小流域綜合治理方案的模擬與優(yōu)化調(diào)控
——以渭北旱塬淳化縣秦莊溝流域?yàn)槔?/h1>
2014-01-26 09:26:29陳見影常占懷馬安仕
水土保持通報(bào) 2014年4期
陳見影，孫 虎，常占懷，馬安仕
渭北旱塬小流域是由水、土地、生物等自然要素與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等人文要素組成的環(huán)境經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)，維持生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)平衡的穩(wěn)定器［1－4］。由于以往缺乏強(qiáng)有力的小流域綜合治理開發(fā)與保護(hù)方面的約束與調(diào)控機(jī)制，導(dǎo)致小流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)粗放式經(jīng)營，使小流域生態(tài)與環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化，并反作用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，嚴(yán)重地影響了小流域發(fā)展的協(xié)調(diào)性和可持續(xù)性。近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，特別是新農(nóng)村建設(shè)步伐加快，對(duì)小流域綜合治理提出了新的要求。當(dāng)今渭北旱塬小流域綜合治理已不能單純地以防止水土流失、減少入河泥沙為目的，而是小流域內(nèi)水土資源得到有效保護(hù)、合理配置和高效利用，生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)循環(huán)、社會(huì)系統(tǒng)新農(nóng)村建設(shè)推進(jìn)［5－9］。小流域綜合治理應(yīng)將生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展結(jié)合起來，從單純的水土環(huán)境治理向治理與開發(fā)并重、治理與生態(tài)恢復(fù)結(jié)合、治理向經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)轉(zhuǎn)變，并且實(shí)現(xiàn)小流域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。開展小流域綜合治理研究，協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展間的關(guān)系已成為當(dāng)前的一個(gè)重要科研課題。
目前關(guān)于小流域綜合治理模擬與優(yōu)化調(diào)控的研究很少。2004年10月，淳化縣被國家環(huán)保總局列為國家第九批生態(tài)示范區(qū)建設(shè)試點(diǎn)縣。選擇渭北旱塬淳化縣秦莊溝小流域?yàn)槔\(yùn)用SEE—SD模型進(jìn)行生態(tài)小流域綜合治理模擬研究，以期為今后小流域的綜合治理規(guī)劃和開發(fā)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
淳化縣秦莊溝流域?qū)儆谖急焙弟S土高原溝壑區(qū)，地理位置界于北緯 34°47′30″—34°52′0″，東經(jīng)108°39′0″—108°43′30″，總面積31.28km2。該區(qū)氣候?yàn)榕瘻貛О敫珊禋夂?，年平均氣溫?0.4℃，多年平均降水量為610mm，降雨多集中在7—9月份且多以暴雨形式出現(xiàn)。農(nóng)業(yè)土壤主要是以黃土為母質(zhì)的黃土性土壤，主要包括褐土、黃綿土和黑壚土等，溝壑密度為5.69km／km2，侵蝕模數(shù)達(dá)3 000～6 000 t／（km2·a）。植被以暖溫帶落葉闊葉林為主，主要有刺槐、柳樹、楊樹、國槐等鄉(xiāng)土樹種，經(jīng)濟(jì)林以蘋果、杏、梨為主。農(nóng)作物以小麥、玉米為主。該流域溝頭區(qū)域森林覆蓋率約50%，其它區(qū)域森林覆蓋率約為20%。水土流失較嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱?，F(xiàn)有耕地面積960.92hm2，林地面積620.75hm2，果園671.71 hm2，裸地441.68hm2。綜合分析，坡耕地面積占總耕地面積的79.64%，地面坡度多在5°～10°之間，坡度較緩，適宜于進(jìn)行坡耕地綜合治理，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田。秦莊溝流域總?cè)丝? 482人，其中農(nóng)村勞動(dòng)力4 489人，人均糧食262kg，流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，人民生活水平普遍偏低，面臨著發(fā)展經(jīng)濟(jì)與保護(hù)生態(tài)環(huán)境的雙重壓力。
2 模型與數(shù)據(jù)
2.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法
根據(jù)秦莊溝流域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)系統(tǒng)的特征，選用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建“SEE—SD”系統(tǒng)分析模型。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)最早由麻省理工學(xué)院的Forrester于20世紀(jì)50年代中期開創(chuàng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和改進(jìn)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等眾多復(fù)雜系統(tǒng)研究中。由于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能夠揭示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性、反饋性、延遲性等眾多特征，具有量化、可調(diào)控等眾多特點(diǎn)，其特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)符合小流域綜合治理的實(shí)際情況和建模需求。
2.2 建模思路
秦莊溝流域綜合治理是通過生態(tài)治理、經(jīng)濟(jì)治理和社會(huì)治理對(duì)其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)進(jìn)行的調(diào)節(jié)、控制和管理，求得生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)開發(fā)與利用的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益的協(xié)調(diào)、高效同步實(shí)現(xiàn)。即生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的良性循環(huán)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和飲水安全全面達(dá)標(biāo)，生活水平不斷提高，人居環(huán)境改善。
2.3 數(shù)據(jù)來源
建模所用數(shù)據(jù)主要來源于實(shí)地調(diào)查所獲得的第一手實(shí)測數(shù)據(jù)、對(duì)秦莊溝流域農(nóng)戶進(jìn)行面對(duì)面訪談及問卷調(diào)查的整理結(jié)果、淳化縣2010—2012年統(tǒng)計(jì)年鑒、方里鎮(zhèn)和秦莊鄉(xiāng)2010—2012年《農(nóng)村經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)報(bào)表》《淳化縣水利志》《淳化縣新農(nóng)村建設(shè)實(shí)施方案（暫行）》及《淳化縣生態(tài)縣建設(shè)目標(biāo)》。結(jié)合秦莊溝流域?qū)崪y數(shù)據(jù)加以校正后的結(jié)果。
3 SEE－SD模型的構(gòu)建
3.1 因果循環(huán)邏輯
