引黃灌區(qū)現(xiàn)代化改造的水土保持措施研究

王璞如 谷瓊瓊

(1.水利部水土保持監(jiān)測中心，北京 100053；2.中國灌溉排水發(fā)展中心，北京 100054)

保護黃河流域生態(tài)環(huán)境、提升高質(zhì)量發(fā)展是國家的重大戰(zhàn)略，對于發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟、保護生態(tài)環(huán)境、維持社會和諧穩(wěn)定、弘揚民族傳統(tǒng)文化起到了重要推動作用。習(xí)近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上指出：著力加強生態(tài)保護治理、保障黃河長治久安、促進全流域高質(zhì)量發(fā)展、改善人民群眾生活、保護傳承弘揚黃河文化，讓黃河成為造福人民的幸福河。這對黃河流域灌區(qū)的生態(tài)建設(shè)提出了更高的要求。

灌區(qū)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要支撐和組成部分，加快灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)符合國家“四化同步”發(fā)展戰(zhàn)略。2020年3月，水利部辦公廳、國家發(fā)展改革委辦公廳聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于開展“十四五”大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造實施方案編制工作的通知》(辦農(nóng)水〔2020〕56號)，揭開了全國大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造的序幕。在水資源匱乏的黃河流域，灌區(qū)不僅承擔(dān)著農(nóng)田灌溉供水，還承擔(dān)著部分工業(yè)用水、生活用水、生態(tài)用水任務(wù)，對于區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展起到了非常重要的作用。黃河流域的引黃灌區(qū)現(xiàn)代化改造為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境作出了重要貢獻，但是工程實施與運行維護中的清淤棄渣也對生態(tài)環(huán)境造成了一定的破壞，特別是因地表擾動而產(chǎn)生的水土流失是引黃灌區(qū)現(xiàn)代化改造工作中需要重點解決的問題。

目前大型灌區(qū)續(xù)建配套與現(xiàn)代化改造工作已進入項目實施階段，在灌區(qū)工程建設(shè)中，由于開挖、填筑、堆墊、棄渣等活動，擾動、挖損、占壓了土地，破壞了原有地貌植被，水工建筑物的建設(shè)、渠道的開挖、生產(chǎn)生活場地和施工道路的設(shè)置等施工活動必將改變工程區(qū)域原有的地貌，破壞原土體結(jié)構(gòu)，降低土壤的抗蝕能力，增加裸露地表和人造高陡邊坡，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的水土流失及危害，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生諸多不良影響。因此，在保障灌區(qū)工程施工安全前提下，有效控制水土流失及其危害的發(fā)生，需要結(jié)合灌區(qū)實際情況，有針對性地采取工程措施、植物措施和臨時措施等相結(jié)合的方式，合理布設(shè)水土流失防治措施，有效控制和減少人為新增水土流失及其危害。

1 引黃灌區(qū)工程水土流失特點

引黃灌區(qū)工程的顯著特點是工程距離長、點多面廣。往往骨干渠道的長度達到幾十公里甚至上百公里，其中可能跨越公路，連接河流、水庫，末級渠系遍布鄉(xiāng)村耕地，將會破壞原有地貌，占用土地資源，并產(chǎn)生大量棄渣，造成水土流失問題。其水土流失的特點主要有以下幾個：

a.線型工程與點型工程結(jié)合，以線型分布為主。灌區(qū)工程主要由水源工程(泵站、水閘等)、輸配水工程(渠道、管道等)、渠系建筑物(渡槽、倒虹吸、公路橋等)和其他工程(管理道路、管理房等)組成，點多面廣，工程種類較多。其中渠道、管道工程的開挖、回填以及臨時堆土對于地表擾動影響較為廣泛，水土流失主要以線型分布為主。

b.局部水土流失量大、棄渣影響大。大型灌區(qū)尤其是500萬畝以上的特大型灌區(qū)，其水工建筑物規(guī)模較大，在現(xiàn)代化改造過程中會產(chǎn)生大量松散棄渣；渠道和管道工程規(guī)模較大，在土石方開挖、調(diào)運、堆棄過程中，不僅擾動了原有的地形地貌、毀壞植被，施工過程中的臨時堆土還會造成滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，對渠系周圍人民群眾的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。另外，引黃灌區(qū)中渠系水泥沙含量大，日常清淤時常將淤泥堆置于渠道兩邊，加劇了相關(guān)危害的發(fā)生。

c.破壞農(nóng)田表土，降低保土能力。灌區(qū)改造工程在項目實施過程中，不可避免地要清除地表覆蓋物，毀壞具有滯留水土功能的農(nóng)田，造成項目區(qū)及其周圍水土保持能力下降，易誘發(fā)風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕，一旦遭遇大風(fēng)和暴雨，就會使得土壤侵蝕強度加大，進而產(chǎn)生較嚴(yán)重的水土流失及其危害。同時，大量棄渣使得地表耕作層被埋壓，土方開挖中大量富含有機質(zhì)的土壤被剝離，造成土壤肥力下降，對灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不良后果。

