以上。因此，隴東地區發生的泥石流也多為泥流。泥流既是泥石流一種類型，也是區域水土流失的一種特殊形式，是水土流失發展到極為嚴重階段的標志[8]。

2 水土流失治理和地質災害防治取得的經

驗和存在的問題

2.1 成功的經驗

隴東人民治理水土流失和地質災害的歷史由來已久。新中國成立以來，黃委會和隴東地區水土保持、水利、農業等科研單位經長期實踐，總結出了“固溝-護坡-保塬”的水土治理模式。在西峰區董志塬的塬邊溝谷水土流失治理中更是細化了固溝保塬治理模式，形成了簡單填埋型、排水+填埋型、排水+填埋+護坡型、排水+填埋+生態護坡型等4種生態治理模式[10]。

近20年，隴東地區也相繼開展了不同精度的區域地質災害調查與區劃，共計調查崩塌、滑坡地質災害隱患點2 580處，泥石流溝1 450處(泥石流109處，泥流1 341處)。不完全統計，隴東地區已治理的154處地質災害及其隱患中地質災害防治措施主要有預防措施和治理措施。其中預防措施主要通過自然資源、林草等主管部門的聯動監管來實現，多為管理措施；治理措施包括生物措施和工程措施。從已實施的地質災害治理工程效果來看，治理工程的實施保護了當地人民的生命財產安全，促進了當地社會經濟發展。

表1 隴東地區水土流失與地質災害分區特點

2.2 存在的問題

(1)水土流失與地質災害互為因果，一些水土保持和地質災害治理的監管部門之間缺少必要的銜接和溝通，沒有完全履行好各自的監管職責。一些建設項目的環境影響評價、水土保持方案與地質災害危險性評估缺少有效溝通，致使一些涉溝涉河的取土、挖沙、采石、建筑等工程建設和墾荒種地形成了新的水土流失及地質災害。

(2)一些水土流失治理工程設計和管理措施不到位，存在一些病害工程。淤地壩是隴東黃土地區群眾根據“天然聚湫”總結出來的一種攔泥淤地的水土保持工程措施。但在隴東已建成的263處淤地壩中，存在一些壩址勘查不詳，設計不合理的壩體毀損的情況(圖1)和一些施工質量不達標，維修加固不及時(圖2)等形成的病害工程[11]。

圖1 淤土壩壩肩毀損 圖2 淤土壩放水涵洞毀損

(3)在地質災害治理工程中存在缺少生態化治理理念的不協調工程。 隴東地區的地質災害治理工程始于上世紀九十年代，多數為近20 a來建設的。這些崩塌、滑坡和泥石流治理工程在設計施工中大多考慮了生態化治理措施，美化了環境。也有一部分是單憑借強大的鋼筋混凝土攔擋和排導工程“改造” 自然的，或缺少細部工程措施的(圖3)，其工程的整體可靠性較差，或與周邊環境的協調性不好，少了綠色護坡元素(圖4)，甚至少數成了失效工程。

圖3 泥石流溝攔擋壩壩槽未填充加固 圖4 錨索格構梁護坡缺少綠色護坡元素

3 生態化治理思路及對策

3.1 生態化治理思路

從隴東水土流失與地質災害關系看，水土流失治理必須以防治區域地質災害為核心，地質災害的防治必須以防治水土流失為宗旨。要統籌規劃和實施隴東地區的水土流失防治與崩塌、滑坡、泥流等不良地質現象及其地質災害治理，就要統一規劃小流域溝坡溝谷的水土流失和山洪地質災害治理。以小流域治理為單元，通過工程措施和生物措施、耕作措施進行系統的塬面治理、溝坡治理、溝谷治理，做到源頭治理、綜合治理、精準治理。

3.2 生態化治理的對策措施

防治水土流失和地質災害的生態化措施主要為工程措施、生物措施。這些措施的目的都是降低地面流水的侵蝕能力和提高地表土體的抗侵蝕能力[7]。防治水土流失的常用工程措施有坡改梯田，建設淤地壩、塘壩，引洪灌地等。防治地質災害的工程治理措施有削坡、錨固、攔擋、護坡、排水、加固等措施。其生物措施主要是通過植樹種草形成的植被分散徑流、減少沖刷，起到治理作用，其機理是利用植物比較發育的根系，吸收和涵蓄降水入滲的水分，并通過植物根系微生物生長分泌的多糖化合物粘液質膠團聚土壤顆粒，增強了土壤的抗剪強度，有效減弱坡面水流對坡體土層侵蝕作用；還有就是利用植物枝葉的郁閉度阻擋降水對斜坡的沖刷。適于隴東地區的植物包括：刺槐、側柏、臭椿、檉柳、白榆等喬木；沙棘、檸條錦雞兒枸杞等灌木；狗尾草、芨芨草、白蓮蒿、紫花苜蓿等草本。在隴東黃土高原水土流失和地質災害的生態化防治中只有因地制宜，辨證施治，充分利用生態化防治新技術，才能實現綜合治理，消除災害隱患、改善區域生態環境。