“SEE—SD”模 型 （society—ecology—economy system dynamic model）是基于秦莊溝綜合治理系統(tǒng)中3個(gè)子系統(tǒng)（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)）間的相互作用關(guān)系，結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)循環(huán)模式，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，利用Vensim軟件建立起來的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型，用于模擬秦莊溝流域綜合治理，圍繞資源稟賦合理有效開發(fā)和利用，對(duì)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)進(jìn)行的調(diào)節(jié)、控制和管理，促進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)力不斷提高，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益增長、生態(tài)效益良性循環(huán)、生活水平不斷提高及人居環(huán)境得到改善。在模型仿真中所采用的系統(tǒng)目標(biāo)值是根據(jù)陜西省淳化縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)長遠(yuǎn)規(guī)劃、新農(nóng)村建設(shè)和生態(tài)縣建設(shè)的總體目標(biāo)確定的，并分成系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、系統(tǒng)生態(tài)目標(biāo)和系統(tǒng)社會(huì)目標(biāo)3個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)子集。
以2011年秦莊溝流域?qū)嶋H數(shù)據(jù)作為設(shè)定參數(shù)的歷史依據(jù)；以2011—2026年為模擬區(qū)間，根據(jù)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中物質(zhì)、能量流動(dòng)過程，建立“SEE—SD”模型的因果循環(huán)邏輯框圖。
3.2 積量流量
基于資源稟賦優(yōu)勢(shì)，根據(jù)秦莊溝流域綜合治理中的生態(tài)治理、經(jīng)濟(jì)治理和社會(huì)治理的因果循環(huán)邏輯框架。為方便論述，將模型按生態(tài)系統(tǒng)治理、社會(huì)系統(tǒng)治理和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)治理分別討論。
3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)綜合治理 秦莊溝流域生態(tài)系統(tǒng)綜合治理目標(biāo)以良好生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)，以水土流失防治、林草建設(shè)、減少面源污染等為主體，著力建設(shè)生態(tài)環(huán)境支撐體系。生態(tài)系統(tǒng)主要參量與方程如下。
（1）施用農(nóng)家肥替代農(nóng)藥化肥＝修建沼氣池?cái)?shù)量＝INTEG（耕地需沼氣池個(gè)數(shù)＋園地需沼氣池個(gè)數(shù)，72口）
（2）化肥施用強(qiáng)度折純285kg／hm2，農(nóng)藥施用強(qiáng)度折純50kg／（hm2.a）；糧食及蔬菜無公害化種植模式以0.33hm2耕地為基本生產(chǎn)單元，根據(jù)原料和實(shí)際需求，建一個(gè)8m2的新型高效沼氣池。生態(tài)果園系統(tǒng)，是以3 000～4 000m2左右的成齡果園為基本生產(chǎn)單元，在果園內(nèi)建一個(gè)8m3的新型高效沼氣池，一座20m2的太陽能豬圈，豬糞尿入池發(fā)酵，一眼40m3水窖，達(dá)到了保墑、抗旱、肥地改土的作用。單口沼氣池可產(chǎn)沼肥18.5t，等于318kg化肥。
（3）林草建設(shè)面積（hm2）＝INTEG（裸地面積減少）
（4）水平梯田年均攔蓄徑流量（m3）＝INTEG（已有坡改梯面積×20）
（5）水平梯田年攔蓄泥沙總量（t）＝INTEG（已有坡改梯面積×2.3）
（6）谷坊年攔蓄泥沙總量（m3）＝INTEG（已建谷坊數(shù)量×10.4）
（7）坡改梯面積（hm2）＝INTEG（年人口總數(shù)×人均需基本農(nóng)田面積）
（8）坡改梯為主的工程投資。坡改梯主要以機(jī)械施工為主，機(jī)械施工費(fèi)4元／m3土（運(yùn)距≤100m），依據(jù)歷年坡改梯的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)坡改梯需移動(dòng)土方5 250 m3／hm2，坡改梯需投資2.1萬元／hm2，加上人工整梗費(fèi)0.15萬元／hm2，估算需投資2.25萬元／hm2；建每座谷坊投資約1.02萬元。
3.2.2 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合治理 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合治理的目標(biāo)是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，培育特色產(chǎn)業(yè)，合理利用水庫的水資源發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)等，建立小流域市場經(jīng)濟(jì)體系，促進(jìn)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加村民收入，流域全面實(shí)現(xiàn)小康。
要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)步入可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)軌道的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式是發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。即將有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥和無害化處理的人、畜糞便、沼液等，用作無公害優(yōu)質(zhì)小麥、玉米和特色蔬菜、果樹生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)肥料，從而形成“種植業(yè)→養(yǎng)殖業(yè)→沼氣利用→沼液＋無害化處理糞便（含沼渣）＋有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥→種植業(yè)”的生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)循環(huán)鏈。經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)主要參量與方程如下。
（1）總產(chǎn)值（萬元）＝INTEG（種植業(yè)＋果業(yè)＋林業(yè)＋養(yǎng)殖業(yè)＋副業(yè)＋其它產(chǎn)值，2 359.93）
（2）綠色有機(jī)種植業(yè)產(chǎn)量增加值（萬元）＝INTEG（新修基本農(nóng)田面積×100×0.000 3＋灌溉農(nóng)田面積產(chǎn)值×1.2＋設(shè)施農(nóng)業(yè)面積×1.5）
（3）果業(yè)產(chǎn)量增加值＝INTEG（優(yōu)果率增加值＋雜果基地產(chǎn)值）
（4）養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模＝INTEG（沼氣池總數(shù)所需畜禽糞便）＝INTEG（種植業(yè)＋果業(yè)所需農(nóng)家肥量）
（5）林業(yè)增加值＝INTEG（林下經(jīng)濟(jì)發(fā)展）
3.2.3 社會(huì)系統(tǒng)綜合治理 社會(huì)系統(tǒng)綜合治理目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)小流域人畜飲水安全，整治村莊環(huán)境，改善村民生活。加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，“村村通”交通路網(wǎng)全面覆蓋，配套完善村內(nèi)道路、排水溝渠、廁所、集中場院、村民活動(dòng)場所等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，使村莊整治與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)、人的全面發(fā)展協(xié)調(diào)推進(jìn)，整體改善村民生產(chǎn)生活條件。社會(huì)系統(tǒng)的主要參量與方程如下。
