黃河下游引黃灌區沉沙區水土流失綜合防治體系研究

王貴霞, 夏江寶, 孫寧寧, 王景元, 劉翠麗, 龐啟航

(1.濱州市水利局，山東 濱州 256600; 2.濱州學院 山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室，山東 濱州 256603;3.惠民縣水利局，山東 惠民 251700; 4.濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600)

黃河下游引黃灌區沉沙區水土流失綜合防治體系研究

王貴霞1, 夏江寶2, 孫寧寧3, 王景元4, 劉翠麗4, 龐啟航4

(1.濱州市水利局，山東 濱州 256600; 2.濱州學院 山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室，山東 濱州 256603;3.惠民縣水利局，山東 惠民 251700; 4.濱州市小開河引黃灌溉管理局，山東 濱州 256600)

引黃灌區；沉沙區；水土流失；防治體系；黃河下游

針對黃河下游引黃灌區沉沙區由于引沙、沉沙、棄沙造成的土壤沙化和水土流失嚴重這一突出問題，以小開河引黃灌區集中沉沙區為研究對象，結合自然條件、地形地貌特征、水土流失分布和特點，在水土流失分區的基礎上，制定了各分區水土保持生態恢復的關鍵技術，建立了引黃灌區中游沉沙段“沙化工程治理及配套生物修復綜合整治模式”，為黃河下游引黃灌區水土流失綜合防治和灌區水土保持生態建設提供了理論依據和技術參考。

引黃灌溉和引黃輸水等引黃工程是加劇魯北平原風沙區風蝕的一個重要原因。黃河下游引黃灌區多為無壩引水，輸沙干渠兩岸地勢平坦，加之黃河水含沙量大、泥沙多而細，導致引水必引沙。山東省位于黃河下游，省內沿黃九地市建有萬畝(15畝=1 hm2)以上引黃灌區70處，設計灌溉面積185.6萬hm2，每年從黃河引出的沙量達1 000多萬t，清出的大量泥沙堆積在輸沙渠和沉沙池兩側，形成了大面積的棄沙高地，高低不平，邊沿不齊，空洞過多，土壤不實，造成了嚴重的沙荒[1-2]。沉沙池所沉沙土利用率不高，一旦沉沙池不能發揮作用，即變成又一處沙源[2-4]。而灌區不斷清淤不僅增加了灌區運行費用，加大了灌區群眾負擔，而且治理不好會引起土質嚴重沙化、排水河道淤積、土地鹽堿化、生態環境惡化等一系列生態環境問題[5-7]。引黃泥沙帶來的環境、經濟等問題，導致當地群眾對灌區清淤棄土逐漸產生抵觸情緒，泥沙處理矛盾加大，區域干群關系緊張，近年來群眾干擾清淤施工等事件逐漸增多。為了改善沉沙區人民群眾生活和生產條件，促進社會和諧發展，急需對引黃灌區沉沙區進行水土保持綜合治理[7-8]。

山東省濱州市小開河引黃灌區的沉沙池建在遠離渠首51.3 km干渠的中游，采取遠距離輸沙、集中沉沙、以挖代沉的方式減少灌區水沙含量，每年平均清理淤沙約30萬m3，實現了泥沙長距離輸送，具有典型性和代表性[9]。本研究以小開河引黃灌區中游集中沉沙區為研究對象，總結了不同侵蝕強度區沙化治理的關鍵技術，創建了典型水土保持生態恢復模式與技術體系，希望能為引黃灌區沙化治理與生態建設提供理論依據和技術參考。

