平涼市紙坊溝小流域壩系工程效益分析

宋永鋒，汝海麗，姚西文

(平涼市水土保持科學研究所，甘肅 平涼 744000)

紙坊溝小流域位于平涼市城南，涉及崆峒鎮、峽門鄉、柳湖鄉3個鄉鎮的8個行政村，總人口8 798人，流域總面積19.04 km2。流域地形地貌復雜，上游為土石山區，中游為黃土丘陵區，下游為黃土殘塬溝壑區。地勢南高北低，流域形狀系數0.275，最高分水嶺處的狼牙山海拔為2 085.00 m，入涇河干流處海拔為1 337.05 m。共有溝道120條，總長57.24 km，其中在八里廟水庫以上有東、西2條支溝，東溝長8.38 km，西溝長4.01 km。從東南分水嶺到西北主溝道出口，依次分布有黑壚土、草甸土、紅黏土、黃綿土、新積土五類土壤。屬北溫帶半干旱大陸性季風氣候區，年均氣溫8.9 ℃，年均降水量516.4 mm，年均蒸發量1 531.6 mm，年均日照時數2 346.8 h，年均無霜期248 d，年均風速1.99 m/s，最大凍土層厚52 cm。主汛期6—9月，平均降水量388.1 mm，占全年降水量的70.7%。

1 壩系概況

紙坊溝小流域土壤侵蝕以水蝕為主，面蝕廣泛，局部溝蝕伴有滑坡、泥石流等重力侵蝕[1-2]。流域內山高、坡陡、土松、水急，建壩前每逢暴雨就發生洪水，給下游城區人民的生命和財產安全造成威脅[3]。1954年,紙坊溝小流域被黃河水利委員會選定為重點治理試驗區和平涼市區治理洪水災害的重點區。同年，開始在紙坊溝溝口修建紙坊溝大型土壩，一期壩高24 m，1961—1965年又分3次總共將大壩加高了5.2 m。基于防洪的長遠考慮，1966年在紙坊溝水庫(一壩)上游4.1 km處修建八里廟水庫，1967年夏八里廟大壩(二壩)建成。從1974年起，紙坊溝治理由單壩建設向壩群建設發展，大、小壩并舉，主支溝共建，逐步形成壩系。如今，紙坊溝小流域壩系由功能互補、配套齊全、效益突出的大小17座壩組成，包括3座骨干壩，14座小型淤地壩、塘壩。截至2019年底，流域內有267.55 hm2水保林，603.43 hm2梯條田，174 807個水平溝、魚鱗坑、水簸箕等，580處澇池、水窖，255座溝道谷坊、截水堰，形成了以骨干壩為控制、谷坊及水保林為補充的溝道攔蓄工程防護體系。紙坊溝小流域壩系工程有效遏制了流域水土流失，改善了流域生態環境，保障了下游東城區度汛安全。紙坊溝小流域壩系工程在20世紀60、70年代黃土高原地區小流域溝道治理中具有典型性和代表性，是新中國成立后黨帶領平涼人民創新治水思路、改善生態環境，治水害、興水利的最大的民心工程。

2 監測概況

自1955年起，平涼先后設立了紙坊溝水庫(一壩)、八里廟水庫(二壩)、何家莊、東溝、西溝五個水文觀測站，定期對壩系進行大壩位移、沉陷、浸潤線、滲流、淤積等方面的觀測及全流域徑流泥沙觀測。2010年建立了紙坊溝水蝕監測點。近年來，為實現紙坊溝流域水文自動化監測，加強了紙坊溝小流域水文觀測基礎設施建設和自動化監測儀器的購置安裝。至今，紙坊溝小流域已經積累了60多年的水文氣象資料，匯編出版了《1955—1982年黃河中游涇河紙坊溝流域水土保持徑流泥沙整編成果》《1983—2004年黃河中游涇河紙坊溝流域水土保持徑流泥沙整編成果》，并在此基礎上完成了“紙坊溝流域徑流泥沙觀測資料成果整編及水土資源高效開發利用模式研究”“平涼市紙坊溝流域水沙特性及水土流失特點研究”兩個課題。

3 壩系工程效益分析

3.1 生態效益

紙坊溝水庫前期蓄水9年，八里廟水庫前期蓄水4年，大拐溝、小拐溝、高莊壩至今仍在蓄水，現蓄水5.63萬m3。蓄水對美化環境、增加空氣濕度、改變小氣候、減少下游河道沖刷、促進周圍植物生長等效益顯著。壩系可增加入滲水量，這些入滲水量既能補給下游城區地下水源，又能提高兩岸溝坡土壤含水量，有利于作物生長。

截至2019年底，10多座水庫、淤地壩群年均攔泥量5.21萬t，滯洪攔泥庫容 269.67萬m3，減少了下游河流、渠道和水庫的淤積，有利于排洪泄洪。壩系建設抬高了河床、谷坡的侵蝕基點，遏制了庫區的沖刷和面蝕，研究表明，梯壩地可削減徑流[4-5]。據測算，建壩前流域土壤侵蝕模數為8 245 t/(km2·a)，2019年土壤侵蝕模數為4 500 t/(km2·a)，年均減少溝蝕46 340 t；建壩前主溝道每年沖刷下切0.25～0.40 m，建壩后(1988年)有9.75 km的主溝道停止了沖刷和擴張，水土流失面積減少44 hm2[6];截至2019年底，流域水土流失治理面積達到14.79 km2，流域水土流失治理度由20世紀50年代的11.92%提高到76.2%，流域生態環境趨向良性發展。

