水土保持综合治理技术浅析

水土保持综合治理技术浅析

1水土流失现状固春河小流域位于河南省汝阳县城南15公里的山区，总面积43.58公里。多年平均降水量700mm,其中60%以上集中于6～9月间,且多以暴雨形式出现,最大日降雨量为200mm,年水面蒸发量为1165mm,干旱指数为1.66。该流域治理前水土流失面积达29.49km2。淮河水利委员会于1986～1991年间将浑椿河小流域作为试点,按照山、水、田、林、路综合治理的总体要求,主要抓了工程治理措施、生物治理措施和耕作治理措施。工程治理措施主要是修建17座拦沟集流坝、108孔水窖(窑)和66个池塘,总共可蓄水14万m3,同时修筑石谷坊659道,淤地造地26.33hm2;生物治理措施主要是营造水土保持林1376.4hm2、经济林309.2hm2、封山育林871.6hm2,同时还在地埂栽插二花、黄花菜313万墩,四旁植树62万棵,使林草覆盖率由治理前的26.73%提高到85.5%;耕作治理措施主要是大力开展坡地改梯田,先后修成石坎梯田121.53hm2。经过治理,浑椿河小流域的年土壤侵蚀量由治理前的11.93万t降到了现在的不足2万t,治理程度达到83.3%。2综合效率分析2.1工程管理措施的效率分析2.1.1在一定范围内发挥了水、沙调节效益窖(窑)、池、坝等集雨工程的生态作用主要是蓄水调洪、拦淤泥沙。现以十八盘乡大桥沟坝(坝控面积0.8km2、库容1万m3)和西沟坝(坝控面积0.74km2、库容6000m3)两个坝下断面的观测资料以进行生态效益分析(表1、表2)。从表1和表2可以看出,大桥沟末坝下游观测断面处在建坝前后的相似洪水过程中(假设前期影响雨量相同),其减水效益是削减产流过程平均洪峰的45%(另据观察,推迟洪峰形成时间约2h),在全降水过程中减沙效益为85%;西沟末坝下游观测断面处在建坝前后的相似洪水过程中,其减水效益是削减产流过程平均洪峰42%,推迟洪峰形成时间约为1.5h,在全降水过程中的减沙效益为76%。从表1和表2还可以看出,这两处坝系工程的调洪拦沙规律及作用基本相同,因此可以该两项工程的效益指标平均值来推算全流域17座集流坝在次降雨产流过程中所发挥的水、沙调节总效益,推算结果分别为削洪19万m3、减沙6600t。再按当地年降水的60%是产生在汛期、大约形成3～5次产流过程推算,17座集流坝的年均总削洪量则为76万m3,减沙量为2.6万t。另外,水窖(窑)、蓄水池作为以蓄水为主要效益的集雨工程,按年均蓄水5次(其中汛期两次)推算,可调蓄3万m3的径流量以避免形成山洪;谷坊一般是作为集流坝的附属工程而布设的,一般3～5年即被淤平,其年拦沙量约为3万t。综上所述,浑椿河小流域内以坝、池、窖为主要形式的集雨工程,其水、沙调节效益为年均削减洪量79万m3、拦滞泥沙5.6万t。另外,这些工程所蓄之水主要是用于山区的旱季灌溉。灌溉时,除部分水量消耗于湿润土壤、浸润带蒸发及渠系损失以外,还有一部分水量将通过渗漏而形成土内径流,最终排入山区河道,从而维系山区河道的旱季不致断流,这也是浑椿河小流域自20世纪90年代以来,在其他相邻地区河道多次断流的情况下一直保持不断流的重要原因之一。2.1.2坝阶地典型增收率高,实际生产力更窖(窑)、池、坝等集雨工程的直接经济效益主要是通过农田灌溉获取作物增产而实现的。为较准确地掌握灌溉水的增产数量,汝阳县水利局和十八盘乡水利站在马寺村土质、农作物及耕作方式等其他条件均相同的情况下做了灌与不灌的对比试验,试验结果如表3所示。由表3可以看出,梯田种植小麦、玉米在正常年、干旱年和丰水年3种年份中,灌溉比不灌溉可年均增产4455kg/hm2。