新疆白楊河水庫段水土保持綜合治理研究

徐 江

(新疆昌吉方匯水電設計有限公司，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

水土流失是一種極為嚴重的水、土資源浪費現象，對當地的經濟、社會發展帶來不利影響。隨著環保意識的逐漸加強，對當地水土流失現象加以治理已經逐漸受到重視。在國內，已有多個地區采取了水土保持措施[1-4]，并取得了良好的社會、經濟、生態效益。沿河地區，水土流失會造成河道淤積，造成上游土地資源流失，同時對下游居民的生產、生活造成不利[5-7]。白楊河水庫上、下游段水土流極為嚴重。該區段水土流失的特點為：水力侵蝕為主要的侵蝕類型，風力侵蝕占較小比重，局部地段有重力侵蝕。針對該段進行治理是十分必要的。

1 水土保持綜合治理措施

1.1 坡式護岸設計

1.1.1 總體布置方案

白楊河具有中小河流的典型特征，常用治理措施包括：丁壩、順壩兩種類型。

1)方案一采用順壩護岸布置型式。水庫下游左岸道路為主要保護對象，工程新建護岸樁號左岸樁號Z0+000-Z0+185、右岸樁號Y0+000-Y1+455段，共計新建護岸1820m。

2)方案二采用丁壩結合順壩布置型式。左岸丁壩布置起始樁號為Z0+000至末端樁號為Z0+185，右岸丁壩布置起始樁號為Y0+000至末端樁號為Y1+455，丁壩壩長15m，間距50m。

3)方案比選。

本次護岸工程坡度大、左岸樁號Z0+000-Z0+185、右岸樁號Y0+000-Y1+455段河床寬，下游河床窄，主流搖擺性大，造成嚴重的河岸沖刷和坍塌，改變了河道的自然形態，致使行洪通道縮窄，河床內高低不平，極不順暢，河流水位及流向也發生變化，河床的變化又反過來影響水流狀態。因此，每年夏季洪水季節，河道主流游擺不定，對兩岸沖刷很嚴重，水土流失劇烈。

若采用以丁壩為主的堤防工程進行防護，勢必造成河道主流的擺動，在壩頭形成大的沖刷坑，危急丁壩自身安全，影響兩岸岸坡的穩定。采用順壩則可以穩定河道主流，保持現有河道走勢，對近岸水流影響較小。

從工程量及投資方面比較，護坡式順壩方案也優于丁壩方案。此次護岸工程總體布置方案選取方案一順壩護岸布置型式。

1.1.2 護岸設計比選

1)護岸斷面型式比選

對于本工程岸坡與河床高差不大的特性，一般岸坡順壩工程建設可采用護坡式結構和墻式結構兩種類型。

方案一：采用護坡式順壩進行防護，設計堤頂寬度3.5m，上游邊坡1∶1.5，下游邊坡1∶1.5，護岸基礎埋深3.0m，上游邊坡采用15cm厚C20F200W6混凝土護坡；護坡式斷面相對占地面積較大，適用于地形相對開闊的區域。根據項目區地形和工程地質條件及天然建筑材料的分布等特點。

方案二：采用墻式斷面，堤頂寬度左岸3.5m，后邊坡1∶1.5，墻頂砌體寬度0.5m，背坡為1∶0.35，墻體高1.8m，與墻體基礎埋深3.0m，墻式斷面具有占地面積少的有點，一般適用于用地緊張的區域。方案一在投資、運行管理和日常維護、施工周期、施工技術難度等方面，均具有優勢。綜合對比兩種斷面型式，本次設計推薦采用方案一護坡式順壩的工程橫斷面型式。

2)護坡襯砌材料的比選

新疆地區，常用護坡襯砌材料有3種：①混凝土網格內干砌卵石護坡(方案1);②漿砌石護坡(方案2);③混凝土板護坡計算(方案3)。

通過方案比選，方案三在施工周期、施工技術難度、質量等方面，均具有優勢。綜合對比三種襯砌材料型式，本次設計推薦采用方案三混凝土板護坡襯砌。

表1 護岸上游護坡襯砌材料的比選

1.2 林草措施

1.2.1 灌溉工程設計

工程灌溉項目區共兩塊區域，即水庫壩后區和水庫管理站區，根據地形、位置及水源等因素綜合考慮劃分為2個灌溉系統區域，主要灌溉區域在水庫壩后區(為方便敘述定名為系統1)，灌溉面積為72.6畝；水庫管理站區(為方便敘述定名為系統2)灌溉面積為5.0畝，利用已建水池及首部，與原有管道相接，各系統統計見表2。