d.降低土壤抗侵蝕能力、破壞灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。在灌區(qū)改造過程中，土方開挖導(dǎo)致土壤的成分和結(jié)構(gòu)遭到破壞，嚴(yán)重影響其透水、抗沖、抗侵蝕等性能，使土壤攔截和蓄積雨水的能力下降。渠道工程施工過程中的擾動，導(dǎo)致施工區(qū)域邊坡發(fā)生劇烈變化，形成大量人工邊坡，破壞巖土層原始平衡狀態(tài)，易造成嚴(yán)重的水土流失。同時，施工過程中對土地的擾動、破壞，改變了灌區(qū)范圍內(nèi)原本的生態(tài)系統(tǒng)，不僅加劇了土壤侵蝕，也使大自然循環(huán)系統(tǒng)受到一定影響。

2 水土流失防治分區(qū)

灌區(qū)建設(shè)工程由多類單項工程組成，由于各類工程的特點不同，其水土流失的影響機理不盡相同。科學(xué)地劃分水土流失防治分區(qū)，不僅有助于合理布設(shè)水土保持措施，因地制宜構(gòu)建防治措施體系，而且對于有效防治人為新增水土流失、保證灌區(qū)糧食安全和提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境水平都具有十分重要的意義。

引黃灌區(qū)現(xiàn)代化改造工程可以根據(jù)項目類型及施工特點劃分為輸配水工程區(qū)、渠系建筑物工程區(qū)、棄渣場區(qū)、施工道路工程區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)5個分區(qū)。

a.輸配水工程區(qū)分布有渠道工程和管道工程，土方的開挖和回填會形成長距離的堆墊邊坡，產(chǎn)生大量棄渣，是灌區(qū)工程水土流失的主要來源。渠道以明渠挖方為主，部分渠段為半挖半填，管道工程為挖方填埋管道，施工過程中會破壞原生地表植被和土壤的整體性，降低土壤抗蝕能力。

b.渠系建筑物工程區(qū)主要分布有泵站、渡槽、倒虹吸、涵洞、水閘、生產(chǎn)橋等工程，施工過程中的混凝土填筑會產(chǎn)生大量泥漿，如不及時收集處理，會淤積周圍耕地、渠道和自然河流，造成水土流失。黃河流域普遍生態(tài)脆弱，如缺乏相應(yīng)防護措施，在雨季施工遇上暴雨、洪水，將會引起嚴(yán)重的水土流失。

c.棄渣場區(qū)。灌區(qū)工程特別是渠道施工的開挖量很大，將產(chǎn)生大量棄渣，而灌區(qū)項目的實施過程中往往不重視棄渣場的選取，經(jīng)常將棄渣堆存在新開挖渠道的兩側(cè)，而引黃灌區(qū)因黃河水泥沙含量高，還會不斷向兩側(cè)堆積淤沙。棄渣的無序堆放、疏于管理，將會破壞灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境，一旦因遭遇暴雨洪水而出現(xiàn)的水土流失，危害較大。

d.施工道路工程區(qū)分布有灌區(qū)管理道路和施工臨時道路。在項目實施過程中，使用施工道路會破壞原有植被，形成裸露地表，造成揚塵揚沙，雖然占地面積較小，和其他分區(qū)相比水土流失危害程度較輕，但如果不采取合理有效的水土保持措施，也將引起一系列的水土流失問題。

e.施工生產(chǎn)生活區(qū)主要為混凝土預(yù)制場、拌和站、生產(chǎn)倉庫以及施工生活區(qū)，人為導(dǎo)致的水土流失因素主要為施工機械占壓、施工活動等。該分區(qū)主要呈點型分布，占地面積較小，施工過程中地表擾動程度較低，但如果布置區(qū)域不合理，缺乏相應(yīng)防護措施，也會造成水土流失危害。

