韓家莊水庫小流域水土流失治理實踐

李峪劉堯

(1.青島青咨工程咨詢有限公司，山東 青島 266100；2.青島空間信息技術系統性應用研究院，山東 青島 266000)

保護水資源、建設良好生態環境是青島市黃島區水土保持工作的奮斗目標，是構筑以水源保護為中心的三道防線，建設生態清潔型小流域的必然要求[1]。根據《青島市“十四五”水資源配置發展規劃》和《青島市水土保持規劃(2016—2030年)》確定的水土保持工作目標，按照“山、水、田、林、湖、草、沙”綜合治理的原則[2]，以小流域為單元，開展韓家莊水庫小流域水土流失治理，有效減少了水庫淤積，保障了供水水質。為給韓家莊水庫和類似庫區今后的水土流失治理提供借鑒和參考。

1 流域自然條件

1.1 流域概況

韓家莊水庫位于黃島區大村鎮韓家莊村北，壩址座落在大村鎮駐地以西3km的白馬河中游支流狹窄處。水庫為小(1)型水庫，總庫容800.82萬m3，興利庫容為524.69萬m3。大壩壩頂高程63.40m，興利水位60.10m，死水位51.0m，放水洞進口底高程51.0m，出口底高程50.40m。工程等別為Ⅳ等，其主要建筑物大壩、溢洪道、放水洞為4級建筑物，洪水標準為五十年一遇洪水設計，三百年一遇洪水校核。韓家莊水庫小流域面積15.10km2，流域形狀呈長條形，平均寬3km，平均長4.2km。流域內地形四周高，中心低，最高海拔265.8m，最低57.7m，相對高差208.1m。

1.2 氣候條件

韓家莊水庫地處溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，四季分明，溫度適宜，光照充足，無霜期長，晝夜溫差明顯。年平均氣溫12.7℃，最高平均氣溫18.2℃，多年平均無霜期196d，多年平均年日照時數為2703h，大于8級大風的日數多年平均為16次，多年平均干燥度為0.98℃，多年平均輻射量為127kcal·cm-2，多年平均濕度為70%。

韓家莊水庫小流域屬雨源型河流，洪水完全由暴雨形成，因而多發于7月、8月。由于流域屬山丘區，坡陡流急，一般洪水洪峰滯時1～2h，洪水歷時一般20h左右，洪峰形狀為尖瘦狀。

1.3 地形地貌

韓家莊水庫小流域屬低山丘陵區，流域內山巒起伏，溝壑縱橫，地勢四周高，中心低，海拔多在50～300m，地面坡度多在10°～20°。根據地貌形態特征，流域分裸巖地、嶺地、平地3個地貌特征。流域總面積15.10km2，其中裸巖地面積0.43km2，占總面積的2.85%；嶺地面積11.85km2，占總面積的78.48%；平地面積2.82km2，占總面積的18.67%。

1.4 土壤與植被

韓家莊水庫小流域主要土壤類型主要為棕壤土類。山體和近山處以土層為主，偶有巖石出露，土層厚度小于5m。流域屬于暖溫帶濕潤落葉闊葉林生物氣候區，植被類型多樣，植被資源豐富。坡麓地分布有板栗、桃、櫻桃等經濟果樹；山坡分布有針葉林、闊葉林、灌叢、灌草叢等，針葉林包括黑松、楊樹等；闊葉林包括刺槐等；灌叢包括胡枝子灌叢、杜鵑灌叢、山茶灌叢、紫穗槐灌叢、荊條-酸棗-黃背草灌草叢等。目前，流域內植被覆蓋率達到68.69%。

2 水土流失概況

2.1 水土流失現狀

韓家莊水庫小流域地處膠東半島西南部，是典型的沿海低山丘陵地區，土壤侵蝕強烈，地貌發育相當活躍。侵蝕方式以水蝕為主，重力侵蝕次之，其他風力侵蝕、凍融侵蝕相伴發生。在水力侵蝕中，主要以面蝕、點蝕為主，其次是溝蝕。面蝕、點蝕主要分布在流域內的坡耕地、疏林地和全墾農用地上；溝蝕主要分布在荒山荒丘、溝道、溝頭或土質疏松的荒灘處。重力侵蝕多發生在失去植被的陡坡及公路、溝河兩側的懸崖處。

整個流域內，除去居民、工礦等用地以外的土地面積為1424hm2。根據資源三號衛星遙感影像解譯和模型計算結果，微度侵蝕面積1167hm2，占總面積81.96%；輕度侵蝕111hm2，占總面積7.76%；中度侵蝕79hm2，占總面積5.56%；強烈、極強烈和劇烈侵蝕67hm2，占總面積的4.72%。

針對現有的水土流失問題，從源頭控制人為水土流失和以自然恢復為主的治理思路，作為水土流失未來的防治方向，嚴格管制生產建設項目和活動，禁止過度采伐、無序采礦和開墾草地等行為，注重林草補植和生態修復，輔以綜合治理，構筑生態屏障。

2.2 水土流失因素分析

根據該區的氣候條件和地形地貌，水土流失形式主要水力侵蝕，在地勢起伏變化較大區域有少量重力侵蝕。

2.2.1 降雨集中

降雨侵蝕力是水力侵蝕的主要動力，黃島區屬于溫帶季風氣候區，具有明顯的海洋特征。年際降水量變化明顯，年內分配不均勻，降雨量大多集中在每年的7—9月；而汛期降水量又往往集中在幾次暴雨中，受臺風影響，短時暴雨強度較大，在降雨及徑流的作用下，松散的土層被侵蝕、切割，發育成淺溝、沖溝等，徑流攜帶泥沙蔓延沖積。

