河口前置庫對水土流失防治效果研究

楊 璉，何 鋒

(昆明市滇池生態研究所，云南昆明650228)

1 前言

河口前置庫技術20世紀50年代起源于歐洲，是一種針對小流域面源污染控制的綜合技術。關于前置庫的研究，國內外目前主要集中于對面源污染的削減、泥沙去除等方面。而關于綜合系統和綜合結構的研究開發方面還比較缺乏。此外，關于提高前置庫凈化系統的環境效益、生態效益和景觀效益方面也仍然有很多的空缺［1，2］。在學習總結日本、歐洲等國家前置庫技術應用和研究基礎上，2007年昆明市在晉寧縣開展了“滇池東大河河口前置庫凈化效果研究項目”，項目就河口前置庫對流域內面源污染控制、入湖泥沙沉積的減少效果進行示范研究。

東大河水系位于晉寧縣境內，東大河發源于東南部的干海子 (海龍)白泥箐，由昆陽鎮興旺村流入滇池，全長21km，是昆陽壩區的主河道。流域面積195.44km2，總落差120m，平均坡降5‰。豐水期流量16m3/s，枯水期流量0.2m3/s。區域內屬于富磷礦區，土壤磷素背景高。下游周邊為傳統的集花卉、蔬菜、漁業為一體的產業區。由于水土流失嚴重，地表徑流攜帶大量的泥沙和磷等污染物進入滇池，使滇池湖盆不斷淺化，污染加重。

東大河河口前置庫總面積64380m2，總容積89290m3，東西向長約520m，南北向寬約150m。沉砂池緊接河口布置，為擴散梯形狀，平均長140m，平均寬度110m，面積15580m3，設計底高程1885.0m。沉砂池后為一般沉淀區，面積為48800m3，水深0.75 ～1.75m［3］。

2 東大河前置庫水土保持效果分析

2.1 入庫水土流失量分析

2.1.1 東大河流域水土流失現狀分析

東大河流經烏龍、儲英、旺興等11個村委會，涉及7139戶、20512人，受益土地面積1082.13hm2。2004年昆明市各縣 (市)土壤侵蝕遙感［4］調查表明:晉寧縣土地總面積1225.41km2，土壤侵蝕面積331.2km2，土壤侵蝕以輕度和中度侵蝕為主，全縣平均土壤侵蝕模數為949t/km2·a。

東大河前置庫的水土流失主要來源于河道下游，上游河水中攜帶的泥沙大部分被雙龍水庫、大春河水庫、洛武河水庫攔截，在三座水庫以下的水土流失大部分是通過徑流、暴雨進入前置庫，三座水庫以下匯水面積為109.04km2。經計算，東大河流域平均土壤侵蝕模數460t/km2·a。

表1 流域不同侵蝕強度分級表［5］

2.1.2 流域內水土保持綜合整治情況

流域內水土流失類型主要是水力侵蝕，流域上游分大春河、中和鋪、寶峰三個小流域開展水土流失綜合整治，至2010年已完成治理面積51.94km2，生態修復面積37.10km2。治理情況詳見表2。

表2 東大河上游小流域水土保持綜合整治情況表

2.1.3 上游主要水庫入庫水土流失量分析

東大河流域上游主要有中型水庫1座，小(一)型水庫2座，分別是雙龍水庫、大春河水庫、洛武河水庫，水庫蓄水攔截了上游徑流區大部分的水土流失。然而，水庫定期的排沙是水庫對下游東大河流域的主要水土流失貢獻。

東大河流域內無泥沙實測資料，在現有資料情況下，泥沙計算采用土壤侵蝕模數圖法進行估算［3］。查1∶20萬《云南省土壤侵蝕圖》(2000年版)，東大河上游三座水庫入庫泥沙量匯總于表3。

