沙河市小流域綜合治理效益分析

林聰杰

(河北省沙河市水務局,河北 沙河 054100)

1 沙河市基本情況

沙河市位于河北省南部,地處太行山東麓,總面積999 km2。轄15個鄉、鎮、辦事處,290個行政村,總人口47.3萬人。自西向東分為山區、丘陵、平原3個區域,屬北方土石山區水力侵蝕區,山區主要以層狀面蝕和鱗片狀面蝕最為常見,丘陵以面蝕和溝蝕為主。

沙河市山丘區面積為677.9 km2,其中水土流失面積416 km2,由于受地形、土質、氣象、植被及人類活動的影響,水土流失嚴重,侵蝕模數達600 t/(hm2·a),溝壑密度為3.13 km/km2,林木覆蓋率平均僅為29%。開展小流域綜合治理后,增加了當地群眾經濟收入,促進了商品經濟發展,提高了小流域的可持續經營程度,加速了群眾脫貧致富奔小康的進程。

2 小流域綜合治理及措施

根據小流域內水土資源現狀及社會經濟條件,正確地確定生產發展方向,合理安排農、林、牧用地的位置和比例,積極建設高產穩產基本農田,提高單位面積糧食產量,促進陡坡退耕,為擴大造林種草面積創造條件[1];水土保持工作要為調整農業生產結構,促進商品生產的發展和實現農業現代化服務;在布置治理措施時,使工程措施與林草措施及農業耕作措施相結合,治坡措施與治溝措施相結合,在地少人多的地區,林草措施面積比例可以小些;在實施順序上,一般先坡面后溝道，先毛、支溝后干溝,先上中游后下游;講求實效,注意提高糧食產量與經濟收入,注意解決飼料、肥料和人畜飲水問題。

綜合治理是指以小流域為單元,以土地利用規劃為基礎,在各個地塊上配置水土保持林草措施、工程措施及農業技術措施,形成綜合防治體系[2]。

a. 水土保持林草措施。水土保持林草措施可以使小流域的治理與開發融為一體。在小流域中,建設喬、灌、草相結合的生態經濟型防護林體系,是實現流域可持續治理與開發的根本措施。在小流域中建立生態經濟型防護林體系,不僅可發揮林木特有的生態屏障功能,還可為社會提供更多的林產品,提高經濟效益。目前,沙河市小流域治理中的防護林體系主要包括分水嶺防護林、護坡林、護埂林(地埂造林)、侵蝕溝道防護林、護岸護灘林、山地果園及經濟林等。應根據區域自然歷史條件和防災、生態、經濟建設的需要,將多用途的各個林種結合在一起,并布設在各自適宜的地域,形成一個多林種、多樹種、高效益的防護整體[3]。

b. 水土保持工程措施。水土保持工程措施是小流域治理與開發的基礎,能為林草措施及農業生產創造條件,是防止水土流失,保護、改良和合理利用水土資源,并充分發揮各種資源的經濟效益,建立良好生態環境的重要治理措施。

c. 水土保持農業措施。在水土流失的農田中,采用改變小地形,增加植被覆蓋度、地面覆蓋和土壤抗蝕力等方法,達到保水、保土、保肥、改良土壤、提高產量等目的的措施稱為水土保持農業措施。以改變小地形為主的水土保持耕作措施有溝壟耕作、等高耕作、坑田等。隨著水土流失治理與自然資源綜合開發利用的結合,在一些小流域治理中已建成了以生態農業原理為基礎,以高效、優質、可持續發展為目的的農林復合型、林牧復合型或農林牧復合型的復合生態經濟系統[4]。

