慶陽市董志塬區“20210818”暴雨洪水及損毀調查

張寶琦，劉 斌，劉 展，金天龍，章寶寧，郝玉東，倉周措毛，許小梅，袁 靜，劉曉文

(黃河水利委員會 西峰水土保持科學試驗站，甘肅 慶陽745000)

隨著氣候的不斷變化，極端暴雨發生頻次不斷增加，引發洪水災害，發生嚴重的水土流失，導致生態環境惡化、基礎設施損毀等危害，引起了社會的廣泛關注[1-5]。2021年8月18日，慶陽市境內普降大雨，局地出現暴雨，全市平均降雨量36.6 mm。暴雨發生后，調查人員于2021年8月21—25日，前往暴雨影響范圍內進行了調查，了解此次暴雨洪水特征及水土保持設施損毀情況，分析水土保持措施在暴雨中產生的防治效果，旨在為科學評價水土保持措施的防治效果提供參考依據。

1 調查區域概況

董志塬地處中緯度地帶(東經107°26′52″～107°56′06″，北緯35°14′41″～36°03′26″)，大陸性氣候明顯，屬溫帶半濕潤氣候，其特點是冷暖干濕四季分明，冬春長，夏秋短，干旱少雨，蒸發強烈。該區多年平均氣溫8.4～9.5 ℃，多年平均降水量525～623.2 mm，年內分配不均，大部分集中在7—9月，期間降水量占年降水總量的60%。多年平均蒸發量1 600 mm，全年太陽輻射量為531.5～565.8 kJ/cm2，年積溫為2 739.2～3 352.2 ℃，年均日照時數2 446 h。黃河二級支流涇河位于其南部，馬蓮河、蒲河兩大河流堅展兩翼，區內多年平均徑流量為12.28億m3，平均年徑流深35 mm，徑流模數34 470 m3/(km2·a)，其中62.7%的徑流集中在7—9月。馬蓮河年均徑流總量4.75億m3，蒲河年均徑流總量2.35億m3，洪河年均徑流總量4 935萬m3，四郎河年均徑流總量3 902.50萬m3。

2 調查結果

2.1 暴雨特征及災害

2.1.1 暴雨特征

2021年8月18—19日，慶陽市全市范圍內出現了一次降雨過程，主要降雨時段出現在18日夜間至19日凌晨。此次降雨在董志塬周邊形成兩個暴雨中心，分別為鎮原縣屯字鎮閆溝村及慶城縣蔡家廟鄉政府附近。其中鎮原縣閆溝主要降雨時段集中在18日22時至19日1時，最大雨強出現在18日23時至19日0時，達86.3 mm/h，圖1為此次降雨過程閆溝小時降雨分布情況。

圖1 2021年8月18—19日閆溝小時降雨分布

從18日22時至19日12時，鎮原縣閆溝降雨量200.2 mm，慶城縣蔡家廟降雨量150.1 mm，全市累積降雨量超過100 mm的有8站次，超過50 mm的有22站次，超過20 mm的有125站次。根據慶陽市172個雨量站實測數據，繪制出董志塬地區“20210818”降雨量等值線圖，詳見圖2。通過2020年5月高分1號遙感衛星解譯(分辨率為2 m)，降雨量為60 mm以上的籠罩面積為2 979.61 km2，占慶陽市此次降雨范圍總面積的31.68%。

2.1.2 暴雨災害

據統計，截至19日12時，本次暴雨造成城關鎮、上肖鎮、太平鎮、屯字鎮、開邊鎮、平泉鎮、孟壩鎮、方山鄉、南川鄉、郭原鄉、新集鎮11個鄉鎮48個村73個組373戶1 037人不同程度受災，無遇難失蹤人員。災害造成直接經濟損失229.45萬元，其中：居民家庭財產損失63.4萬元，農林牧漁業損失146.05萬元，公共基礎設施損失20萬元。慶城縣蔡家廟暴雨中心周邊除發生道路損毀、農田水毀外，未造成其他方面重大損失。