按照这一典型增产幅度推算,浑椿河小流域建设的191处集雨工程共发展水浇地50hm2(90%为梯田地),可实现年增产主粮222.75t,按近年夏、秋综合粮价1.2元/kg计算,相当于增加经济效益26.73万元。谷坊作为集雨工程、尤其是集流坝的必配附属工程在小流域治理中分布很广,它的直接经济效益是通过拦泥淤沙形成质地更优的坝阶地。据汝阳县水土保持科学技术试验推广站会同农业技术部门的监测研究,当地坝阶地与其上游的斜坡地相比,有机质含量、全氮、全磷及速效氮磷钾可分别高出1.8,1.54,1.23,1.41,1.36和0.97倍,同时细沙含量增加8%～9%,粘粒含量增加10%～13%,土壤毛管持水量增加5%～6%,饱和持水量增加8%～9%,作物生长条件比梯田更加适宜。典型调查如表4所示。根据调查,坡耕地正常年、干旱年和丰水年3个典型年的平均单产为3000kg/hm2,而对应之坝阶地的平均单产则高达7185kg/hm2。按此推算,浑椿河小流域在治理过程中新增坝阶地26.33hm2,则相当于增加粮食收入18.92万kg,亦即相当创收22.7万元。2.1.3消减消费,减贫开发集雨工程主要有3项社会效益:①解决了2825人的生活饮水困难,使这些农户的劳力在农闲时得以摆脱繁琐的挑水生活而外出务工,提高副业收入。据调查统计,全流域近年平均外出务工劳力达500人,直接创收150万元以上。②推动了畜牧业的发展。2000年,浑椿河流域有大牲畜1613头、猪2711头、羊3007只、家禽20814只,分别是治理前的1.67倍、1.78倍、4.5倍和2倍,畜牧业产值则比过去同期高出一倍以上。③繁荣了山区小集镇经济和加工业。过去的乡政府所在地形同农村,通上自来水后也使得旅馆餐饮及农副产品加工业应运而生。20世纪80年代以前小流域内的第二、第三产业产值几乎为零,到2000年已达100万元以上,已成为山区经济的重要组成部分。2.2生物治理措施的有效性分析2.2.1水土保持工程效益分析营造水土保持林和经济林的主要生态作用是通过林冠拦截雨滴、落叶调节地表径流及林地涵养水分以达到削峰减沙之目的。汝阳县水土保持科学技术试验推广站和十八盘乡水利站在2003年夏、秋季节的降雨过程中,对当地的主要树种槐树、栗树及灌木丛的截留雨滴情况进行了观测(表5)。结果表明:当降雨量为0.1～5mm时,雨水截留率为25%～40%;降雨量在大于40.1mm时,乔木雨水截留率为5%以下;雨水截留效果不明显,但灌木雨水截留率要远高于乔木。表5数据说明乔木林冠雨水截留效果对中小强度降雨较为明显,而对较大强度的降雨则十分有限。林地表层的枯枝落叶对保护土壤、增加地面糙率、分散径流、减缓流速以及促进挂淤十分有利。汝阳县水土保持科学技术试验推广站和十八盘乡水利站2003年对浑椿河流域25°～30°坡面上的刺槐、栗树混交阔叶林地的枯枝落叶进行了多点观测,推算出当地枯枝落叶的单位面积平均保有量为30t/hm2,相应持水量为32mm。降雨除了产生地表径流和被冠层、枯枝落叶层的截留之外,进入土壤中的水分有相当大部分要被土壤贮存,其余部分则可能向下方运动而最终进入河槽或直接再向下渗透到深层变成地下水贮存起来。据汝阳县水土保持科学技术试验推广站研究,以栗树、刺槐为主的水土保持林根系发达,大孔隙众多,每公顷可涵养水分225～345m3(草坡为150m3左右)。综上所述,降雨经林冠层的第一次分配和枯枝落叶层的第二次分配以及土壤矿物质层的第三次分配后,大致可调控总雨量60mm以上(即小于60mm的次降雨量一般就不会产生径流),这对削减汛期洪峰有一定的积极作用,而且这部分水量还可以在汛后补充到林木的蒸腾需求中去或渗入山区沟道。据汝阳县水土保持科学技术试验推广站及十八盘乡水利站观测,林地汛后一般能够出现侧渗(排到沟河里)的时间为10～15d,这对山区水资源的开发利用十分有利。