表2 灌溉系統劃分表

毛管布置：項目區土壤為中壤土，容重γ=1.45g/cm3，土壤濕潤比為25%，因為本次種植草坪及林木，灌溉面積共103.4畝，其中植草90.2畝，故采用微噴灌系統。噴灌系統的毛管鋪設間距依作樹種植模式而定，沿等高線方向鋪設，實際鋪設長度根據支管間距或地塊實際情況而定，但不得超過最大鋪設長度。以支管為中心雙向均勻鋪設，毛管選擇1.0MPaφ32PE管，每隔4m安裝一個地插式旋轉微噴頭，微噴頭額定流量50L/h，噴灑半徑2.5m。

PE支管布置：PE支管以垂直于等高線布置，單向布置，布置間距根據地塊長度等分，但≤60m，管道埋在凍土層以下，管溝挖深1.8m。

PE分干管布置：分干管垂直于支管、垂直于等高線布置，管道埋在凍土層以下，管溝挖深1.8m。

1.2.2 林草種植措施

(1)整地工程

整地時間在秋季植樹前進行，在植樹種草前完成覆土和土地整治工作，覆土按規劃設計圖進行，項目區土地均為一不規則帶狀區域，因水土保持林種植面積不大，根據地形和水源情況，并考慮節省運行費用和方便管理，計劃采用兩個系統進行供水，針對項目區土地的實際情況，對覆土后需要綠化區域進行全面整地，植樹坑穴可采用穴狀整地，在土地整治過程中需剔除夾雜少量塊石。針對項目區土地的實際情況，本工程林草工程全部采用噴灌方式進行灌溉。

(2)植草

1)植草區

植草前完成覆土(系統一灌溉區需要進行表層土換填)及全面整地工作，種植密度根據草種、需要達到的草坪效果、立地條件及管理水平確定，本項目綠化區域要形成具有景觀效果的草坪，因此較大的播種密度，計劃播種量300kg/hm2，采用人工撒播方式，草種為高羊茅，播種期選擇氣溫在15℃至30℃進行。為形成景觀效果，采用林草結合方式綠化，因此植草措施面積為4.84hm2。

2)混凝土網格種草區

該區域邊坡為土質邊坡，無需進行換土處理，在混凝土網格工程完成后，混凝土網格回填混凝土網格工程施工過程中挖除的土方，該區域采用人工撒播方式完成種植，草種為芨芨草，計劃播種量150kg/hm2，播種期選擇氣溫在15℃至30℃進行，播種后人工拍壓使其易于成活，隨即進行灌溉，使土壤與草籽接觸，以利于萌芽，成活前灌溉3-5次，由于該區域降雨相對豐富，基本可滿足芨芨草生長需水，因此成活后不再灌溉，仍其自然生長，該區域種草措施面積為0.63hm2。

1.3 封禁治理

根據項目區的實際情況，采取封禁的方法，減少放牧等人為因素造成林草破壞，充分利用生態的自我修復能力，促進植被快速恢復。

為了全年封育的有效實施和有效管護，必須對劃定的項目區進行圍欄封禁。劃定封育區周邊界線，在封育區的明顯地段立封育標志碑、牌，制定封育管理制度，由流域管理機構行文公告，禁止任何人擅自進行生產性活動，加快林草恢復。

1)封育地點及范圍：結合當地實際情況，用圍欄將所規劃的封育和管護區域進行封閉，只在工程的入口處留入口，遇到河道陡坎等難以逾越段可直接斷開，共計建設圍欄長24.32km，封育治理面積總計513.24hm2。

2)封育方法：主要方法為建設圍欄，將封育范圍內的植被保護起來，防止項目區受到人為的破壞，禁止開墾和采伐，使退化植被得到一定的恢復，提高天然植被的保水保土能力，防止水土流失。

2 水土保持綜合效益分析

2.1 水土保持效益

該項目保水、保土效益，主要體現在護坡、護岸工程發揮作用減少沖蝕起到的保土效益；以及植物措施所產生的保水、保土效益。

1)保水效益計算公式如下：

Nx=Wn×W

(1)