圖2 董志塬區“20210818”降雨量等值線

2.2 暴雨條件下水沙關系

2.2.1 洪水過程分析

圖3為毛家寺水文站8月18日8時至8月20日8時測站流量及含沙量變化曲線，從中可以看出，8月19日1:00開始漲水，含沙量也隨之增大，流量增加速率大于含沙量增加速率，2:54流量增加速率減小，持續近3 h后出現洪峰，洪峰流量為195.0 m3/s，之后流量逐漸減小，減小速率逐漸減小。含沙量于8月19日3:06達到峰值附近，持續近8 h，于8月19日11:18達到產沙峰值166 kg/m3，而后逐漸減小。據統計，本次洪水徑流量為520.8萬m3，輸沙量為71.2萬t。

圖3 “20210818”暴雨條件下毛家寺測站流量、含沙量變化曲線

2.2.2 巴家咀水庫攔蓄洪水情況

圖4為巴家咀水庫水位變化曲線，18日22:00水庫水位開始上漲，表明流量已經增加，有洪水入庫。通過調查洪水痕跡和參考氣象資料進行分析得知，短時間洪水已經匯流入庫。19日1:30至3:45由于降雨量減小，水位變化速率減小。19日3:45庫水位漲勢較快，分析是太白梁站洪水已入庫，以及姚新莊降雨持續增加所產生的洪水入庫。

圖4 “20210818”暴雨條件下巴家咀水庫水位變化曲線

2.2.3 南小河溝測站洪水特征分析

根據觀測資料，南小河溝流域非治理流域董莊溝小流域8月18日21:31開始降雨，洪峰23:31到達，水位0.45 m，流量0.627 m3/s，8月20日2:00斷流。治理溝楊家溝小流域8月18日21:38開始降雨，洪峰8月19日1:10到達，水位0.24 m，流量0.159 m3/s，8月19日18:00斷流。相對于非治理流域董莊溝小流域，治理流域楊家溝小流域徑流模數和侵蝕模數分別減少了62.12%和80.03%。表1為“20210818”暴雨洪水產流輸沙特性統計。

表1 “20210818”暴雨洪水產流輸沙特征統計

2.3 暴雨條件下災害特征分析

2.3.1 徑流小區細溝侵蝕

2005年，西峰水保站在南小河溝典型小流域內的湫溝布設了坡度分別為5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°的裸地徑流小區各2個，長度和寬度水平投影均為20 m和5 m，進行不同降雨條件下不同坡度徑流小區水土流失規律的試驗觀測。在本次暴雨后，通過對14個不同坡度徑流小區沖溝的量測，得到圖5。當坡度從5°增加到35°時，細溝侵蝕量變化范圍在0～214.36 kg之間，并且細溝總侵蝕量與坡度之間存在顯著的線性函數關系，R2=0.71。

圖5 “20210818”暴雨條件下不同坡度與細溝總侵蝕量關系

2.3.2 梯田損毀

圍繞暴雨中心展開了一系列調查，梯田發生土壤侵蝕的主要原因是梯田無邊埂，道路和梯田匯水沿著地壟溝流到地勢低洼處，形成沖溝，嚴重處會形成陷穴穿洞，且當下墊面為覆膜玉米地時，地膜會阻止水分入滲，增加地表徑流，加劇無邊梗梯田侵蝕。而慶城縣蔡家廟鄉北岔溝村的梯田在2014年修建，有邊梗且設計標準高，無水毀現象。調查梯田詳情見表2。

表2 不同區域梯田損毀情況

2.3.3 道路損毀

根據不同降雨區間道路水毀情況統計結果，柏油路和硬化道路發生損毀的最主要原因為道路排水不暢。例如鎮原縣太平鎮柳咀村柏油路面，由于道路兩側排水渠設計過窄，呈矩形，溝道和路面來水匯集到排水渠，對排水渠兩側產生嚴重侵蝕，最終沖毀路基，造成路面懸空。表3為不同區域道路侵蝕特征。