但是,如果长时间无雨,林地持水量低于其蒸腾蒸发需求时,则需要由其他水源进行补充。据汝阳县水利、林业部门评估,正常年份的林木需补水量依树种的不同约为20～30mm。汝阳县的干旱指数为1.4～1.6,表明当地总体上是蒸发大于降水,属于干燥性气候,欲保障林木的正常生长在非汛期还是需要补充水量的。浑椿河流域现有天然及人工林2557.2hm2,年均约需生态用水64万m3,其中新植水土保持林及经济林所需要的生态用水为42万m3,这样和前面所述的3次调水效益统算起来,在治理过程中新造的水土保持林及经济林的净涵水量只有59万m3。这些数据说明生物治理措施在发挥生态效益时是有条件和代价的。当然,生物治理措施的生态之效应还是积极的,只是应当实事求是地认识造林育林的两面性。2.2.2g/hm2、灌木林水土保持林及灌木林的直接经济效益是每年修枝产生的木材。这些木材可以用于培植香菇或用作燃料。据调查,水土保持林每年平均可修枝1500kg/hm2、灌木林每年可修枝750kg/hm2,则全流域1363.1hm2乔木林和13.3hm2灌木林全年总可修枝205.46万kg,按市场价0.05元/kg计算,相当于创收10.273万元;经济林可产果600kg/hm2,309.2hm2经济林则可产果18.55万kg,相当于年创收18.55万元。两者合计相当于年创收28.823万元。此外,据初步测算每年可增加木材蓄积量5000m3以上。2.2.3香菇和杂草生物治理措施的主要社会效益也有3个:①带动了香菇加工业的兴起,现在全流域可年产香菇5万袋,年创收37.5万元;②封育出的野草为畜牧业的发展提供了充足的饲料来源;③林、菌、果业的发展催生了众多的经商户和经纪人,促使山里人走出了山门,奔向了市场,获取了难以计算的收益。2.3管理措施的有效性分析2.3.1保水、保土、保肥作用浑椿河流域的耕作治理措施主要是坡地改梯田,其生态作用主要是保水、保土和保肥。汝阳县水土保持科学技术推广站和十八盘乡水利站近年对梯田的保水、保土和保肥作用进行了多次测定,以评价其生态效益(表6、表7)。由表6、表7及进一步的监测显示,梯田和一般坡耕地相比,每公顷可保水180～225m3、保土60～75t,总孔隙度增加5%～10%,毛管孔隙度增加14%～15%,从而有效地提高了土壤的通气性、渗透性和持水性,进而使土地越种越肥,这是梯田能够保持和提高作物单产的重要物质基础。2.3.2不同结构复种指数以水平梯田为主的农业耕作治理措施,其直接经济效益就是促使作物的增产增收。由表8可以看出,坡地改造成梯田后,复种指数可提高0.62～0.64,单产年增加3225～4050kg/hm2。浑椿河流域在治理过程中新修梯田累计达121.5hm2,平均可年增粮食431t,按夏、秋综合单价1.2元/kg计算,相当于增收51.72万元。2.3.3管理措施的社会效应水平梯田的社会效益主要是有利于机耕和田间管理,方便于灌溉和运输,大大减轻了劳动强度和投入量。3治理效益分析工程、生物、耕作3大治理措施作为综合治理小流域水土流失的手段,从理论上讲是无可非议的,也是早被学术界和生产领域所共同接受的实践经验。但是,具体到一个区域、一条流域而言,究竟以何种措施为主,如何优化工程、生物、耕作治理措施的结构则事关治理的成效,必须通过效益评价进行确定。水土流失的治理效益一般可分为生态效益、经济效益和社会效益,根据国家近年有关对生态环境建设工程的政策调整导向,在进行水土流失治理方案的效益评价时,一般应将生态效益作为第一评选项、经济效益和社会效益分别作为第二、第三评选项进行对比分析。在本研究项目的生态效益对比方面,以调蓄降水为例,工程治理措施可调节79万m3位居首位,生物治理措施可调节59万m3,