鞏乃斯流域典型灌溉區水土流失預測與防治研究

賈明國

（新疆伊犁州水利電力勘測設計研究院，新疆 伊寧 835000）

鞏乃斯河是伊犁河3大支流之一，流域面積為7677km2，全長235km。鞏乃斯河流域降水量相對豐富且呈垂直分布，加之河谷兩岸植被較好，鞏乃斯河水源相對充足穩定。因此隨著改革開放的逐步深入，該區農業灌溉各項事業蓬勃發展，水利基礎設施建設不斷加強，土地灌溉面積日益擴大，面積已達2.47萬hm2。然而大量灌區灌排骨干工程和配套工程在一定程度上加劇了該區水土流失，新增水土侵蝕量對灌區經濟發展及農牧業生產造成不利影響。因此如何準確預測水土流失并有效防治是當前亟待解決的重要課題。

1 研究區自然地理概況

1.1 地形地貌

研究區位于鞏乃斯河下游北岸，呈東西向帶狀分布，灌區南面是鞏乃斯河，自東向西流淌，北面為阿吾拉勒山，地形北高南低、東高西低，總地勢由東向西傾斜。除東部的則克臺溝、鐵木里克溝等形成小沖積扇突出起伏外，大部分土地連片且地形比較平坦，由河灘、谷地、丘陵3部分組成。灌區東西平均坡度為1/1200，而南北坡度較陡，為1/30～1/80，海拔高程為800～900m。

1.2 氣象水文

研究區獨特的地形地貌有利于遠程接納來自西風帶大西洋及地中海等水域的暖濕氣流，因而灌區內降水相對較多，氣候溫和，水量豐沛，土壤肥沃。多年平均氣溫8.1℃；平均降雪日數為40d；年日照小時數為2693.5h；無霜期150d；年平均風速大于2.1m/s；最大風速大于20m/s，風向W；歷年最大凍土深度1.2m；多年平均降水量為479.7mm，多年平均蒸發量為1285.8mm。降水主要集中在4～7月，占全年降水量的49.2%～52.5%，其中5月份降水量年內最大，占全年總降水量的13.3%～15.0%。研究區氣溫、降水、蒸發呈現出明顯的垂直分布。

研究區灌溉水源主要引自鞏乃斯河水，雖然流域面積不大，河道流程短，但水系卻相對發育，年際變化穩定，有利于灌溉引水。

2 水土流失現狀分析

研究區雨量充沛，氣候相宜，森林密布，牧草茂盛，植被優良，水土流失微弱，河流含沙量僅為0.37kg/m3，是伊犁河3大支流中泥沙含量最小的。據水文站實測，多年平均輸沙量為52.7×104t，懸移質泥沙的年內分配與徑流年內變化也基本一致，并且較徑流更為集中。年內分配不均勻主要集中在汛期，4～7月輸沙量為39.4×104t，占年內輸沙總量的74.8%。

根據前人研究成果，該區屬于平原微度水蝕治理區，區內土壤平均侵蝕模數背景值為385t/（km2·a），然而大量農田水利灌溉干渠及配套建設工程穿行于丘陵邊緣及傾斜平原上，該區土層為大孔隙濕陷性黃土地基，高差為5～20m，且南北向縱坡大，為1/20～1/100，坡面積雪在春季溶化形成徑流，加之工程施工過程中產生的棄土、棄渣不合理堆放等因素，將造成輕度水力侵蝕的水土流失。此外，研究區所屬區域年平均風速為2.1m/s，最大風速為20m/s，風向W在春季地表植被還沒有恢復及秋季植被逐漸退化時，具有起沙條件。因此可能導致微度風力侵蝕。

3 水土流失預測與評價

3.1 預測方法

3.1.1 擾動原地貌、損壞土地及植被情況預測方法

通過查閱本工程的設計技術資料，利用設計圖紙，結合實地查勘，調查工程經過地段的水土流失和水土保持現狀，對項目建設的主體、臨時工程及配套的設施在建設期開挖擾動地表、占壓土地和損壞植被的程度和面積分別進行統計和預測。

3.1.2 臨時棄渣情況預測方法

嚴格按照主體工程的設計成果和施工組織進行綜合分析，了解土石方開挖量、回填量之間的關系，預測各時段各區域的臨時棄渣量。

3.1.3 損壞水土保持設施預測方法

對工程中損壞的水土保持設施及植被面積、數量進行分類統計。

3.1.4 可能造成的水土流失總量預測方法［1－2］

通過現場調查（各類比點）采樣分析并結合工程地質資料，統計各侵蝕面的土壤類型、各粒徑的百分比組成；結合工程組成部分具體施工工藝和施工進度，對施工區、料場、施工道路等不同區域的流失量采用數學模型與類比法相結合的方法進行預測。對于工程運行中造成的侵蝕量，按預測模型（1）、（2）計算：

式中 Fi為項目區面積（km2）；Mi為擾動后侵蝕模數（t/km2·a）；M0為原地貌侵蝕模數（t/km2·a）；Ti為預測時段（a）；Si為堆渣表面積（km2）。

3.2 預測結果

3.2.1 工程擾動原地貌、破壞植被的面積

根據主體工程資料，結合野外調查，確定工程擾動地貌、破壞植被面積共43.96hm2。 其中永久占地21.20hm2，臨時占地22.76hm2。

3.2.2 損壞水土保持設施面積的預測

水土保持設施是指具有水土保持功能的一切實物的總稱，如原地貌、自然植被等均具有水土保持功能，應視為水保設施。因此，研究區灌溉工程破壞水土保持設施面積即為破壞荒地植被、天然河灘地等具有水土保持功能的面積43.96hm2。

