寧夏紅寺堡移民開發區土壤侵蝕監測與評價

張勛瑞，董平章，于子江，梁軍泰，劉月紅，顧軍虎

(1.寧夏清溪水土保持技術服務中心，寧夏銀川750001;2.隆德縣水務局，寧夏隆德756300)

寧夏紅寺堡移民開發區位于寧夏回族自治區中部的干旱草原區，地理位置介于東經 105°45'—106°30'、北緯 37°10'—37°39'之間，海拔1 240—1 450 m，土地總面積 881 km2，行政區域涉及紅寺堡鎮、太陽山鎮和大河鄉、南川鄉2鎮2鄉。開發區于1997年5月11日奠基開工，2005年10月18日水利工程建成試通水，2007年11月30日土地開發與水利工程通過自治區政府組織的聯合驗收，監測工作于2000年5月開始至2010年12月結束。

1 開發區自然狀況與項目建設概況

1.1 自然狀況

紅寺堡移民開發區地處溫帶大陸性季風氣候區，年均氣溫8.4℃，年均降水量188.7 mm，7—9月降水量占61.8%，年水面蒸發量1 500 mm，全年日照時數3 036.4 h，無霜期140～170 d，年大風日數31 d，最大風速38 m/s;主要氣象災害有干旱、沙暴、霜凍、冰雹等。土壤主要為灰鈣土和淡灰鈣土;植被類型為干旱風沙荒漠草原植被，開發前平均植被覆蓋度為15%。

1.2 項目建設概況

紅寺堡移民開發區開發利用面積681 km2，灌溉凈面積5萬hm2，灌區控制高程1 450 m，設計引水流量25 m3/s，累計凈揚程266.35 m，總裝機容量10.16萬kW，年引水量3.04億m3，水源取之于寧夏中寧縣黃河干流。水利工程建設的主要內容有:主、支級泵站14座，揚水干渠5條長97 km，支干渠9條長181.42 km;各類水工建筑物580座，金屬結構安裝10 826.13 t;布置斗渠1 817條長948 km、農渠5 545條長2 291 km;動用土石方5 477.62萬m3，總投資36.69億元。項目建成后，安置寧夏“西海固”山區8縣移民31萬人，人均有水地0.1 hm2，建設114個中心村，建設公路195.2 km、鄉村道路3 205.88 km。規劃灌區農業種植用地占80%，農田防護林及經濟林等用地占20%。

1.3 開發建設引起的水土流失問題

項目開發面積占開發區總面積的77.3%。開發中水利、移民、整地、道路和供電設施等建設擾動面積大、強度高，使地表原有的結皮和植被遭到破壞，土地裸露，加大了區內水土流失;由于項目區以風蝕為主，工程開挖和堆棄改變了微地形，造成松散碎屑物大量存在，加大了風蝕，使原有的土壤侵蝕模數2 600 t/(km2·a)﹝其中水蝕600 t/(km2·a)，風蝕2 000 t/(km2·a)﹞成倍增加。

2 防治責任范圍及防治措施布局

2.1 防治責任及監測范圍

由寧夏水利廳2000年3月批準的水土保持方案中確定的水土流失防治責任范圍總面積681 km2，其中建設區面積365 km2，包括土地整治直接影響區面積316 km2。本項目監測區面積為365 km2。

2.2 水土保持防治措施完成及布局情況

2.2.1 工程措施

按照防治分區，工程措施可分為水源區、灌區、供電工程區、移民工程區，各類工程措施完成情況見表1。

表1 監測區各類工程措施完成情況

2.2.2 植物措施

在完成的水土保持植物措施中，造林成活率為87%，種草成活率為95%，建設區林草覆蓋率為23.1%。植物措施完成情況見表2。

表2 監測區植物措施完成情況

2.2.3 臨時措施

臨時措施主要采取了灑水、彩鋼板攔擋措施和施工場地及道路鎮壓覆沙措施。

3 土壤侵蝕監測方法

3.1 監測點布設

根據批復的水土保持方案，針對主體工程建設的內容和特點，開展的監測面積為365 km2，其水土流失監測點總體布局見表3。

表3 監測區水土流失監測點總體布局 個

3.2 監測方法

3.2.1 土壤流失監測

采取地面監測、調查監測和巡查監測相結合的方法進行土壤流失監測。面積監測主要利用GPS進行定位控制，土壤流失量采取徑流小區、風蝕小區、卡口徑流站法和侵蝕溝量測法進行監測。

(1)徑流小區法。針對已經擾動的開挖面和堆填坡面修建徑流觀測小區;侵蝕背景值監測選擇在坡耕地、草地布設徑流小區，坡度取灌區原地面坡度的平均值。徑流小區長20 m、寬5 m，面積100 m2。