表3 水庫入庫泥沙量表

參照昆明市大多數中小型水庫的一般運行管理經驗，經綜合考慮，3座水庫排沙率均按20%計，因此3座水庫多年平均排沙量合計為3880t(只考慮推移質)。

2.1.4 東大河流域入庫水土流失量分析

東大河流域在3座水庫以下的水土流失大部分是通過徑流、暴雨進入前置庫，3座水庫以下匯水面積為109.04km2。其中:微度侵蝕面積79.57km2，土壤侵蝕面積29.47km2。土壤侵蝕面積中:輕度侵蝕面積19.66km2，中度侵蝕面積9.73km2，強度侵蝕面積0.06km2。

按各級水土流失面積和不同級別侵蝕模數計算，下游區間流域年平均水土流失總量為50169t。通過實測，可能通過河道、雨水沖刷等方式進入東大河前置庫的水土流失量約占水土流失總量的8%，由此計算得到東大河前置庫年水土流失量為4013.52t。

2.1.5 分析結論

東大河入滇池口斷面年平均水土流失主要來源于水庫排沙和徑流區匯水推移質入河、入庫水土流失，年攔截水土流失總量為:上游主要水庫多年平均排沙量+入庫水土流失量=3880+4013.52=7893.52t。按照東大河前置庫2008年初至2010年底，3年計算，攔截水土流失總量為23680.56t。

表4 東大河流域入庫水土流失量分析

2.2 入庫泥沙沉積規律監測研究分析

2.2.1 開展監測研究基本情況

自2008年東大河前置庫建設完成后，就泥沙沉積情況進行了為期三年的監測研究。底泥沉積監測點為S1～S5點，分別是進水點、沉沙中心區、沉沙－生物塘邊緣區、生物塘中心區和出水點。泥沙一大部分來自暴雨期間徑流經河道攜帶進入;一部分則由于風浪擾動底泥，由外海涌入庫中，在庫中進行沉積。通過對水深和水位測定，對各點底高程可進行推算，近而推測泥沙的堆積狀況。

2.2.2 研究內容與成果

2008年為建設完工第一年，也是沉積效果最明顯的一年。在沉沙中心區，堆積厚度最大，為0.33m，沉沙－生物塘邊緣區、生物塘中心區和出水點分別堆積厚度為0.16m、0.15m和0.17m。沉沙區泥沙堆積量為 5141m3，一般沉淀區為7808m3，總泥沙堆積量為 12949m3。2009年與2010年泥沙堆積厚度與沉積量基本穩定一致，泥沙堆積厚度在0.123～0.125m，泥沙沉積量分別為7840m3和8214m3。監測分析詳見表5。

表5 2008年前置庫各監測點泥沙沉積情況監測分析表 (m)

表6 2009年前置庫各監測點泥沙沉積情況監測分析表 (m)

表7 2010年前置庫各監測點泥沙沉積情況監測分析表 (m)

2.2.3 研究結論

前置庫庫體內有4個常規監測點，從2008年年初開始，至2010年12月，沉淀區、沉淀－水生植物塘交錯區、水生植物區中心、出水口內側泥沙堆積厚度分別為0.64、0.31、0.58、0.28m，平均淤積厚度為0.452m，泥沙淤積量達29003m3。

表8 2008年～2010年東大河前置庫泥沙沉積情況分析表/m

2.3 實測地形圖泥沙沉積量分析

2.3.1 水下地形測量

2008年5月、2010年6月對東大河前置庫進行了兩次水下地形測量。通過水下地形圖測量結果發現:2008年測量地形，對應于滇池正常水位1887.4m的庫容為105496m3，整個前置庫分為河道進口段、沉淀區、水生植物凈化區、出口四個部分，從地形圖中可以看出，沉淀區地形由于疏挖控制的原因，地形起伏不定，在疏挖中心區最低高程達到1884.49m，最高高程1886.19m，高差達到1.7m。

2010年測量地形，對應于滇池正常水位1887.4m的庫容為99355m3，從地形圖中可以看出，沉淀區地形經過兩年多的沉淀，地形起伏高差較兩年前平緩。

2.3.2 泥沙沉積量

通過兩次測量比較，2010年6月前置庫庫容相對于2008年5月減少了6141m2，年均沉沙量2856m3。由此推算，2008～2010年三年泥沙沉積量為8568m3。