表3 不同區域道路侵蝕特征

2.3.4 工程措施損毀

針對本次暴雨中心影響范圍內的水土保持工程措施(澇池、溝頭防護工程和淤地壩)，進行了實際淤積和水毀情況調查，共調查澇池8座、溝頭防護工程3座、淤地壩1座。澇池和溝道防護工程均未出現沖毀情況，而淤地壩為兩大件，無臥管，水面距離溢洪道底部2 m，壩坡有沖溝，整體比較完整，壩體頂部匯水集中，形成長10 m、寬0.6 m、深0.45 m和長10 m、寬0.25 m、深0.18 m的塌陷各一處，侵蝕量分別為3.65和0.61 t，并且溢洪道與壩體結合部位出現沖溝，產生塌陷。

2.3.5 人為活動

人為活動干擾也會造成土壤侵蝕的發生。本次調查中發現西峰區后官寨鎮王鐵村村民建廟，對700 m2土地進行平整，但沒有采取任何水土保持措施，在這次暴雨過程中造成了較嚴重的土壤侵蝕。經實地測量，沖溝上部長8 m、寬0.5 m、深0.4 m，侵蝕量為0.72 t，下部長5 m、寬2 m、深1.5 m，侵蝕量為6.75 t，總侵蝕量為7.47 t。慶城縣蔡家廟鄉有作業油井，井場未做邊坡防護，造成沖蝕。

2.4 水土保持效益評價

2.4.1 梯田工程建設

本次調查發現，有邊埂的梯田基本沒有發生損毀，可以很好地攔蓄徑流，使降水全部入滲，而沒有邊埂的梯田則在暴雨沖刷下出現了滑塌；靠近道路的梯田，由于道路匯水流入梯田后沿著地壟溝匯集到地勢較低處，形成了淤積或陷穴。這表明梯田工程實施后，及時配置地埂植物帶和田坎植物護坡極為必要。

2.4.2 水土保持措施

本次調查發現，水土保持措施減蝕效果顯著。林草植被覆蓋度高和配置工程措施的地區(已修建水平階，種植油松、側柏，蓋度已達85%以上)均未發生較明顯的侵蝕現象。澇池和溝頭防護工程沒有被沖毀，坡面林草植被蓋度已達到90%以上，能很好地減少徑流侵蝕。調查中發現未布設溝頭防護工程的溝頭，受暴雨徑流的沖刷侵蝕劇烈，如西峰區后官寨鎮一處溝頭，自1988年以來，在下切及重力侵蝕作用下，溝頭大量坍塌，不斷前進，至調查時溝頭已前進23 m，變寬4.5 m，變深8 m，侵蝕量達372.6 t。

2.4.3 治理流域與非治理流域對比分析

楊家溝和董莊溝為南小河溝中的兩條小支溝，位置毗鄰。從流域治理角度出發，楊家溝小流域以生物措施為主進行了水土保持治理。與未治理的董莊溝相比，楊家溝小流域的徑流模數減少了62.12%，侵蝕模數減少了80.03%，減水減沙效果顯著。暴雨過程中兩條小流域徑流及侵蝕情況見表4。

表4 楊家溝、董莊溝徑流及侵蝕特性對比

3 結論與建議

3.1 結 論

(1)在南小河溝徑流小區坡面中，當裸地小區坡度從5°增加到35°時，細溝總侵蝕量與坡度之間存在顯著的線性函數關系，決定系數為0.71。無邊梗梯田和排水不暢的土質道路均發生了不同程度的沖毀。

(2)水土保持植物措施和工程措施在此次暴雨中發揮了重要作用，在有林草措施和工程措施的區域基本沒有發生侵蝕。治理流域楊家溝與非治理流域董莊溝相比，前者的徑流模數和侵蝕模數分別減少了62.12%和80.03%。

3.2 建 議

(1)加大老舊梯田的維修力度，提高新梯田的設計標準。在此次調查中發現，梯田損毀的主要原因是沒有邊埂，因此應加強老舊梯田的維修力度，同時加強管理和養護，推廣地埂的管理養護技術和經驗，以減少地埂破壞。

(2)在此次暴雨中，林草措施和工程措施在控制水土流失等方面中發揮了重要作用。因此，要加強水土保持植物措施和工程措施的推廣力度，宣傳水土保持措施的重要性，提升水土保持工程管理水平與維護力度，實現建管并重，才能持續發揮其應有的功能。急需構建新時期水土保持管理與維護技術體系，為生態文明建設與區域生態安全保駕護航。