(2)風蝕小區法。小區長20 m、寬10 m，面積200 m2。

(3)控制斷面卡口徑流站法。根據溝道水位觀測結果和三角量水堰計算流量，三角量水堰設計按有關技術手冊進行。

(4)點工程和線工程土壤流失調查法。水力侵蝕土壤流失量采用侵蝕溝樣方測量法;風力侵蝕土壤流失量選擇插釬法，其計算式為

式中:A為土壤流失量，t;Z為土壤侵蝕深度，mm;S為侵蝕面積，m2;γ 為土壤容重，t/m3;φ 為坡度，(°)。

3.2.2 環境變化監測

工程建設引起的地形地貌、植被、水流等變化情況，占用、擾動土地面積，工程挖填方數量、棄土棄渣數量等，采用先從設計圖紙、主體工程報告中尋找，然后到實地落實其數量及變化的辦法。監測中，如灌區水地改造填埋了部分小侵蝕溝、改變了少部分水系原匯流路線等，都應記錄在檔案中。

3.2.3 水土流失危害監測

水土流失危害監測內容主要包括重力侵蝕、泥石流、土地沙化、干支渠道風蝕掩埋和水力沖毀等調查，采用典型調查和定點觀測相結合的方法。

3.3 監測時段及頻次

根據工程類型、特征和建設進度及監測要求等確定監測時段及頻次:①項目占地面積、擾動面積、棄渣及堆土情況，于每年的 2、3、4、6、8、9、10、12 月月底各實地調查 1 次，重點監測期為施工期4年和植被恢復期3年，連續監測7年。②各項水土保持措施實施情況，在措施實施時調查基本情況，12月底調查完成情況，次年8月調查保存情況。由于林草措施完成較晚，每年4、8、12月月底各監測1次，連續監測10年。③棄渣流失量在每年的4、6、8、12月月底各監測1次，根據工程建設情況連續監測7年。④土壤流失量在每年2、4、6、8、12月月底各監測1次，如遇大風或暴雨，應于大風或暴雨后及時增加監測次數，連續監測10年。⑤各項防護措施的完好程度于每年的汛前、汛后和年底各監測1次，連續監測10年。⑥土地整治面積于工程開工前和結束后各監測1次。

4 監測評價

4.1 土壤流失量及土壤侵蝕模數變化

對2003—2010年土壤流失監測情況(表4)進行分析的結果表明，監測區土壤流失量隨著擾動程度的減弱和林草植被的恢復而顯著減少。

對2003—2010年土壤侵蝕模數遞減變化情況(表5和圖

表4 土壤流失量及其隨時間的變化

1)進行分析可知，土壤侵蝕模數隨著擾動程度的減弱和林草植 被的逐漸恢復而下降。

表5 監測區土壤侵蝕模數變化t/(km2·a)

圖1 監測區土壤侵蝕模數變化

4.2 水土保持措施的減沙效果

根據監測期土壤侵蝕模數值(表6)分析，不同水土保持措施的減沙效果為:土地整治減沙率為19.57%，工程護坡為50.00%，造林為65.22%，種草為71.52%。

表6 不同水土保持措施的減沙效果 t/(km2·a)

4.3 起沙風速值

使用定點固定和手持風速儀觀測距地面2 m處的風速，通過對地面組成物質尤其是對風沙土粒徑的研究，可知0.1—1 mm粒徑風沙土的起動風速為4.0～7.2 m/s。紅寺堡開發區起沙風速監測值見表7。

表7 監測區起沙風速值

5 幾點建議

(1)加強開發區農業耕作措施。在水土保持治理中，除繼續搞好防護工程和林草建設外，建議耕作中采用深松改壟、作物間作套種、增加地面覆蓋、農林間作及留茬免耕等耕作技術，實行綜合治理，以有效防治水土流失。

(2)繼續實行生態修復。紅寺堡開發區自2002年實施生態修復后，植被自然恢復效果明顯，覆蓋率由禁牧前的15%提高到2010年的32.8%，生態環境趨于良性發展。在今后的工作中，要加強新的水土保持法宣傳，實施建章立制、封山禁牧并輔之人工補植林草等生態修復措施，以便盡快改善區域生態環境。

(3)大力推廣以煤代柴、以沼代煤和發展太陽灶，做到有效保護植被。紅寺堡移民開發區附近有煤礦且交通便利，從保護生態角度考慮，特建議實行以煤代柴，大力發展沼氣和太陽灶、節能炕灶，以防止亂砍濫伐現象發生，做到有效保護植被，促進生態環境的快速恢復。