（1）“一池三改”：衛(wèi)生廁所數(shù)量（個(gè)）＝戶擁有沼氣池?cái)?shù)＝INTEG（總戶數(shù)，1 897）
（2）安全飲水工程：日供水量（L／d）＝INTEG（總?cè)丝凇?0，7 482）
（3）用水方便程度：人力取水往返時(shí)間不超過20 min。集中供水工程應(yīng)達(dá)到供水用戶數(shù)量要求。
（4）自來水入戶率＝INTEG（自來水已入戶數(shù)／總戶數(shù)，75）
（5）垃圾量集中收集率＝INTEG（總戶數(shù)，0）
（6）道路交通網(wǎng)建設(shè)覆蓋率＝INTEG（“村村通”道路通達(dá)率＋道路硬化率）
4 小流域綜合治理發(fā)展分析
生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的秦莊溝流域綜合治理SEE—SD模型是以水土保持為中心，以沼氣池為紐帶，合理配置要素，進(jìn)行模式選定和最佳組配，通過發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)人居環(huán)境改善，將生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)之間通過調(diào)節(jié)、控制和管理的相互作用貫穿起來，反映子系統(tǒng)間循環(huán)作用機(jī)制，從而量化、動(dòng)態(tài)、完整地展現(xiàn)和模擬整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展變化情況。
4.1 生態(tài)治理
根據(jù)模擬結(jié)果可知，2026年利用畜禽糞尿制造沼氣2.32×106m3，使用1.45×106m3，節(jié)約4 533.2t標(biāo)準(zhǔn)煤。減少了煤炭燃燒和薪柴燃燒及CO2排放。畜禽糞尿和沼液沼渣還田量，折純后約合N肥3.26×104t，P肥1.74×104t，K肥1.07×106t，替代化肥使用，生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯。
建造了3 219座沼氣池，用沼氣做飲事能源，節(jié)省了薪柴的消耗，有效遏制了亂砍林木的現(xiàn)象，這不僅保護(hù)森林資源，減少植被破壞和水土流失，改善自然生態(tài)環(huán)境。沼氣池使用過程中，除產(chǎn)沼氣外，可產(chǎn)沼肥。沼肥長期施用，可起到改良土壤的作用，是發(fā)展無公害農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥肥源。2026年流域全面使用農(nóng)家肥，消除流域面源污染。生態(tài)環(huán)境大為改善，有利于野生動(dòng)物及鳥類生存。因此，動(dòng)物種類和數(shù)量會(huì)增多，從而恢復(fù)良好的生態(tài)系統(tǒng)。
4.2 經(jīng)濟(jì)治理
經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，采用該年的統(tǒng)計(jì)價(jià)值系數(shù)計(jì)算年凈產(chǎn)值；各項(xiàng)措施實(shí)施后所增產(chǎn)的糧食、果品、木材等，按照當(dāng)年農(nóng)產(chǎn)品、經(jīng)濟(jì)作物、木材等的市場價(jià)格，同時(shí)結(jié)合農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果進(jìn)行價(jià)值折算。坡改梯后，坡耕地面積減少，基本農(nóng)田面積增加。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善，提高了土地生產(chǎn)力，人均占有糧食增加，實(shí)現(xiàn)自給有余。同時(shí)，也為調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展商品經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了良好條件。土地資源利用更為合理，土地利用率由59.21%提高到69.60%。林草的發(fā)展，為畜牧業(yè)提供飼料，土地載畜能力極大提高。2026年研究區(qū)各業(yè)產(chǎn)值合計(jì)7 879.57萬元，人均收入達(dá)到6 000元，秦莊溝流域發(fā)展全面實(shí)現(xiàn)小康。
以沼氣為紐帶推動(dòng)了農(nóng)民發(fā)展養(yǎng)豬、養(yǎng)羊、養(yǎng)家禽業(yè)。沼氣用戶普遍增加養(yǎng)豬2頭左右，以年出欄2批，按每頭獲利200元計(jì)，每戶年獲利800元。修建造沼氣池，沼氣滿足農(nóng)戶薪炭需要。同時(shí)也減少購買化肥農(nóng)藥的支出。一口沼氣池兩項(xiàng)可減少支出共計(jì)1 000元。沼氣池使用過程中，除產(chǎn)沼氣外，每年還可產(chǎn)沼肥，沼肥是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，養(yǎng)分全面，可提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，是發(fā)展無公害農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥肥源。為發(fā)展綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)提供了保障。研究區(qū)果業(yè)積極加入洛川蘋果帶，營造以優(yōu)質(zhì)蘋果為主的果園671.1 hm2，2026年產(chǎn)值達(dá)3 518.91萬元；到2026年，豬總飼養(yǎng)量將達(dá)25 725頭，產(chǎn)值1 030.18萬元（圖1）。
由于糧食和果品產(chǎn)量大幅度增加，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值迅速提高，可以有更多的資金投入農(nóng)副產(chǎn)品加工、運(yùn)輸以及第三產(chǎn)業(yè)，擴(kuò)大了勞動(dòng)就業(yè)的領(lǐng)域和途徑。綜合治理項(xiàng)目的實(shí)施，促進(jìn)了該區(qū)科技、文化、衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，從而全面推動(dòng)小流域的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。
圖1 小流域綜合治理后種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和果業(yè)前景分析
4.3 社會(huì)治理
實(shí)施安全飲水工程，保證自來水入戶率和保證率達(dá)到95%，對(duì)受損部分飲水工程進(jìn)行維修加固，防治面源污染與點(diǎn)源污染，確保流域內(nèi)群眾生活用水水源不受污染。由于建沼氣池后，“一池三改”，人畜禽糞便都得到無害化處理，資源化利用，使農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生得到改善，減少疾病的傳播，農(nóng)民的健康水平得到提高。根據(jù)模擬，目前秦莊溝流域的養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模小、數(shù)量少。到2026年，該區(qū)由2.5萬頭豬，及4.5萬只雞，養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模將會(huì)有所擴(kuò)大。因此需對(duì)養(yǎng)殖業(yè)造成的污染進(jìn)行合理規(guī)劃整治。通過“村村通”交通路網(wǎng)全面覆蓋，村莊路面硬化完成，方便流域村民出行，實(shí)現(xiàn)垃圾向外清運(yùn)，同時(shí)方便與外界溝通，可帶動(dòng)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展（圖2）。
圖2 小流域綜合治理后安全飲水、一池三改、垃圾集中收集清運(yùn)、出入方便程度前景分析
5 小流域綜合治理優(yōu)化調(diào)控
5.1 生態(tài)治理優(yōu)化調(diào)控
為了探討2012—2026年秦莊溝流域綜合治理生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)之間發(fā)展互相協(xié)調(diào)的途徑，利用SD模型，仿真了3種發(fā)展糧食生產(chǎn)方案。