3 水土流失防治策略

根據(jù)不同水土流失防治分區(qū)特點和水土流失狀況，確定各分區(qū)防治重點和措施配置。措施配置中，采取工程措施控制面積大、強度高的水土流失，并為植物措施的實施創(chuàng)造條件；措施布置應(yīng)注重功效性，堅持工程措施、臨時措施和植物措施相結(jié)合，做到措施布設(shè)不重不漏、系統(tǒng)全面，提高水土保持效果、節(jié)省工程投資、改善生態(tài)環(huán)境。

a.工程措施。?表土剝離及回覆：對項目區(qū)占用耕地、林地、草地區(qū)域進行表土剝離，結(jié)合實際情況選擇人工清表或機械清表，施工結(jié)束后將表土及時回填；?土地整治：對工程開挖面、臨時占地裸露區(qū)域進行土地整治；?截排水設(shè)施：對于線型工程區(qū)域，可通過結(jié)合原有工程設(shè)置排水設(shè)施，對于點型工程區(qū)域，需對項目區(qū)域周邊或一側(cè)來水布設(shè)截排水措施，同時在排水溝末端布設(shè)沉沙池，并順接現(xiàn)有渠道和自然溝道；?草袋素土護坡：渠道開挖過程中，可對渠道邊坡布設(shè)草袋素土護坡，減少對邊坡的沖刷侵蝕。

b.植物措施是指在項目區(qū)內(nèi)裸露土地、臨時場地、開挖邊坡等工程區(qū)域造林種草，提升水土保持能力，美化施工現(xiàn)場。在對造林種草地類進行立地條件分析和植物種生態(tài)學(xué)特性分析的基礎(chǔ)上，選擇優(yōu)良的鄉(xiāng)土樹種和已經(jīng)適生的引進樹(草)種。植物措施以防護為主，生態(tài)效益優(yōu)先，與工程措施相結(jié)合， 喬、灌、草相結(jié)合，點、線、面相結(jié)合，并考慮綠化美化效果，與周邊景觀相協(xié)調(diào)，以當(dāng)?shù)貥?草)種為主，多樹(草)種優(yōu)選，科學(xué)配置。

c.臨時措施布設(shè)以簡便、易行、實用、隨施工進度及時布設(shè)為原則。施工前，在各工程區(qū)施工場地周邊布設(shè)臨時排水溝和沉沙池；在施工過程中，為防止臨時堆土產(chǎn)生新的水土流失，開挖土方應(yīng)拍實，采用編織袋裝土疊砌，并用密目網(wǎng)苫蓋；對區(qū)域擾動深度較小的機械作業(yè)帶、材料堆放場、施工便道等，采取臨時鋪墊措施。

4 水土保持分區(qū)措施

針對不同施工區(qū)水土流失特點和造成的危害程度，結(jié)合水土流失防治策略，采取有效的水土流失防治措施。需要把工程措施和植物措施、永久措施和臨時措施體系有機結(jié)合起來，合理確定水土保持措施總體布局，形成完整、科學(xué)、有效的水土保持分區(qū)措施體系。引黃灌區(qū)現(xiàn)代化改造實施中的水土保持分區(qū)措施體系見圖1。

圖1 引黃灌區(qū)水土保持分區(qū)措施體系

4.1 輸配水工程區(qū)

a.施工前：進行施工區(qū)域的表土剝離，分段集中存放在堆積場地，并在周邊設(shè)置裝土編織袋臨時攔擋，設(shè)置臨時土質(zhì)排水溝和沉沙池，與永久排水溝或自然溝道相連，表土頂面撒播草籽，以疏導(dǎo)雨水和減小坡面水流對開挖面的沖刷；將施工區(qū)原有的成年樹木進行移栽，以備后期植被建設(shè)所用；為防止施工期雨水沖刷渠道邊坡，施工前應(yīng)在骨干渠道兩側(cè)設(shè)置防護堤，以減少雨水對新修邊坡的沖刷。

b.施工中：施工產(chǎn)生的臨時堆土應(yīng)集中存放，周圍采用裝土編織袋、防塵網(wǎng)或土工編織物苫蓋，外圍根據(jù)地形布設(shè)臨時排水溝和沉沙池；新開挖的渠道邊坡，應(yīng)采用編織袋鎮(zhèn)壓和防雨布苫蓋，以免暴雨對土質(zhì)邊坡造成沖刷，造成水土流失。

c.施工結(jié)束后：做好渠道襯砌管理與防護，渠道兩側(cè)坡腳處可設(shè)置齒墻，增加混凝土襯砌的抗滑穩(wěn)定性；對于開挖形成的渠坡如沒有進行襯砌，應(yīng)做進一步削坡開級來穩(wěn)定邊坡，同時覆土并植草護坡。骨干渠道兩側(cè)種植優(yōu)良的鄉(xiāng)土樹種和已經(jīng)適生的引進樹種作為防護林帶，并適當(dāng)種植灌木和草植。