1 研究區概況

濱州市小開河引黃灌區于1993年動工興建，1998年底建成通水，涉及濱州市的濱城區、濱州經濟開發區、惠民縣、陽信縣、沾化區、無棣縣和北海新區。該灌區屬大型引黃灌區，設計灌溉面積7.33萬hm2，設計引水流量60 m3/s，年設計引水3.93億m3，干渠全長96.5 km，其中輸沙渠51.3 km、沉沙池4.2 km、輸水渠41.0 km，有骨干建筑物147座。研究區位于濱州市沾化區古城鎮西北約8 km、無棣縣城東11 km，南北長7.54 km、東西寬1.24 km，主要包括輸沙干渠(樁號47+878—51+259)及其支渠(3.78 km)兩岸和沉沙池段，總面積935.1 hm2。研究區屬半干旱半濕潤季風氣候區，有明顯的季節變化，多年平均氣溫12.3 ℃，多年平均凍土深35 cm，多年平均無霜期205 d，年平均日照時數2 736.1 h，年平均風速3.6 m/s，多年平均降水量584 mm，年均蒸發量1 282 mm。屬黃河泛濫沖積平原區，地形平坦，微地貌復雜，崗坡洼相間，土壤以砂土、砂壤土和鹽化潮土為主，其地形地貌地質條件決定了土壤的承載力差、抗蝕能力弱。土壤侵蝕類型以風力侵蝕為主，兼有水力侵蝕。主要樹種有白蠟、楊樹和冬棗等，農作物主要有小麥、玉米、棉花等。

2 水土流失現狀和分區

由于多年引黃清淤，大量泥沙堆積在沉沙池周邊和輸沙渠兩側，棄土場不斷淤高，形成了大面積的沉沙高地，泥沙堆積裸露，淤積泥沙與棄土場形成局域沙荒地。引黃泥沙以細沙為主，密實性差，遇風極易起沙，尤其是在冬春多風季節，區內降水量偏少，土壤干旱，風力侵蝕尤為嚴重，晴天大風天氣土沙飛揚，侵蝕農田，造成周邊土地不斷沙化。此外，周邊磚窯廠等不合理生產建設活動和傳統的耕作方式加重了項目區內的土地裸露程度，人為破壞造成的水土流失逐年加劇。由于河道、渠系配套設施不完善且多年未治理，水土保持措施不到位，雨季泥沙隨徑流流入周邊河道和渠系，造成河床抬高，行洪能力下降，水利設施不能發揮應有的興利除害作用，加劇了洪澇災害的發生。同時水土保持措施布局不盡合理，缺乏科學的規劃和論證，防護體系脆弱，難以根治灌區沉沙區嚴重的水土流失。通過對項目區水土流失情況進行調查并查閱有關資料，按照《土壤侵蝕分類分級標準》(SL 190—2007)將項目區劃分為3個水土流失分區，即強烈侵蝕區、中度侵蝕區和輕度侵蝕區，見表1。

3 水土流失綜合防治體系

引黃灌區水土流失治理應以治沙改土為中心，旱、澇、沙、堿綜合治理[9-10]。本著“因地制宜、集中治理、突出效益”的原則，從減輕區內棄沙災害入手，以實現項目區內水土資源、生態、社會和經濟的可持續發展為目的，合理確定總體布局和治理措施，建成系統、高效的水土流失綜合防治體系。綜合防治，就是要把植物、工程和農業技術措施進行科學配置，在空間上做到有機配合，在時間上做到緊密聯系，使各項措施形成一個完整的綜合防護體系，即從上到下層層設防、節節攔截，既防風蝕又防水蝕，發揮群體的防護作用[11]，以最大限度地防風固沙、攔截泥沙、保持水土、改善生態環境和農業生產條件，促進引黃灌區的可持續發展。根據項目區內地形地貌和水土流失分區，將水土保持分區與水土流失分區相對應，即以強烈侵蝕區為重點治理區、中度侵蝕區為重點監督區、輕度侵蝕區為預防保護區。主要治理措施包括擋土壩、綠化平臺填筑和平整土地等工程措施，栽植水保林、農田林網、經濟林和植草等植物措施，以及林糧間作等農業技術措施。

3.1 強烈侵蝕區(重點治理區)