秦莊溝流域現(xiàn)狀年主要以種植業(yè)為主，耕地占土地利用的30.77%，而種植業(yè)產(chǎn)值僅占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值9.2%。果園占農(nóng)業(yè)用地的21.48%，產(chǎn)值卻占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的21.8%，園地單位面積生產(chǎn)力是耕地的3.4倍，是流域村民收入主要來源。因此，園地面積不宜減少。2026年秦莊溝流域農(nóng)村總?cè)丝跒? 184人，耕地面積為960.92hm2，其中坡耕地765.27hm2。
（1）方案一。以糧食生產(chǎn)為重，人均糧目標(biāo)為500kg。但所需水平耕地面積已超出耕地面積為960.92hm2，若方案一執(zhí)行，將減少園地面積，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和總純收入均屬于較低的收入方案。應(yīng)舍去方案一。
（2）方案二。以人均糧400kg為目標(biāo)。2026年，流域水平耕地面積為868.60hm2，坡耕地面積92.32hm2，人均水平耕地面積0.106hm2產(chǎn)糧400 kg，人均坡耕地0.011hm2可產(chǎn)糧23.8kg，二者共計(jì)產(chǎn)糧423.8kg。攔蓄徑流量及攔蓄泥沙量分別為1 158.13m3和 133.18t。 方 案 二 坡 改 梯 造 價(jià)1 954.34萬元。
（3）方案三。人均糧目標(biāo)為350kg。2026年，所需水平耕地面積為760.02hm2，坡耕地面積200.90hm2。人均水平耕地面積0.093hm2可產(chǎn)糧350kg，人均坡耕地0.025hm2可產(chǎn)糧51.8kg，二者共計(jì)產(chǎn)糧401.8kg。攔蓄徑流量及攔蓄泥沙量分別為1 013.36m2和116.54t。方案二坡改梯造價(jià)1 710.05萬元。
在滿足各階段人口需求，即糧食自給的情況下，以滿足生態(tài)效益目標(biāo)為各項(xiàng)措施減沙量最大，水土流失最少；實(shí)現(xiàn)土地肥力的平衡，保持土地較高生產(chǎn)力；經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)為純收入最大，投資最省。將兩個(gè)方案比較，方案二比方案三多投入224.29萬元，人均糧食占有量二者僅相差22kg。依據(jù)秦莊溝流域的實(shí)際情況，方案三可將相差224.29萬元投入到修建谷坊，可以在較淺的支毛溝底修建220座土谷坊，可攔泥2 288m3，溝底平均淤高0.35m，可實(shí)現(xiàn)分段攔截泥沙和水流，并達(dá)到溝道治理的預(yù)期效果。方案三能實(shí)現(xiàn)糧食中等自給，能滿足各時(shí)期人口需求，同時(shí)又能滿足生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。相對(duì)來說，綜合效益最優(yōu)，因此最終選擇方案三為秦莊溝流域綜合治理2012—2026年水土保持生態(tài)設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過治理，使現(xiàn)有765.27hm2坡耕地減少到200.90hm2，基本農(nóng)田由195.65hm2提高760.02hm2，坡耕地與基本農(nóng)田的比例由79.64%和20.36%轉(zhuǎn)變?yōu)?0.90%和70.09%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善，提高了土地生產(chǎn)力，人均占有糧食達(dá)到401.8kg，實(shí)現(xiàn)自給有余。
5.2 經(jīng)濟(jì)治理優(yōu)化調(diào)控
按照流域自然條件差異，將小流域生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)劃分為4個(gè)子系統(tǒng)［2］。（1）溝道生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域溝道建設(shè)谷坊攔泥減沙，植樹造林，護(hù)坡減災(zāi)。（2）坡地生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域上游坡地水土流失極為嚴(yán)重，適宜發(fā)展林牧。開發(fā)治理思路是栽種喬木、灌木及牧草，輔之以配套的整地工程，實(shí)行植被覆蓋，建立體生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。（3）梁坡塬面生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域的塬面未治理前大部是坡耕果園，適宜發(fā)展集約農(nóng)業(yè)，建現(xiàn)代化的糧、果基地。（4）庭院生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域村民居住分散，庭院面積大，具備立體利用優(yōu)勢(shì)。庭院內(nèi)宜發(fā)展畜牧養(yǎng)殖、栽種果蔬，庭院外宜在實(shí)施水土保持工程的基礎(chǔ)上，栽植經(jīng)濟(jì)林、喬木林及藥材、蔬菜等。
5.3 社會(huì)治理優(yōu)化調(diào)控
小流域社會(huì)治理優(yōu)化調(diào)控要與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)、人的全面發(fā)展協(xié)調(diào)推進(jìn)，主要涉及生計(jì)、生命安全、人居環(huán)境等村民最關(guān)心的、最急需解決的突出問題。
首先是飲水安全。不同居住情況及地質(zhì)條件，可采用不同的供水方式。流域內(nèi)對(duì)于地質(zhì)條件較好和水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)的村莊，采取集中打深井提水、統(tǒng)一供水的方案，優(yōu)先選擇連片集中供水或管網(wǎng)延伸供水方式。其中水源和供水范圍，可跨村、鎮(zhèn)等行政區(qū)域規(guī)劃，但應(yīng)做好協(xié)調(diào)工作。對(duì)于受水源、地形、居住、電力、經(jīng)濟(jì)等條件限制的偏遠(yuǎn)區(qū)域，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況規(guī)劃建造分散式供水工程。
養(yǎng)殖專業(yè)戶帶來的環(huán)境污染治理：（1）養(yǎng)殖業(yè)污染治理原則?！罢l污染，誰治理”；分期治理，分步實(shí)施；綜合治理與發(fā)展。（2）養(yǎng)殖業(yè)污染防治。養(yǎng)殖場沼氣系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行養(yǎng)殖場規(guī)范化改造。沖洗畜禽舍污水全部進(jìn)入沼氣池。加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)殖戶管理，根據(jù)市場情況逐步實(shí)現(xiàn)科學(xué)化和集約化養(yǎng)殖，徹底解決養(yǎng)殖業(yè)污染問題。
6 結(jié)論
通過建立SEE—SD模型，量化分析了秦莊溝流域綜合治理3個(gè)子系統(tǒng)（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)）間的相互作用關(guān)系。并基于趨勢(shì)模擬和分析結(jié)論，對(duì)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)治理進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)控，提出有針對(duì)性的坡改梯方案選擇、飲水安全、生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)循式和改善人居環(huán)境對(duì)策。
對(duì)渭北旱塬小流域綜合治理規(guī)劃方法應(yīng)采用全新思想：（1）小流域水土保持是三個(gè)子系統(tǒng)（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)）發(fā)展的基礎(chǔ)。（2）小流域水土保持綜合治理必須結(jié)合生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。（3）小流域生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)當(dāng)因地制宜。小流域綜合治理規(guī)劃必須考慮綜合效益。（4）SEE—SD模型方法用于小流域綜合治理規(guī)劃具有科學(xué)性和實(shí)用性。