d. 其他措施是指上述項目外可以按面積計算的水土流失治理措施,如魚鱗坑、水平階等坡面措施。

凡采用了以上所述綜合措施,治理開發取得了很大進展的小流域,均取得了顯著的生態效益、經濟效益與社會效益,提高了小流域的可持續經營程度。

3 水土保持措施經濟效益分析計算

3.1 經濟效益計算有關參數

水土保持效益主要與水土保持措施經濟計算期、始效期、經濟效益單位指標等密切相關。

3.1.1 經濟計算期、始效期確定

按《水土保持綜合治理效益計算方法》進行計算[5],采用靜態計算方法,各項措施自實施后即開始計算其經濟計算期,效益始效期根據不同的措施而不同,詳見表1。

表1 各種措施效益始效期 a

水土保持各種措施,發揮作用需要一定的時間。而且開始發揮作用的時間不一樣,如種植林木發揮效益的時間較長。各種治理措施的前期效益年限見表2。

表2 各種措施前期效益年限 a

經濟效益單位指標可根據項目區農產品、經濟作物和木材等的市場價格,結合外業的農戶調查確定[6],詳見表3。

表3 經濟效益單位指標 元/(hm2·a)

3.1.2 蓄水保土效益單位指標

蓄水保土效益單位指標主要指減蝕模數及蓄水指標。減蝕模數與治理前水土流失強度有關,根據治理前流失強度及治理后流失強度對比可以確定其減蝕模數,蓄水指標按經驗取值[7]。各措施蓄水、減蝕指標確定見表4。

表4 各措施蓄水保土效益單位指標

3.1.3 設計保存率

各項水土保持措施實施后,由于受多方面因素的影響,例如洪、澇、旱、病、蟲等災害,水土保持生物措施不可能全部保存下來,根據北方地區實施“長治”工程各項措施的保存情況,確定各項水土保持措施的設計保證率[8]。詳見表5。

表5 各措施蓄水保土效益單位指標 %

3.2 經濟效益計算

沙河市小流域治理主要措施包括坡地改梯田、水土保持林建設、種植經濟林、封山育林治理等。2003—2012年治理情況見表6。

經濟計算期內各項措施累計有效面積計算公式為

式中:F為單向措施累計有效面積,hm2;m為前期效益年限,a;n為經濟計算期,a;t為經濟效益始效期,a;f為規劃期末單項措施實施的總面積，hm2。

表6 沙河市小流域綜合治理情況統計 hm2

根據2003—2012年小流域治理情況,按照上述公式,計算小流域治理累計有效面積(表7)。

表7 沙河市小流域綜合治理經濟效益累計有效面積計算結果

單項措施經濟計算期內累計增產值計算公式:

J=FjP

(2)

式中:J為單項措施累計凈增產值,元;F為單項措施累計有效面積,hm2;j為單項措施單位面積凈增產值,元/(hm2·a);P為設計保存率,%。

各項措施累計增產值:

根據不同治理項目的累計有效面積,結合各項目的增產指標及保證存在率,計算各治理項目的累計增產值(表8)。

表8 沙河市小流域綜合治理累計增產值

通過對沙河市小流域綜合治理情況分析,統計項目由坡改梯、水保林、經濟林、封禁治理和其他措施,截止到2012年,水土保持經濟效益為18 727萬元。

4 蓄水保土生態效益計算

4.1 蓄水保土量計算

在降雨時,喬木、灌木層和草本植物層都能夠截留下一部分雨水,大大減緩了雨水對地面的沖刷,最大限度地減少地表徑流。而且枯枝落葉層就像一層厚厚的海綿,能夠大量地吸收和儲存雨水。這樣森林就可以儲存起大量的水,減少水土流失[9]。采用水保法計算各項措施的蓄水保土量。表9為沙河市小流域綜合治理蓄水保土效益累計有效面積計算結果。

表9 沙河市小流域綜合治理蓄水保土效益累計有效面積計算結果

某項措施蓄水量:

ΔWi=FeΔWm

(3)

式中:ΔWi為某項措施蓄水量,萬m3;Fe為某項措施的有效面積,hm2;ΔWm為某項措施減少的徑流模數,m3/(hm2·a)。

某項措施保土量:

ΔSi=FeΔSm

(4)