該區為沉沙池清淤棄土堆放處，地表基本裸露，風蝕、水蝕均較嚴重，確定為重點治理區。為改善區域環境、防治水土流失，需建立清淤棄土區并進行網格化筑堤，既作排淤圍堰又作綠化平臺，采取喬灌草立體配置模式，其中水平配置以混交林營建為主，起到防風固沙的作用。網格間在秋末冬初灌區清淤時堆積清淤棄土，春秋季進行農業種植，增加植被覆蓋率，做到清淤、保土兩不誤。

關鍵技術：①工程措施。四周填筑擋土圍壩，建立棄土場，清淤時將泥沙引入棄土場地。在棄土場內每隔200 m設置一道泥漿圈擋土壩，將棄土場分割成12個地塊。多次的清淤沉沙容易使棄土區地形復雜、起伏不平，無法進行種植和耕作，因此平整土地是重要的基礎性工作[12]。利用施工機械對12個地塊分別進行土地整理和全面整平，并填筑成綠化平臺。擋土圍壩頂寬5 m、壩高3 m、邊坡1 ∶2。泥漿圈擋土壩頂寬3 m、高2.5 m、邊坡1 ∶2，中間整平的綠化平臺寬度為8 m。②植物措施。在擋土壩上進行喬灌草混交模式栽植。喬木樹種以耐旱的刺槐、速生楊和白蠟等為主，株行距3 m×3 m，密度1 100株/hm2。灌木樹種以紫穗槐和連翹等為主。底部撒播草種，草本種類以狗尾草、地黃等為主，以達到防風固沙效果。在整平分割塊地的棄土場內春秋季節進行農業種植，農作物以玉米、棉花、花生和大豆等為主，主要采取對外承包模式，鼓勵群眾采用覆膜保墑、保土保肥種植方式，既可以防風固沙又充分發揮其經濟效益。

3.2 中度侵蝕區(重點監督區)

該區主要分布在輸沙干渠兩側、沉沙池運行區和沉沙池東岸取土場，其中輸沙渠干渠兩岸為多年清淤棄土形成的棄土高臺，遇風遇水極易形成嚴重的水土流失，因此采取措施防風固沙和保持水土尤為重要，主要措施為綠化平臺填筑和植被防護林帶建設；沉沙池運行區和周邊區在用水總量控制的基礎上分別于不同時間段在較小的空間尺度上進行水位調控，并通過采取適當的工程和植物措施，減少地表裸露率，建立沉沙池生態濕地公園。

關鍵技術：①取用沉積泥沙土修建綠化平臺，寬5～60 m不等，客土栽植林草。依據地段特點：輸沙渠東岸平臺寬分別設計為5、8、15 m，西岸平臺寬為5 m；沉沙池東岸平臺寬分別為15、35、55 m，西岸平臺寬分別為8、60 m。②在整平后的綠化平臺上種植白蠟、毛白楊、國槐、棗樹等喬木，堤壩內坡種植連翹、紫穗槐等綠化觀賞灌木，堤壩外側邊坡植草，以充分發揮道路、渠岸和沉沙池防護林的水土保持功能。③林網結構以疏透結構為主，主林帶方向沿灌區干渠設計，林帶結構模式為沿道路、渠岸植樹，每側兩行，以混交種植為主，株行距3.0 m×2.5 m，密度1 300株/hm2，灌木株行距1.0 m×1.5 m。④對沉沙池東側南北長700 m、東西寬50 m的高洼不平區域進行土地整理，增加自然濕地面積。⑤沉沙池運行區在綜合考慮時間尺度及空間尺度的基礎上，根據水量同濕地功能整合性的關系來確定生態需水總量閾值，采用“水量-水位控制分時配水”技術，在用水總量控制的基礎上分別于不同時間段在較小的空間尺度上進行水位調控，以保持合理存水量，發揮沉沙池的生態濕地功能。同時加強對沉沙池內現有蘆葦、香蒲和杞柳等濕生植物的管護，提高生物多樣性。

3.3 輕度侵蝕區(預防保護區)

該區主要分布在各支渠兩側，主要是基本農田和經濟林，為灌區沉沙區水土流失干擾區，應以預防保護、減輕水土流失危害為主。因此，需以營建農田防護林為主，同時在非棄土區營建以降鹽改土為主要功能的水土保持防護林，并對周邊灌溉渠系配套設施進行完善，進行復耕和改良土地，提高耕作保土效果，建成生態林網。