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陳見影，孫 虎，常占懷，馬安仕
渭北旱塬小流域是由水、土地、生物等自然要素與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等人文要素組成的環(huán)境經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)，維持生態(tài)與環(huán)境系統(tǒng)平衡的穩(wěn)定器［1－4］。由于以往缺乏強(qiáng)有力的小流域綜合治理開發(fā)與保護(hù)方面的約束與調(diào)控機(jī)制，導(dǎo)致小流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)粗放式經(jīng)營，使小流域生態(tài)與環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化，并反作用于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，嚴(yán)重地影響了小流域發(fā)展的協(xié)調(diào)性和可持續(xù)性。近些年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，特別是新農(nóng)村建設(shè)步伐加快，對(duì)小流域綜合治理提出了新的要求。當(dāng)今渭北旱塬小流域綜合治理已不能單純地以防止水土流失、減少入河泥沙為目的，而是小流域內(nèi)水土資源得到有效保護(hù)、合理配置和高效利用，生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)循環(huán)、社會(huì)系統(tǒng)新農(nóng)村建設(shè)推進(jìn)［5－9］。小流域綜合治理應(yīng)將生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展結(jié)合起來，從單純的水土環(huán)境治理向治理與開發(fā)并重、治理與生態(tài)恢復(fù)結(jié)合、治理向經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)轉(zhuǎn)變，并且實(shí)現(xiàn)小流域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。開展小流域綜合治理研究，協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展間的關(guān)系已成為當(dāng)前的一個(gè)重要科研課題。
目前關(guān)于小流域綜合治理模擬與優(yōu)化調(diào)控的研究很少。2004年10月，淳化縣被國家環(huán)保總局列為國家第九批生態(tài)示范區(qū)建設(shè)試點(diǎn)縣。選擇渭北旱塬淳化縣秦莊溝小流域?yàn)槔\(yùn)用SEE—SD模型進(jìn)行生態(tài)小流域綜合治理模擬研究，以期為今后小流域的綜合治理規(guī)劃和開發(fā)實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
淳化縣秦莊溝流域?qū)儆谖急焙弟S土高原溝壑區(qū)，地理位置界于北緯 34°47′30″—34°52′0″，東經(jīng)108°39′0″—108°43′30″，總面積31.28km2。該區(qū)氣候?yàn)榕瘻貛О敫珊禋夂?，年平均氣溫?0.4℃，多年平均降水量為610mm，降雨多集中在7—9月份且多以暴雨形式出現(xiàn)。農(nóng)業(yè)土壤主要是以黃土為母質(zhì)的黃土性土壤，主要包括褐土、黃綿土和黑壚土等，溝壑密度為5.69km／km2，侵蝕模數(shù)達(dá)3 000～6 000 t／（km2·a）。植被以暖溫帶落葉闊葉林為主，主要有刺槐、柳樹、楊樹、國槐等鄉(xiāng)土樹種，經(jīng)濟(jì)林以蘋果、杏、梨為主。農(nóng)作物以小麥、玉米為主。該流域溝頭區(qū)域森林覆蓋率約50%，其它區(qū)域森林覆蓋率約為20%。水土流失較嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱?，F(xiàn)有耕地面積960.92hm2，林地面積620.75hm2，果園671.71 hm2，裸地441.68hm2。綜合分析，坡耕地面積占總耕地面積的79.64%，地面坡度多在5°～10°之間，坡度較緩，適宜于進(jìn)行坡耕地綜合治理，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田。秦莊溝流域總?cè)丝? 482人，其中農(nóng)村勞動(dòng)力4 489人，人均糧食262kg，流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展緩慢，人民生活水平普遍偏低，面臨著發(fā)展經(jīng)濟(jì)與保護(hù)生態(tài)環(huán)境的雙重壓力。
2 模型與數(shù)據(jù)
2.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法
根據(jù)秦莊溝流域生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)系統(tǒng)的特征，選用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建“SEE—SD”系統(tǒng)分析模型。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)最早由麻省理工學(xué)院的Forrester于20世紀(jì)50年代中期開創(chuàng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和改進(jìn)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等眾多復(fù)雜系統(tǒng)研究中。由于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能夠揭示系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性、反饋性、延遲性等眾多特征，具有量化、可調(diào)控等眾多特點(diǎn)，其特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)符合小流域綜合治理的實(shí)際情況和建模需求。
2.2 建模思路
秦莊溝流域綜合治理是通過生態(tài)治理、經(jīng)濟(jì)治理和社會(huì)治理對(duì)其生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)進(jìn)行的調(diào)節(jié)、控制和管理，求得生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)開發(fā)與利用的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益的協(xié)調(diào)、高效同步實(shí)現(xiàn)。即生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的良性循環(huán)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和飲水安全全面達(dá)標(biāo)，生活水平不斷提高，人居環(huán)境改善。
2.3 數(shù)據(jù)來源
建模所用數(shù)據(jù)主要來源于實(shí)地調(diào)查所獲得的第一手實(shí)測數(shù)據(jù)、對(duì)秦莊溝流域農(nóng)戶進(jìn)行面對(duì)面訪談及問卷調(diào)查的整理結(jié)果、淳化縣2010—2012年統(tǒng)計(jì)年鑒、方里鎮(zhèn)和秦莊鄉(xiāng)2010—2012年《農(nóng)村經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)報(bào)表》《淳化縣水利志》《淳化縣新農(nóng)村建設(shè)實(shí)施方案（暫行）》及《淳化縣生態(tài)縣建設(shè)目標(biāo)》。結(jié)合秦莊溝流域?qū)崪y數(shù)據(jù)加以校正后的結(jié)果。
3 SEE－SD模型的構(gòu)建
3.1 因果循環(huán)邏輯