式中：Nx為蓄水效益，m3；Wn為各項措施攔蓄水量，m3/hm2；W為措施面積，hm2。

2)攔泥保土效益計算公式如下：

N1=Sn×S

(2)

式中：N1為攔泥效益，t；Sn為各項措施攔泥量，t/hm2；S為措施面積，hm2。

根據各項治理措施工程量和保水、保土定額計算出該項目保水效益為2.09萬m3/a，保土效益為1.56萬t/a，詳見表3。

表3 水土保持效益表

2.2 經濟效益

經濟效益主要體現在增產、增收效益。

水保措施實施后，灌溉條件得到改善，保水、保土效果提高，水環境和土壤環境得到改善，依據項目區業主多年的水土保持經驗和現有科研成果及調查結果，確定各項措施的增產定額：水保喬木林1200kg/hm2，根據當地市場價格，枝條按0.3元/kg計；經果林12000kg/hm2，按當地市場價格，果實按2.5元/kg計；得出該項目的總體經濟效益。

經濟效益計算期為10a，前3a喬木林經濟效益為0，故人工營造喬木林從第四年起計算效益，按現行市場價格的比例計算，項目區水土保持各項工程實施生效后，平均每年可增加經濟收入0.24萬元，前10年經濟收入總額為1.66萬元。具體詳見表4。

表4 直接經濟效益表

2.3 生態效益

1)林草覆蓋度提高，小氣候改善

隨著水保措施實施，植被覆蓋率提高，可攔蓄雨水，減少了坡面徑流，提高空氣濕度、改善空氣質量。

2)控制水土流失，改善土壤性質

各項水土流失治理措施的實施，保水、保土能力將逐年增大，這將使項目區內地表產流及徑流量減少，洪水含沙量有所降低，進入河道和水庫的洪水泥沙顯著減少。同時，土壤沙化現象改善，有機質含量增加，水土資源得到保護。

3)水土流失治理度提高

項目區現狀水土流失治理面積325.9hm2，治理度為28.0%，本項目實施后新增水土流失治理面積519.04hm2，水土流失治理度提高到72.6%，預計每年可減少土壤流失量1.56萬t，項目區內水土流失得到基本治理。

4)林草覆蓋率提高

項目區內林草覆蓋率平均在28%左右，本項目實施后新植水保林草5.8hm2，使整個項目區林草覆蓋率提高0.5%；通過圍欄封禁預計可使封禁區植被覆蓋度提高5%；項目實施完成后預計項目區林草覆蓋率提高到5.5%；林草覆蓋率有一定幅度的提高，使其成為該區域的一道綠色屏障，水土流失和危害減少，生態環境和景觀質量得到一定程度的改善。

2.4 社會效益

1)減輕了項目區自然災害

當地林草植被的覆蓋率提高，地表徑流和攜帶泥沙將得到有效的攔截，河水對河岸的沖刷破壞得到有效減免，水土流失將基本得到控制，項目區及其附近的揚塵、干旱等自然災害將得到一定程度的減少；徑流和泥沙被當地植被攔截，使進入溝道的水量及泥沙量減少，護岸工程的修建大大減輕水流沖刷河岸造成河岸跨塌破壞和泥沙對下游區的淤積破壞，保護渠首、渠道等等基礎設施安全，這將明顯減輕水土流失對項目區內的設施和人民造成的危害，并使項目區及下游河灘兩岸土地和居民免受水土流失引發的自然災害危害，減少淤積，減輕水土流失對土地的破壞。

2)促進了當地社會的進步和發展

封禁圍欄和植樹造林工程將使項目區的生態環境得到很大的改善，也將改善項目區的人居環境和農牧業生產條件，更為重要的是改善了水庫周邊及下游區的生態環境，增加了項目區的林草植被覆蓋率，給項目區及周邊居民創造了一個優美的生活環境。

3 結 論

為了改善白楊河流域水土流失較為嚴重的現象，采用河道護坡、種植林草、封禁治理等措施綜合治理，可在一定程度上提高當地居民收入，改善生態環境，為當地居民提供良好的休閑娛樂場地，有助于當地社會的平穩。綜合來看，采用水土保持措施后，水土保持、經濟、生態、社會效益顯著。