3.2.3 棄土、棄石、棄渣量預測

在對渠線進行整修、清理的過程中將產生大量的棄土、棄渣。其中棄渣量為6067m3，包含漿砌石、混凝土拆除。棄土量為102595m3，大多為渠道和渠系建筑物清基、開挖土方，此外，渠道還需要外運土方100161m3。合理解決這些棄土棄渣的臨時堆放、回收利用、永久堆放等問題是本次水土保持工作的重中之重。

3.2.4 水土流失量預測

根據現場檢測及類比同類項目，該項目施工期需要20個月，建設期工程新增水土流失量為1166t，建設施工產生的棄土、棄渣造成的水土流失量為453t，預測項目施工期總計新增水土流失量為1619t。

4 防治對策

4.1 防治目標［3－4］

根據研究區所屬區域的自然條件、水土流失背景、區域水土保持規劃等，對本水土保持方案的實施提出以下6項目標，用以指導方案編制時的防治措施布局，同時作為水土保持工程的驗收指標。

（1）與主體工程設計相結合，對防治責任范圍內采取工程措施和植物措施、臨時措施和永久措施的防護體系，治理工程施工破壞區域，減輕施工造成的水土流失，使擾動土地治理率達到95%以上。

（2）使由于本工程的施工造成的水土流失面積的治理度達到95%以上。

（3）利用有效可行的防治措施，預防和治理工程建設新增的水土流失，使工程建成后的土壤侵蝕模數的控制比達到1.5以上。

（4）對工程施工中產生的棄渣進行擋攔，使攔渣率大于95%。

（5）對渠道兩側及邊坡、棄土、棄渣場、生產、生活管理區、場內交通等占地區域，按照“適地種草”的原則布設生物措施，使渠道沿線防治責任范圍內林草植被逐步得到恢復，使植被恢復率達到98%以上，使除渠道及巡渠路以外責任范圍的林草植被覆蓋率達到25%以上。

4.2 防治措施設計

4.2.1 渠道施工區水土保持措施

在施工期應加強施工管理，嚴格限制渠道施工區域，以減少對渠道沿線水保設施的擾動。在渠道開挖與回填邊坡上，選擇當地適生品種草籽如蒿草、禾草、木地膚、沙打旺等進行綠化，人工養護1a，增加植被覆蓋度，防止水土流失，共計種草面積7.02hm2，播種量為19kg/hm2。在干渠關鍵段沿線兩側種植喬木林帶，選擇新疆白楊、榆等樹種，林帶寬度7.5m，分4排種植，間距2.5m×2.5m，植樹面積6.31hm2。

4.2.2 料場水土保持措施

合理布置砂石料場，其中砂礫凈料場位于干渠引水樞紐下游500m的河灘，屬于外購料場。砂礫石料場開采后，對開采跡地進行適當開槽導流，待洪水期，依靠河床自然淤平。開采后選擇當地適生品種草籽如蒿草、禾草、木地膚、沙打旺等進行綠化，人工養護1a，增加植被覆蓋度，防止水土流失，土料場共計種草面積5.01hm2，播種量為19kg/hm2。

4.2.3 棄渣處置水土保持措施

為了盡量減少二次水土流失的發生，本次將棄渣場設置在渠道北側低凹處，經實地調查，本期實施渠段沿線北側低凹處容量滿足要求。棄渣采用臺體堆放型式，為碾壓回填，堆放外邊坡坡度為1∶1.5，表層利用渠道清基腐殖土進行土方平整，后播撒當地適生草種（植草技術同上），進行植物養護，合計植草面積為0.30hm2，棄渣為永久堆放，共計棄渣回填6067m3。工程棄渣場為天然凹地，采取水保措施后不會產生地表徑流而造成水力侵蝕；棄渣回填后采用播撒草籽的措施保持地表水土，不會產生風力侵蝕。

4.2.4 棄土處置水土保持措施

由于棄土是由渠道沿線工程土方開挖產生的，因此計劃將它就地回填至渠道沿線南側邊坡上。土方回填時必須按照渠堤設計的干容重進行碾壓，后播撒當地適生草種，具體植草技術同上。

4.2.5 渠系建筑物施工區水土保持措施

建筑物施工過程中混凝土拌和、砂礫料篩分等工序，如果管理不善將產生施工廢渣。施工過程中應加強管理，以減少廢渣排放量，完工后施工單位自行將施工廢渣清除，統一運往指定施工垃圾回收場。

4.2.6 場內交通水土保持措施

工程場內道路均為土質路面，在施工過程中應經常灑水養護，防止風力侵蝕。要加強運輸車輛的管理，盡量減少臨時道路的占地面積。此外，在工程施工完成后，應對道路占地區域土地平整后進行植被恢復。

4.2.7 施工生產、生活管理區水土保持措施

在施工過程中應加強管理減少生產生活管理區占地面積。在工程施工完成后，應對臨時占地區域土地平整后進行植被恢復。

［1］王悅，韓露，劉莎.泰來縣抗旱灌溉引水工程水土流失預測［J］.黑龍江環境通報，2009，33（3）：20－22.

［2］劉芳.開發建設項目中水土流失預測研究綜述［J］.中國科技信息，2009（9）：64－65.

［3］GB/T16453.1－15453.6—1996，水土保持綜合治理技術規范［S］.

［4］SL204—98，開發建設項目水土保持方案技術規范［S］.