式中:ΔSi為某項措施保土量,萬t;Fe為某項措施的有效面積,hm2;ΔSm為某項措施減少的侵蝕模數,t/(hm2·a)。

分別計算流域內綜合治理蓄水保土總量。

蓄水總量:

ΔW=ΔW1+ΔW2+…+ΔWn

(5)

保土總量:

ΔS=ΔS1+ΔS2+…+ΔSn

(6)

根據沙河市小流域綜合治理累計有效面積,按照上述公式,分別計算出各治理項目的蓄水總量和保土總量(表10)。

表10 沙河市小流域綜合治理蓄水保土計算結果

采用2003—2012年水土保持治理情況資料,截至2012年沙河市小流域治理效益為:減少土壤流失量242萬t,增加降水有效利用量7 547萬m3。

4.2 蓄水量價值計算

影子工程法將難以計算的生態價值轉換為可計算的經濟價值,從而將不可量化的問題轉化為可量化的問題,簡化了環境資源的估價[10]。

采用影子工程法,計算水土保持蓄水的經濟價值。根據興建水利工程的成本確定,計算公式為

B=ΔWG

(7)

式中:B為蓄水經濟價值,萬元;ΔW為各種治理措施的蓄水總量,萬m3;G為影子價格,元/m3。

根據河北省目前水庫造價總投資,單位蓄水量價格為10.1元/m3。按照累計蓄水量為7 547萬m3計算,則蓄水總效益為76 255萬元。

4.3 保土價值計算

小流域治理的保土作用每年減少3種物質損失,即減少土地廢棄、減少泥沙滯留與淤積和減少土壤營養物質損失。采用《中國森林環境資源價值評估》中的方法對此3種物質損失進行經濟價值核算[11]。

重置成本法又稱置換成本法或恢復費用法,通過估算環境被破壞后將其恢復原狀所要支出的費用,用以計算環境影響的經濟價值。重置成本法將環境視為一種資產,當人們開展某一活動對環境造成破壞時,相當于降低了環境資產的價值,可以通過重新構建一項全新的環境資產來彌補。

4.3.1 流域治理減少廢棄土地面積經濟價值計算

流域治理減少土地廢棄的經濟價值可以根據機會成本來計算。將某種資源安排特種用途,而放棄其他用途所造成的損失、付出的代價,就是該種資源的機會成本。

根據國家統計局的有關資料,1987—1990年間中國林業生產的年均收益為282.17元/(hm2·a)。沙河市小流域治理水保林、經濟林計有效面積為4.91萬hm2,減少土地廢棄的累計經濟價值1 385萬元。

4.3.2 流域治理減少泥沙滯留經濟價值計算

滯留泥沙主要集中在山前、坡腳、溝口、庫壩河的入口等,因此,可以利用清除滯留泥沙的經濟費用作為流域減少泥沙滯留的經濟價值。

根據《經濟技術手冊》,清除1噸滯留泥沙工費為4.7元。根據我國水土流失研究成果,土壤侵蝕中河道滯留泥沙量占33%。沙河市累計減沙土壤流失量242萬t,則累計經濟價值為375.3萬元。

4.3.3 流域治理減少泥沙淤積經濟價值計算

國內外核算流域減少泥沙淤積的經濟價值有兩種方法:①根據清除成本核算;②根據蓄水價格核算。即泥沙淤積于湖泊、水庫和河道,減少了地表有效水的蓄積,可根據水庫工程的蓄水成本計算其損失價值。減輕泥沙淤積價值估算,按照我國主要流域的泥沙運動規律,全國土壤流失的泥沙有24%淤積于水庫、江河、湖泊, 可根據蓄水成本來計算森林生態系統減輕泥沙淤積災害的經濟效益。減輕水庫淤積效益計算公式:

(8)

式中:En為減輕泥沙淤積經濟效益,元/a;Ac為土壤保持量,t/a;C為水庫工程費用,元/m3;ρ為土壤容重,t/m3。

河北省目前水庫工程費用為10.1元/m3。沙河市小流域治理累計減沙泥沙流失242萬t,沙河市山區土壤容重為1.30 t/m3,累計減少泥沙淤積的經濟價值為451.2萬元。