“SEE—SD”模 型 （society—ecology—economy system dynamic model）是基于秦莊溝綜合治理系統(tǒng)中3個(gè)子系統(tǒng)（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)）間的相互作用關(guān)系，結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)循環(huán)模式，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，利用Vensim軟件建立起來的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析模型，用于模擬秦莊溝流域綜合治理，圍繞資源稟賦合理有效開發(fā)和利用，對(duì)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)子系統(tǒng)進(jìn)行的調(diào)節(jié)、控制和管理，促進(jìn)系統(tǒng)生產(chǎn)力不斷提高，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益增長、生態(tài)效益良性循環(huán)、生活水平不斷提高及人居環(huán)境得到改善。在模型仿真中所采用的系統(tǒng)目標(biāo)值是根據(jù)陜西省淳化縣經(jīng)濟(jì)社會(huì)長遠(yuǎn)規(guī)劃、新農(nóng)村建設(shè)和生態(tài)縣建設(shè)的總體目標(biāo)確定的，并分成系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、系統(tǒng)生態(tài)目標(biāo)和系統(tǒng)社會(huì)目標(biāo)3個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)子集。
以2011年秦莊溝流域?qū)嶋H數(shù)據(jù)作為設(shè)定參數(shù)的歷史依據(jù)；以2011—2026年為模擬區(qū)間，根據(jù)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)中物質(zhì)、能量流動(dòng)過程，建立“SEE—SD”模型的因果循環(huán)邏輯框圖。
3.2 積量流量
基于資源稟賦優(yōu)勢(shì)，根據(jù)秦莊溝流域綜合治理中的生態(tài)治理、經(jīng)濟(jì)治理和社會(huì)治理的因果循環(huán)邏輯框架。為方便論述，將模型按生態(tài)系統(tǒng)治理、社會(huì)系統(tǒng)治理和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)治理分別討論。
3.2.1 生態(tài)系統(tǒng)綜合治理 秦莊溝流域生態(tài)系統(tǒng)綜合治理目標(biāo)以良好生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)，以水土流失防治、林草建設(shè)、減少面源污染等為主體，著力建設(shè)生態(tài)環(huán)境支撐體系。生態(tài)系統(tǒng)主要參量與方程如下。
（1）施用農(nóng)家肥替代農(nóng)藥化肥＝修建沼氣池?cái)?shù)量＝INTEG（耕地需沼氣池個(gè)數(shù)＋園地需沼氣池個(gè)數(shù)，72口）
（2）化肥施用強(qiáng)度折純285kg／hm2，農(nóng)藥施用強(qiáng)度折純50kg／（hm2.a）；糧食及蔬菜無公害化種植模式以0.33hm2耕地為基本生產(chǎn)單元，根據(jù)原料和實(shí)際需求，建一個(gè)8m2的新型高效沼氣池。生態(tài)果園系統(tǒng)，是以3 000～4 000m2左右的成齡果園為基本生產(chǎn)單元，在果園內(nèi)建一個(gè)8m3的新型高效沼氣池，一座20m2的太陽能豬圈，豬糞尿入池發(fā)酵，一眼40m3水窖，達(dá)到了保墑、抗旱、肥地改土的作用。單口沼氣池可產(chǎn)沼肥18.5t，等于318kg化肥。
（3）林草建設(shè)面積（hm2）＝INTEG（裸地面積減少）
（4）水平梯田年均攔蓄徑流量（m3）＝INTEG（已有坡改梯面積×20）
（5）水平梯田年攔蓄泥沙總量（t）＝INTEG（已有坡改梯面積×2.3）
（6）谷坊年攔蓄泥沙總量（m3）＝INTEG（已建谷坊數(shù)量×10.4）
（7）坡改梯面積（hm2）＝INTEG（年人口總數(shù)×人均需基本農(nóng)田面積）
（8）坡改梯為主的工程投資。坡改梯主要以機(jī)械施工為主，機(jī)械施工費(fèi)4元／m3土（運(yùn)距≤100m），依據(jù)歷年坡改梯的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)坡改梯需移動(dòng)土方5 250 m3／hm2，坡改梯需投資2.1萬元／hm2，加上人工整梗費(fèi)0.15萬元／hm2，估算需投資2.25萬元／hm2；建每座谷坊投資約1.02萬元。
3.2.2 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合治理 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合治理的目標(biāo)是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，培育特色產(chǎn)業(yè)，合理利用水庫的水資源發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)等，建立小流域市場經(jīng)濟(jì)體系，促進(jìn)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加村民收入，流域全面實(shí)現(xiàn)小康。
要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)步入可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)軌道的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式是發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。即將有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥和無害化處理的人、畜糞便、沼液等，用作無公害優(yōu)質(zhì)小麥、玉米和特色蔬菜、果樹生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)肥料，從而形成“種植業(yè)→養(yǎng)殖業(yè)→沼氣利用→沼液＋無害化處理糞便（含沼渣）＋有機(jī)無機(jī)復(fù)混肥→種植業(yè)”的生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)循環(huán)鏈。經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)主要參量與方程如下。
（1）總產(chǎn)值（萬元）＝INTEG（種植業(yè)＋果業(yè)＋林業(yè)＋養(yǎng)殖業(yè)＋副業(yè)＋其它產(chǎn)值，2 359.93）
（2）綠色有機(jī)種植業(yè)產(chǎn)量增加值（萬元）＝INTEG（新修基本農(nóng)田面積×100×0.000 3＋灌溉農(nóng)田面積產(chǎn)值×1.2＋設(shè)施農(nóng)業(yè)面積×1.5）
（3）果業(yè)產(chǎn)量增加值＝INTEG（優(yōu)果率增加值＋雜果基地產(chǎn)值）
（4）養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模＝INTEG（沼氣池總數(shù)所需畜禽糞便）＝INTEG（種植業(yè)＋果業(yè)所需農(nóng)家肥量）
（5）林業(yè)增加值＝INTEG（林下經(jīng)濟(jì)發(fā)展）
3.2.3 社會(huì)系統(tǒng)綜合治理 社會(huì)系統(tǒng)綜合治理目標(biāo)全面實(shí)現(xiàn)小流域人畜飲水安全，整治村莊環(huán)境，改善村民生活。加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，“村村通”交通路網(wǎng)全面覆蓋，配套完善村內(nèi)道路、排水溝渠、廁所、集中場院、村民活動(dòng)場所等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，使村莊整治與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)、人的全面發(fā)展協(xié)調(diào)推進(jìn)，整體改善村民生產(chǎn)生活條件。社會(huì)系統(tǒng)的主要參量與方程如下。