2.3.3 泥沙沉積范圍

針對水下地形的變化，我們對前置庫延水流方向中軸線各畫一條地形高程線，對泥沙沉積情況進行對比分析，圖3、圖4中里程0m為河道上小鐵橋處，里程80～320m為沉淀區，320～600m為水生植物凈化區，600m為前置庫開口入滇池處。

從圖3、圖4中可以看出，泥沙沉積主要發生在河道段及沉淀區，河道段平均沉積厚度為20cm;沉淀區平均沉積厚度為28cm，最大沉積厚度為56cm，最小沉積厚度11cm，水流至里程240m處，泥沙沉積情況開始減弱，從以上數據可以看出，東大河水流在水面擴大5倍以上后，前160m段為泥沙主要沉淀區。

在數據中可以看出沉淀區里程160m處沉淀厚度較薄，與前后數據銜接不是很好，通過對地形圖分析后認為，在2008年水下地形中，里程160m處北部有一個疏挖較深的低洼地，造成該點地形相對周圍較高，泥沙在沉積中流向低洼處，對照2010年水下地形，可以發現該點北部低洼地沉積厚度較厚，與分析情況符合。

2.4 三種方法獲得的泥沙沉積效果分析

通過水土流失預測、典型區域泥沙沉積量監測、實測水下地形圖三種方法，預測的水土流失量分別為23681t、29003t和8568t。預測結果表明:東大河前置庫有效地減緩了泥沙游動速度，為泥沙沉淀提供了有效的空間場所，在入滇池泥沙量的削減上發揮了重要作用，對東大河入滇池水土流失的防治效果明顯。

3 結果與分析

(1)水土流失預測、典型區域泥沙沉積量監測、實測水下地形圖三種方法，預測的水土流失量分別為23681t、29003t和8568t。預測結果表明:東大河前置庫有效地減緩了泥沙游動速度，為泥沙沉淀提供了有效的空間場所，在入滇池泥沙量的削減上發揮了重要作用，對東大河入滇池水土流失的防治效果明顯。

(2)東大河流域上游主要水庫蓄水攔截了上游徑流區大部分的水土流失。經分析，在上游水庫攔蓄的23280t泥沙中，僅有3880t通過水庫排沙排至下游河道，因此可以看出，水庫蓄水對泥沙的沉淀及下游的水土流失的控制作用明顯。

(3)季節因素對前置庫泥沙攔蓄效果影響作用較大。東大河水量受上游水庫及沿途生活和灌溉取水影響，流量常年均較低。旱季，東大河流量約在0.287～1.52m3/s，河道水多被水庫蓄積和被提供為其它農業和生活用水。河內匯集了部分的生活和農業排灌水，因此，固體懸浮物相對很低，為17.4±5.92mg/L;雨季東大河流量相對有所增大，約4.44～5.94m3/s，河道水匯集了部分地表徑流的泥沙，因此，固體懸浮物相對有所增加，為10～118.5mg/L。通過研究，前置庫雨季對固體懸浮物去除率＞74%，對透明度的改善，最大可提高77.4%。

［1］ Klaus Pütz，Jürgen Benndorf．The importance of pre － reservoirs for the control of eutrophication of reservoirs ［J］．Wat．Sc．Tech，1998，37(2):317－324．

［2］張毅敏，張永春．前置庫技術在太湖流域面源污染控制中的應用探討 ［J］．環境污染與防治，2003，12(6):342－344．

［3］昆明市滇池生態研究所．滇池東大河河口前置庫凈化示范項目可行性研究報告［R］．2007．

［4］云南省水利廳．云南省2004年土壤侵蝕現狀遙感調查報告［R］．2006．

［5］ SL190－2007，土壤侵蝕分類分級標準 ［S］．