4.2 渠系建筑物工程區(qū)

a.施工前：進行施工區(qū)域的表土剝離，集中存放在渠系周圍空閑地帶，并在頂面采用防塵網(wǎng)苫蓋，周邊設(shè)置裝土袋臨時攔擋，并設(shè)置臨時土質(zhì)排水溝和沉沙池，與永久排水溝或自然溝道相連，以疏導(dǎo)雨水和減小坡面水流對開挖面的沖刷；將施工區(qū)原有的成年樹木進行移栽，后期進行整體布置；開挖和填筑施工圍堰的同時，對其邊坡采取裝土編織袋護坡等措施。

b.施工中：施工臨時堆土周圍用裝土編織袋、裝土草袋攔擋，頂部采用防塵網(wǎng)、塑料布或土工編制物苫蓋，外圍根據(jù)地形布設(shè)臨時排水溝和沉沙池；需要施工圍堰的建筑物要在邊坡采取裝土草袋臨時護岸、攔擋等措施；需要施工導(dǎo)流的建筑物需結(jié)合周圍地形情況，在導(dǎo)流渠邊坡鋪設(shè)復(fù)合土工膜，并在進出口段采取臨時裝土編織袋護岸、土質(zhì)截(排)水溝等措施。

c.施工結(jié)束后：根據(jù)工程布局、地形等情況，布設(shè)截(排)水溝，采取漿砌石或草皮護坡等措施進行恢復(fù)，并進行土地整治和林草植被建設(shè)；在閘室和管理用房區(qū)域周圍設(shè)置生態(tài)防護。根據(jù)地勢設(shè)置截(排)水溝、沉沙池，部分行車、行人道路設(shè)置透水磚，按穴坑種植灌區(qū)常見樹種、灌木和草植；按水土保持要求拆除施工圍堰，清運廢土與棄渣并運送至預(yù)設(shè)的棄渣場。

4.3 棄渣場區(qū)

a.施工前：剝離坡地下部熟土并集中堆存，周圍采取布設(shè)裝土編織袋攔擋、排水、沉沙、頂面防塵網(wǎng)苫蓋、撒播草籽等措施；在棄渣場設(shè)計坡腳底部修建漿砌石攔渣墻；移植區(qū)域內(nèi)原有樹木，后期用來恢復(fù)植被。

b.施工中：臨時堆土和表土采用防塵網(wǎng)苫蓋或草袋苫蓋，堆存時間長的棄渣場區(qū)撒播草籽，周邊設(shè)置裝土編織袋攔擋，設(shè)置土質(zhì)排水溝；控制堆渣坡度，進行分層堆放、攤平、碾壓和逐步削坡開級，并撒播草籽；坡頂設(shè)置截(排)水溝，撒播草籽、綠肥。

c.施工結(jié)束后：在各平面坡面頂部布設(shè)漿砌石田埂，頂面采用覆土，人工輔助機械進行土地平整，實施復(fù)耕，種植本地樹種等措施；上邊坡和區(qū)間適當(dāng)位置修筑漿砌石截(排)水溝，排水經(jīng)沉沙后排入現(xiàn)有溝道或人工河道。

4.4 施工道路工程區(qū)

a.施工前：先采取表土剝離措施，對臨時堆放的表土采取布設(shè)攔擋、苫蓋、排水、沉沙等臨時防護措施。

b.施工中：道路附近有匯水面積的區(qū)域，根據(jù)實際情況在道路兩側(cè)布設(shè)臨時排水溝，并與周圍渠道、自然溝道相連，進出口處和低洼處設(shè)置沉沙池。

c.施工結(jié)束后：填埋臨時排水溝，并進行場地平整，回覆表土，根據(jù)原占地類型復(fù)墾或撒播草籽、植栽喬木灌木等。

4.5 施工生產(chǎn)生活區(qū)

a.施工前：先進行表土剝離、集中堆放，對臨時堆放的表土采用編織袋臨時攔擋、苫蓋，并修建臨時排水溝、沉沙池等防護措施。

b.施工中：為防止由于暴雨侵害施工生產(chǎn)生活區(qū)，在場地周圍修筑土質(zhì)排水溝，并與周圍渠道、自然溝道相連，排水溝中部或末端設(shè)置沉沙池。

c.施工結(jié)束后：進行場地平整、回覆表土、恢復(fù)植被，并根據(jù)原占地類型復(fù)墾或撒播草籽、植栽喬木灌木等。

5 結(jié) 語

灌區(qū)現(xiàn)代化改造實施過程中易產(chǎn)生水土流失，本文通過分析引黃灌區(qū)的水土流失特點，并結(jié)合灌區(qū)實際情況，有針對性地按照水土流失防治分區(qū)，采取不同的工程措施、植物措施和臨時措施等治理方式。引黃灌區(qū)由于渠道水中含有大量泥沙，在建設(shè)期和運行期都會有較多的棄渣淤泥，堆沙量不斷加大會占用耕地，對環(huán)境和生產(chǎn)、生活造成不良影響，因此，后續(xù)應(yīng)繼續(xù)研究拓展對棄渣、堆沙的綜合利用。