（1）“一池三改”：衛(wèi)生廁所數(shù)量（個(gè)）＝戶擁有沼氣池?cái)?shù)＝INTEG（總戶數(shù)，1 897）
（2）安全飲水工程：日供水量（L／d）＝INTEG（總?cè)丝凇?0，7 482）
（3）用水方便程度：人力取水往返時(shí)間不超過20 min。集中供水工程應(yīng)達(dá)到供水用戶數(shù)量要求。
（4）自來水入戶率＝INTEG（自來水已入戶數(shù)／總戶數(shù)，75）
（5）垃圾量集中收集率＝INTEG（總戶數(shù)，0）
（6）道路交通網(wǎng)建設(shè)覆蓋率＝INTEG（“村村通”道路通達(dá)率＋道路硬化率）
4 小流域綜合治理發(fā)展分析
生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的秦莊溝流域綜合治理SEE—SD模型是以水土保持為中心，以沼氣池為紐帶，合理配置要素，進(jìn)行模式選定和最佳組配，通過發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)人居環(huán)境改善，將生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)之間通過調(diào)節(jié)、控制和管理的相互作用貫穿起來，反映子系統(tǒng)間循環(huán)作用機(jī)制，從而量化、動(dòng)態(tài)、完整地展現(xiàn)和模擬整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展變化情況。
4.1 生態(tài)治理
根據(jù)模擬結(jié)果可知，2026年利用畜禽糞尿制造沼氣2.32×106m3，使用1.45×106m3，節(jié)約4 533.2t標(biāo)準(zhǔn)煤。減少了煤炭燃燒和薪柴燃燒及CO2排放。畜禽糞尿和沼液沼渣還田量，折純后約合N肥3.26×104t，P肥1.74×104t，K肥1.07×106t，替代化肥使用，生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益明顯。
建造了3 219座沼氣池，用沼氣做飲事能源，節(jié)省了薪柴的消耗，有效遏制了亂砍林木的現(xiàn)象，這不僅保護(hù)森林資源，減少植被破壞和水土流失，改善自然生態(tài)環(huán)境。沼氣池使用過程中，除產(chǎn)沼氣外，可產(chǎn)沼肥。沼肥長期施用，可起到改良土壤的作用，是發(fā)展無公害農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥肥源。2026年流域全面使用農(nóng)家肥，消除流域面源污染。生態(tài)環(huán)境大為改善，有利于野生動(dòng)物及鳥類生存。因此，動(dòng)物種類和數(shù)量會(huì)增多，從而恢復(fù)良好的生態(tài)系統(tǒng)。
4.2 經(jīng)濟(jì)治理
經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，采用該年的統(tǒng)計(jì)價(jià)值系數(shù)計(jì)算年凈產(chǎn)值；各項(xiàng)措施實(shí)施后所增產(chǎn)的糧食、果品、木材等，按照當(dāng)年農(nóng)產(chǎn)品、經(jīng)濟(jì)作物、木材等的市場價(jià)格，同時(shí)結(jié)合農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果進(jìn)行價(jià)值折算。坡改梯后，坡耕地面積減少，基本農(nóng)田面積增加。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善，提高了土地生產(chǎn)力，人均占有糧食增加，實(shí)現(xiàn)自給有余。同時(shí)，也為調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展商品經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了良好條件。土地資源利用更為合理，土地利用率由59.21%提高到69.60%。林草的發(fā)展，為畜牧業(yè)提供飼料，土地載畜能力極大提高。2026年研究區(qū)各業(yè)產(chǎn)值合計(jì)7 879.57萬元，人均收入達(dá)到6 000元，秦莊溝流域發(fā)展全面實(shí)現(xiàn)小康。
以沼氣為紐帶推動(dòng)了農(nóng)民發(fā)展養(yǎng)豬、養(yǎng)羊、養(yǎng)家禽業(yè)。沼氣用戶普遍增加養(yǎng)豬2頭左右，以年出欄2批，按每頭獲利200元計(jì)，每戶年獲利800元。修建造沼氣池，沼氣滿足農(nóng)戶薪炭需要。同時(shí)也減少購買化肥農(nóng)藥的支出。一口沼氣池兩項(xiàng)可減少支出共計(jì)1 000元。沼氣池使用過程中，除產(chǎn)沼氣外，每年還可產(chǎn)沼肥，沼肥是優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，養(yǎng)分全面，可提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)，是發(fā)展無公害農(nóng)產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥肥源。為發(fā)展綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)提供了保障。研究區(qū)果業(yè)積極加入洛川蘋果帶，營造以優(yōu)質(zhì)蘋果為主的果園671.1 hm2，2026年產(chǎn)值達(dá)3 518.91萬元；到2026年，豬總飼養(yǎng)量將達(dá)25 725頭，產(chǎn)值1 030.18萬元（圖1）。
由于糧食和果品產(chǎn)量大幅度增加，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值迅速提高，可以有更多的資金投入農(nóng)副產(chǎn)品加工、運(yùn)輸以及第三產(chǎn)業(yè)，擴(kuò)大了勞動(dòng)就業(yè)的領(lǐng)域和途徑。綜合治理項(xiàng)目的實(shí)施，促進(jìn)了該區(qū)科技、文化、衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，從而全面推動(dòng)小流域的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。
圖1 小流域綜合治理后種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和果業(yè)前景分析
4.3 社會(huì)治理
實(shí)施安全飲水工程，保證自來水入戶率和保證率達(dá)到95%，對(duì)受損部分飲水工程進(jìn)行維修加固，防治面源污染與點(diǎn)源污染，確保流域內(nèi)群眾生活用水水源不受污染。由于建沼氣池后，“一池三改”，人畜禽糞便都得到無害化處理，資源化利用，使農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生得到改善，減少疾病的傳播，農(nóng)民的健康水平得到提高。根據(jù)模擬，目前秦莊溝流域的養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模小、數(shù)量少。到2026年，該區(qū)由2.5萬頭豬，及4.5萬只雞，養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模將會(huì)有所擴(kuò)大。因此需對(duì)養(yǎng)殖業(yè)造成的污染進(jìn)行合理規(guī)劃整治。通過“村村通”交通路網(wǎng)全面覆蓋，村莊路面硬化完成，方便流域村民出行，實(shí)現(xiàn)垃圾向外清運(yùn)，同時(shí)方便與外界溝通，可帶動(dòng)流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展（圖2）。
圖2 小流域綜合治理后安全飲水、一池三改、垃圾集中收集清運(yùn)、出入方便程度前景分析
5 小流域綜合治理優(yōu)化調(diào)控
5.1 生態(tài)治理優(yōu)化調(diào)控
為了探討2012—2026年秦莊溝流域綜合治理生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三個(gè)子系統(tǒng)之間發(fā)展互相協(xié)調(diào)的途徑，利用SD模型，仿真了3種發(fā)展糧食生產(chǎn)方案。