3.2.1 塬面、丘陵斜坡的生態化措施

對于黃土塬面、丘陵斜坡地帶其地形坡度大多數小于25°，其生態化治理要按照區域的“三區三線”規劃，堅持“宜農則農，宜林則林，以牧則牧”有序推進，穩步改善區域生態環境；還有一些斜坡坡度在25°～40°，對這些黃土緩坡要按照坡度和穩定性，結合降水侵蝕強度進行生態化護坡(表2、圖5)。

表2 黃土斜坡生態化護坡措施

圖5 不同坡度的黃土斜坡采取不同植物護坡措施

3.2.2 陡坡、人工邊坡的生態化措施

對于坡度大于45°的自然溝坡多以重力侵蝕為主。對基本穩定的人工邊坡可用三維種植網格護坡，采用喬灌草立體植物護坡時喬木數量減少，灌木、草本數量要增加；對于存在危害的不穩定邊坡或滑坡可分級削坡，形成多級小平臺護坡，或格構護坡或設置抗滑樁等支擋措施，再施以植物立體護坡(表2、圖5)。

近年來，針對黃土邊坡治理中存在格構骨架與黃土接觸處人工植被退化、草皮脫落的問題，采用骨架+植物纖維護坡新技術成為必然。它是將植物纖維(麥秸稈)、草種、肥料、保水劑、粘合劑、黃土等與水的混合物，采用噴射或人工抹面施工形成的一種生態護坡技術。該技術可以應用于建筑邊坡的治理。

3.2.3 溝谷泥流的生態化措施

溝谷泥流的生態化治理就是以統籌規劃溝谷小流域的山洪、泥石流治理為抓手，做到源頭治理、精準治理、綜合治理。首先要對溝谷小流域進行調查，評價水土流失程度和溝谷的發展階段，再進行山洪風險的評估或泥石流易發性評價，進而進行一溝一策精準治理。平涼的紙坊溝、華池縣孫家溝、環縣趙門溝，西峰區的小南河溝、火巷溝這些都是溝谷生態化治理的典范。其中，淤地壩是隴東治理水土流失和防治山洪、泥石流的重要工程措施，在攔泥、減蝕和滯洪等三個方面起到了重要的作用[12][13]。淤地壩的設計應以完整的小流域為單元， 從支溝到主溝，從上游到下游科學布設，與耕作措施、生物措施相結合(圖6)，形成完整的水土保持體系，并與當地的道路、灌排設施相結合，體現其治理工程的社會效益。在區域泥流災害的防治工程設計中要依據溝道侵蝕、泥痕、堆積物調查，計算洪峰流量或泥石流過程總量等相關參數，根據泥石流的危害特征，選擇適宜的攔擋壩(圖7)、排導槽(或泄洪渠)型式和結合生物、耕作措施，綜合治理山洪、泥流，防止地質災害和治理水土流失的發生、發展[7][14-16]。

圖6 淤地壩生態化治理溝道效果 圖7 泥流攔擋壩及其附屬工程

近兩年，我們根據隴東黃土高原淤地壩(攔擋壩)和植物根群壩設計實踐中優化的生態復合壩在區域中小型山洪、泥流治理中發揮了良好的生態治理效果(圖8)，其原理就是利用喬灌樹木根群壩防治山洪泥流侵蝕溝底，緩沖山洪泥流對土石淤地壩的沖擊力，并通過這種復合壩攔截溝道泥砂，形成“天然聚湫”，改善生態環境。這種生態復合壩具有安全、經濟、環保等特點，值得推廣應用。

4 結語

(1)隴東黃土高原是黃河流域的重要組成部分，是我國水土流失最大最嚴重的的地區之一，也是黃河泥沙的主要輸入區之一，是我國黃土高原四大泥流高易發區之一。科學推進隴東黃土高原區的水土流失綜合治理是加強黃河流域生態保護和高質量發展國家戰略的主要內容，也是“十四五”甘肅省推進隴東黃土高原“固溝保塬”綜合治理的重要工作。

(2)區域水土流失進一步發展往往形成了土地沙漠化和崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象或其地質災害。隴東黃土高原的水土流失與崩塌、滑坡、泥流是一種互為因果、互為促進、互相轉化的關系。因此，隴東黃土高原區的水土流失治理要以防治地質災害為核心，地質災害的防治要以防治水土流失為宗旨。

(3)區域水土保持和地質災害治理工作需要水務、自然資源等主管部門之間的協調聯動，統籌規劃，綜合治理。

(4)防治水土流失和地質災害的措施主要有工程措施、生物措施和保土耕作措施等。隴東黃土高原區的水土流失和地質災害治理要因地制宜，充分利用生態化治理新技術，做到源頭治理、精準治理，綜合治理，以改善區域生態環境，助力區域社會經濟的高質量發展。