4.3.4 流域治理減少土壤氮、磷、鉀損失經濟價值計算

土壤侵蝕使土壤中氮、磷、鉀大量流失,增加了土壤化肥的施用量,因此,流域減少氮、磷、鉀損失的經濟價值可根據化肥的價格來確定[12]。河北省山地主要土壤類型養分含量狀況見表11。

表11河北省山地主要土壤類型養分含量狀況g/kg

土壤類型 土壤主要養分含量有機質全氮全磷全鉀土壤質地 山地草甸土103.04.460.9220.3輕壤土棕壤土90.403.430.5221.1中壤土褐土8.200.630.3126.1重壤土草甸沼澤土39.402.290.6717.6中壤土灰色森林土42.602.240.3425.0中壤土黑土60.202.750.4318.5輕壤土栗鈣土39.902.000.4918.9-風沙土2.320.100.0919.1沙壤土平均93.302.200.5020.8

根據減少的土壤流失量,首先計算氮、磷、鉀營養元素的含量:

Li=kΔSHi

(9)

式中:Li為減少土壤流失中第i種營養元素數量,t;k為單位換算系數;ΔS為流域治理減少的土壤流失量,t;Hi為土壤中第i中營養元素含量,g/kg。

分別采用不同土壤全氮、全磷、全鉀的平均值,計算流域治理減少土壤流失量中的營養元素數量。計算結果見表12。

表12 流域治理減沙土壤養分損失經濟價值計算

根據碳酸銨、碳酸氫銨、尿素、液體氨、氨水、氯化銨、硝酸銨、石灰氨和其他氨肥等常用氮肥計算其折純量。磷肥包括過磷酸鈣、磷礦粉、重過磷酸鈣、鋼渣磷肥和其他磷肥計算其平均折純量。鉀肥包括氯化鉀、硫酸鉀、灰窯鉀肥等計算器折純量。計算結果見表13。

表13 化肥折純量計算參考值 %

按照不同化肥的折純量,計算出實際化肥數量,根據化肥平均價格,計算其經濟價值。

(10)

式中:B為總經濟價值,萬元;xi為減少土壤流失中第i種營養元素的含量,t;zi為第i種營養元素相應化肥的折純率,%;J為化肥平均價格,元/t。

根據農業部門統計資料,我國2010年不同肥料化肥平均價格,氮肥為600元/t、磷肥為2 300元/t、鉀肥為2 500元/t。沙河市小流域治理累計減少氮、磷、鉀損失的經濟價值為44.9萬元。表14為小流域治理措施土壤減少流失營養元素價值計算表。

表14 沙河市小流域治理措施土壤減少流失營養元素價值計算

4.3.5 保土總價值計算

減少土壤流失總價值包括:流域治理減少廢棄土地面積經濟價值1 385萬元;流域治理減少泥沙滯留經濟價值375.3萬元;流域治理減少泥沙淤積經濟價值451.2萬元;流域治理減少土壤氮、磷、鉀損失經濟價值44.9萬元?？傆? 256萬元。

4.4 蓄水保土生態價值

通過上述分析,沙河市小流域綜合治理生態價值計算結果為:蓄水生態價值76 255萬元,保土生態價值為2 256萬元,總計78 511萬元。

5 結 論

沙河市小流域治理主要措施有坡地改梯田、水土保持林建設、種植經濟林、封山育林治理等措施。取得較好的經濟效益和生態效益。

小流域綜合治理經濟效益計算項目包括坡改梯、水保林、經濟林、封禁治理等項目,生態效益計算上述項目的蓄水保土效益。根據小流域治理2003—2012年資料統計,經濟價值為18 727萬元,生態價值為78 511萬元。

小流域綜合治理在創造經濟效益的同時,也創造巨大的生態效益和社會效益,而生態效益遠大于其經濟效益。

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