3.2 經濟效益

紙坊溝小流域17座淤地壩和塘壩，除有3座塘壩仍在蓄水外，其余14座壩已淤積成壩地，原來迂回曲折的溝道變成寬、平、緩的溝壩地，截至2019年底，流域內共有溝壩地54 hm2。淤成的溝壩地除增加耕地面積外，還提高了地力。據測定，溝壩地有機質含量較一般溝地高，速效磷含量達12.84 mg/kg、速效鉀含量達75.14 mg/kg，是旱澇保收的基本農田。紙坊溝水庫以下至溝口的兩岸城區，因河道逐年淤積，增加土地面積5.3 hm2，現已全部用于建設工廠和居民點。

淤地壩建設及壩地淤積使壩地兩面溝坡上的梯田種植作物的適宜性提高，農產品種類也隨之增加，產量大幅度提高，農民生活水平也大幅提升[7]。1964年以來，溝壩地陸續種植利用，逐步投入農林牧業生產，提高了流域內糧食、油料、水果、蔬菜產量和牲畜出欄率，既解決了流域內群眾溫飽，又增加了經濟收入。目前，流域內部分農戶依托區位優勢，開展壩地多元化種植，發展庭院經濟，截至2019年底，已建葡萄園 12.5 hm2、桃園 8.2 hm2、蘋果園7.4 hm2，壩地年產值達到898.26萬元。

另外，上游壩系攔蓄了水沙、分散了洪水、減輕了洪水危害的同時，還減輕了下游河道治理和配套設施建設的壓力。紙坊溝下游排洪渠通過市區，按城防要求應按50年一遇洪水設計，100～200年一遇洪水校核，紙坊溝小流域建壩系后，經過滯洪調節，使紙坊溝流域50年一遇的洪峰流量由161.28 m3/s減小到30 m3/s，200年一遇的洪峰流量由376.55 m3/s減小到152.00 m3/s，大大減小了過水斷面，減少了下游河道治理工程量，節約了資金。由于紙坊溝小流域壩系的滯洪削峰作用，排洪渠上橋梁的設計規模降低，橋長由40 m縮減到20 m，雙跨變為單跨，節省了人力、物力、財力。

3.3 社會效益

歷史上由于嚴重的水土流失，紙坊溝是危害平涼城區安全的最大害溝。據府志記載，“明嘉靖六年(1527年)六月，大雨、雷、晝晦，浚谷(今紙坊溝)水暴漲，壞東廓(今中山橋東)、自新街、太平橋、儒學、稅務廂等，東及組谷(今水橋溝)，樓觀、室、屋皆漂沒，墊士女工賈以萬計，或漂至西安之涇陽，高陵交口，得其貲貨尸。”[6]此段府志證實了1527年洪水曾淹沒半個平涼城，此后歷代地方官視在南河道(今紙坊溝經城區段)筑城御水為德政。然洪水危害仍不止，據史料統計，清道光年間，洪水暴發一次就致死100余人；1947年7月洪水沖走數百人，死亡13人，沖倒房屋無數，損失慘重[6]。

根據《平涼地區水利志》記載，新中國成立以來，平涼地區共有兩次特大暴雨，一次為1957年7月24日50年一遇的大暴雨，一次為1996年7月26日100年一遇的特大暴雨，其余年份暴雨強度相對較小。其中，1957年7月24日大暴雨，7 h降雨122 mm，最大降雨強度2 mm/min，洪峰流量達到158 m3/s，紙坊溝水庫壩前水深20.6 m，泄水洞、溢洪道全閘泄洪，剛修建的一壩經受住了大暴雨的考驗，水庫儲蓄了大量的雨水徑流，大壩攔減了下泄洪量，下游無經濟損失；1996年7月26日特大暴雨，10 h降雨153.3 mm，最大降雨強度2 mm/min，平涼城區部分地段遭受洪水侵襲，倒塌房屋345間，沖毀公路和城市基礎設施多處，直接經濟損失達4 800余萬元，但由于紙坊溝小流域壩系的滯洪削峰作用，沒有對下游造成災害。雖遭受兩次特大暴雨，但無人員傷亡，有效地保證了平涼城區人民群眾的生命安全。紙坊溝是一條害溝的印象已在平涼市人民記憶中消失，這方面的社會效益是不可估量的。

紙坊溝小流域內過去交通極為不便，通行道路為羊腸小路，除人擔畜馱外，車輛根本無法通行，嚴重影響了當地經濟的發展。壩群建成后，許多阻隔交通的大小溝壑由壩體將兩岸連通，汽車、拖拉機暢行無阻，至2019年底，流域內已建連村景觀路12 km、連戶路31 km、連城路4 km，內外交通極為方便。

4 結 語

紙坊溝小流域壩群防御體系運行了60多年，達到了原設計防洪攔泥的目的，是一項防治洪水災害、保障平涼東城區10萬余人生命財產安全、有利于當地城鄉建設的小流域綜合治理工程。近年來，平涼市多方籌措資金，實施了水庫除險加固工程、山洪溝道治理工程、人畜飲水工程、以壩代路工程等，保障了平涼東城區防洪安全，促進了地方經濟發展，對實施黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略具有一定的借鑒意義。