關鍵技術：①堅持“道路-溝渠-林網-農田”四位一體的規劃理念，鼓勵群眾種植農作物，同時注重農田防護林的營建。②樹種選擇，首先按照適地適樹原則選擇適宜的樹種；其次為使農田防護林盡早發揮其防護效能，要選擇速生樹種，同時兼顧持久性，以實現林帶的可持續發展；最后還要考慮生態、經濟效益兼顧，選擇樹種以毛白楊、紫穗槐、白蠟等為主。③在水肥條件允許的地段，進行“棗糧間作，以棗為主”的經濟林建設，棗樹株行距3.0 m×2.5 m、密度1 300株/hm2，在秋冬11月至12月中旬和春季3—4月種植。④非棄土區地段，土壤類型以鹽化潮土為主，可營建喬灌混交的水土保持防護林。可于春季或秋季直接進行耐鹽程度0.3%～0.4%喬灌木樹種的栽植。其配置模式為：采用品字型栽植，喬灌混交比例為2 ∶1～3 ∶1，株行距為(1.0～1.5 m)×(2.0～3.0 m)，其疏透度為0.15～0.20，喬木樹種以絨毛白蠟、白榆、竹柳為主，灌木樹種以檉柳、紫穗槐、白刺、沙棗為主。

4 水土保持效益分析

(1)生態效益。通過3年的工程措施、生物修復技術和人為調控措施的實施，引黃灌區沉沙區水土流失治理程度達90%，植被恢復達85%，宜林宜草區域林草覆蓋率達95%，土壤侵蝕模數減小50%，增加耕地66.1 hm2，年保土量達0.84萬t。研究區防風固沙能力和水土流失控制能力顯著增強，有效遏制了土地沙化和環境惡化趨勢。

(2)社會效益。通過灌區沉沙區水土流失綜合治理，逐步完善了水土保持綜合防護體系，生態環境步入良性循環，農業生產生活條件顯著改善，土地利用和產業結構日趨合理，土地利用率和產出率大幅提高，在促進流域內經濟發展、維護社會穩定方面起到了輻射示范作用。同時，隨著沉沙區條件的改善，緩解了灌區泥沙處理的矛盾，有利于區內經濟的發展和跨區調水的順利實施。

(3)經濟效益。栽植的經濟林、水保林、經濟作物等可產生直接的經濟效益。據估算，項目實施后每年可產生直接經濟效益191.45萬元，隨著治理區土壤、耕作條件的改善和水利設施的配套完成，將大幅提高作物產量，增加農民收入。

5 結 語

以小開河引黃灌區為研究對象，針對土壤沙化和水土流失嚴重這一突出問題，結合項目區自然條件、地形地貌特征、水土流失分布及特點，因地制宜，因害設防，經過填筑綠化平臺、植物防護工程等的建設，建立了引黃灌區中游沉沙區“沙化工程治理及配套生物修復綜合整治模式”，針對不同分區提出了具體技術措施。這些技術措施推廣實施后，有效解決了引黃灌區清淤與沙化的矛盾，能夠因害設防、改善灌區灌溉條件、改良鹽堿地、增加耕地面積、提高生態修復能力、增加植被覆蓋率，達到了防風固沙、減少水土流失的目的，取得了良好的生態、經濟和社會效益。

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(責任編輯 李楊楊)

國家自然科學基金項目(31370702)；山東省科技發展計劃項目(2013GSF11604)；山東省省級水利科研及技術推廣項目(SDSLKY201315)

S157.2

A

1000-0941(2015)06-0033-04

王貴霞(1980—)，女，山東聊城市人，工程師，碩士，主要從事水土流失治理與水土保持生態建設工作；通信作者夏江寶(1978—)，男，山東安丘市人，副教授，博士，主要從事植被恢復與生態重建研究工作。

2015-01-20