秦莊溝流域現(xiàn)狀年主要以種植業(yè)為主，耕地占土地利用的30.77%，而種植業(yè)產(chǎn)值僅占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值9.2%。果園占農(nóng)業(yè)用地的21.48%，產(chǎn)值卻占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的21.8%，園地單位面積生產(chǎn)力是耕地的3.4倍，是流域村民收入主要來源。因此，園地面積不宜減少。2026年秦莊溝流域農(nóng)村總?cè)丝跒? 184人，耕地面積為960.92hm2，其中坡耕地765.27hm2。
（1）方案一。以糧食生產(chǎn)為重，人均糧目標(biāo)為500kg。但所需水平耕地面積已超出耕地面積為960.92hm2，若方案一執(zhí)行，將減少園地面積，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和總純收入均屬于較低的收入方案。應(yīng)舍去方案一。
（2）方案二。以人均糧400kg為目標(biāo)。2026年，流域水平耕地面積為868.60hm2，坡耕地面積92.32hm2，人均水平耕地面積0.106hm2產(chǎn)糧400 kg，人均坡耕地0.011hm2可產(chǎn)糧23.8kg，二者共計(jì)產(chǎn)糧423.8kg。攔蓄徑流量及攔蓄泥沙量分別為1 158.13m3和 133.18t。 方 案 二 坡 改 梯 造 價(jià)1 954.34萬元。
（3）方案三。人均糧目標(biāo)為350kg。2026年，所需水平耕地面積為760.02hm2，坡耕地面積200.90hm2。人均水平耕地面積0.093hm2可產(chǎn)糧350kg，人均坡耕地0.025hm2可產(chǎn)糧51.8kg，二者共計(jì)產(chǎn)糧401.8kg。攔蓄徑流量及攔蓄泥沙量分別為1 013.36m2和116.54t。方案二坡改梯造價(jià)1 710.05萬元。
在滿足各階段人口需求，即糧食自給的情況下，以滿足生態(tài)效益目標(biāo)為各項(xiàng)措施減沙量最大，水土流失最少；實(shí)現(xiàn)土地肥力的平衡，保持土地較高生產(chǎn)力；經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)為純收入最大，投資最省。將兩個(gè)方案比較，方案二比方案三多投入224.29萬元，人均糧食占有量二者僅相差22kg。依據(jù)秦莊溝流域的實(shí)際情況，方案三可將相差224.29萬元投入到修建谷坊，可以在較淺的支毛溝底修建220座土谷坊，可攔泥2 288m3，溝底平均淤高0.35m，可實(shí)現(xiàn)分段攔截泥沙和水流，并達(dá)到溝道治理的預(yù)期效果。方案三能實(shí)現(xiàn)糧食中等自給，能滿足各時(shí)期人口需求，同時(shí)又能滿足生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)。相對(duì)來說，綜合效益最優(yōu)，因此最終選擇方案三為秦莊溝流域綜合治理2012—2026年水土保持生態(tài)設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過治理，使現(xiàn)有765.27hm2坡耕地減少到200.90hm2，基本農(nóng)田由195.65hm2提高760.02hm2，坡耕地與基本農(nóng)田的比例由79.64%和20.36%轉(zhuǎn)變?yōu)?0.90%和70.09%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善，提高了土地生產(chǎn)力，人均占有糧食達(dá)到401.8kg，實(shí)現(xiàn)自給有余。
5.2 經(jīng)濟(jì)治理優(yōu)化調(diào)控
按照流域自然條件差異，將小流域生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)劃分為4個(gè)子系統(tǒng)［2］。（1）溝道生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域溝道建設(shè)谷坊攔泥減沙，植樹造林，護(hù)坡減災(zāi)。（2）坡地生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域上游坡地水土流失極為嚴(yán)重，適宜發(fā)展林牧。開發(fā)治理思路是栽種喬木、灌木及牧草，輔之以配套的整地工程，實(shí)行植被覆蓋，建立體生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。（3）梁坡塬面生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域的塬面未治理前大部是坡耕果園，適宜發(fā)展集約農(nóng)業(yè)，建現(xiàn)代化的糧、果基地。（4）庭院生態(tài)農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)。秦莊溝流域村民居住分散，庭院面積大，具備立體利用優(yōu)勢(shì)。庭院內(nèi)宜發(fā)展畜牧養(yǎng)殖、栽種果蔬，庭院外宜在實(shí)施水土保持工程的基礎(chǔ)上，栽植經(jīng)濟(jì)林、喬木林及藥材、蔬菜等。
5.3 社會(huì)治理優(yōu)化調(diào)控
小流域社會(huì)治理優(yōu)化調(diào)控要與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)建設(shè)、人的全面發(fā)展協(xié)調(diào)推進(jìn)，主要涉及生計(jì)、生命安全、人居環(huán)境等村民最關(guān)心的、最急需解決的突出問題。
首先是飲水安全。不同居住情況及地質(zhì)條件，可采用不同的供水方式。流域內(nèi)對(duì)于地質(zhì)條件較好和水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)的村莊，采取集中打深井提水、統(tǒng)一供水的方案，優(yōu)先選擇連片集中供水或管網(wǎng)延伸供水方式。其中水源和供水范圍，可跨村、鎮(zhèn)等行政區(qū)域規(guī)劃，但應(yīng)做好協(xié)調(diào)工作。對(duì)于受水源、地形、居住、電力、經(jīng)濟(jì)等條件限制的偏遠(yuǎn)區(qū)域，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況規(guī)劃建造分散式供水工程。
養(yǎng)殖專業(yè)戶帶來的環(huán)境污染治理：（1）養(yǎng)殖業(yè)污染治理原則?！罢l污染，誰治理”；分期治理，分步實(shí)施；綜合治理與發(fā)展。（2）養(yǎng)殖業(yè)污染防治。養(yǎng)殖場沼氣系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行養(yǎng)殖場規(guī)范化改造。沖洗畜禽舍污水全部進(jìn)入沼氣池。加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)殖戶管理，根據(jù)市場情況逐步實(shí)現(xiàn)科學(xué)化和集約化養(yǎng)殖，徹底解決養(yǎng)殖業(yè)污染問題。
6 結(jié)論
通過建立SEE—SD模型，量化分析了秦莊溝流域綜合治理3個(gè)子系統(tǒng)（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)）間的相互作用關(guān)系。并基于趨勢(shì)模擬和分析結(jié)論，對(duì)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)治理進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)控，提出有針對(duì)性的坡改梯方案選擇、飲水安全、生態(tài)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)循式和改善人居環(huán)境對(duì)策。
對(duì)渭北旱塬小流域綜合治理規(guī)劃方法應(yīng)采用全新思想：（1）小流域水土保持是三個(gè)子系統(tǒng)（生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)）發(fā)展的基礎(chǔ)。（2）小流域水土保持綜合治理必須結(jié)合生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。（3）小流域生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展應(yīng)當(dāng)因地制宜。小流域綜合治理規(guī)劃必須考慮綜合效益。（4）SEE—SD模型方法用于小流域綜合治理規(guī)劃具有科學(xué)性和實(shí)用性。
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