2.2.2 地形變化大

項目區地勢起伏較大，地形標高在57.7～265.8m，流域內峰巒突出，溝壑縱橫，局部巖石裸露，造成了極易侵蝕的地形條件，施工過程中挖土、填筑等加劇了水土流失，因此地形因素是造成水土流失的主要原因。水庫北岸線是山嶺地，由于多年的開荒，樹木植被稀少，區域內小塊狀耕地繁多，地表破碎，溝壑縱橫，坡面較陡。

2.2.3 人為因素

施工過程中的棄土、棄渣，生產過程中的廢料、垃圾等破壞了環境，直接造成了水土流失。特別是近些年來，水庫沒有達到興利水位，周邊居民滾邊賴界，亂挖亂填現象嚴重，影響了水庫效益的發揮。

2.3 水土流失危害

流域內存在較為嚴重的水土流失現象，這不僅制約著當地生態、經濟的發展，也影響到下游河道行洪的安全。主要表現：地力減退，水土流失使表層土壤流失，造成部分土地資源被損毀，土地生產力下降；危害水利設施，縮短了工程使用壽命，造成河道淤積，影響河道行洪安全；溝谷徑流的泥沙含量的增加，加快了塘堰、攔砂壩和水庫的淤積。

由于多年以來雨水的沖刷，流域內的水流攜帶大量泥砂和有機物質沖入水庫內，造成庫區內淤積嚴重，總庫容量急劇減少。在枯水期，岸邊大片淤積庫底裸露在外，雜草叢生，變成沼澤地，存在很大安全隱患。

3 水土保持治理措施

根據《水土保持綜合治理技術規范》(GB/T 16453-2008)的有關規定，結合韓家莊水庫小流域的實際情況，采取“整建梯田、筑壩攔砂、育林種草”總體布局，對小流域各區域因地制宜、因害設防布設防治措施，對緩坡地區水土流失問題通過增加坡改梯工程加以解決，對韓家莊水庫庫區淤積通過修建攔砂壩的方式解決，對陡坡地區水土流失問題通過種植水保林和林草補植加以解決，達到有水能蓄、層次鮮明、人水和諧的小流域綜合治理體系。

3.1 梯田工程

田塊布設需順山坡地形，大彎就勢，小彎取直。對少數地形有波狀起伏的，應順總的地勢呈扇形，區內梯田埂線亦隨之略有弧度，不要求一律成直線。在流域內山腳緩坡地帶，通過新筑土坎水平梯田進行經濟作物種植。

3.1.1 田坎

梯田田坎采用土質邊坡結構，邊坡外鋪設草皮綠化。梯田田梗寬度0.5m，田梗高度0.3m，外坡1∶1，內坡1∶1。田坎坡比1∶1，田坎高度H=1m，田坎高出田面0.3m(含田梗)，代入數值計算確定田面凈寬10.12m，取B=10.00m，實際田面凈寬根據現場地形情況可做適當調整。

3.1.2 排水溝

梯田排水溝采用梯形土質邊坡斷面，表面鋪設草皮護坡，底寬0.4m，深0.3m，設計斷面積A=0.21m2，帶入數值計算Q=0.075m3·s-1，可以滿足設計頻率最大徑流量Qm=0.058m3·s-1。排水溝按0.1%m/m的縱比降布設，溝內積水通過現狀山洪溝排出。

3.2 攔砂壩工程

3.2.1 攔砂壩

攔砂壩采用M15漿砌石重力壩形式，壩長分別長8.5m、10.5m、6m。攔砂壩1、3壩頂寬0.4m，壩高1m，采用折線型實用堰溢流，基礎采用M15漿砌石結構，深0.8m；攔砂壩2壩頂寬4m，壩高1.5m，采用寬頂堰溢流，基礎采用M15漿砌石結構，深1.0m，并于大壩中間設5根DN300自應力砼輸水管，間隔為1m，壩上下游側每隔3m設1座警示樁，警示樁高0.8m。上游垂直，下游壩坡坡比1∶1。

3.2.2 消力池

根據構造要求和工程地質現狀，取攔砂壩壩體下游消力池護坦厚度0.4m。消力池長度取7m，池深取0.5m，設3排Φ50PVC排水管。消力池采用M15漿砌石結構，排水管橫向間距2m，縱向間距1m，呈梅花狀布置，采用級配碎石墊層反濾，消力池后接拋石防沖槽。

3.2.3 護岸

攔砂壩1上下游共新建兩岸擋墻13.6m。擋墻采用M15漿砌石重力式結構，墻高2.3m，頂寬0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；擋墻基礎深0.8m，擋墻每隔10m設1道伸縮縫，縫寬20mm，縫內填閉孔泡沫板；墻后設單層Φ50PVC排水管，采用碎石料反濾，縱向間距1.5m，橫向間距3m，呈梅花型錯開布置。攔砂壩2上下游共新建兩岸擋墻護岸17.8m。擋墻采用M15漿砌石重力式結構，鋪蓋范圍內擋墻墻高1.5m，壩體及消力池范圍內擋墻墻高2m，頂寬0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；擋墻基礎深0.8m，擋墻每隔10m設1道伸縮縫，縫寬20mm，縫內填閉孔泡沫板；墻后設單層Φ50PVC排水管，采用碎石料反濾，橫向間距3m。擋墻兩側一定范圍內設C30素混凝土路面與兩側泥結碎石路面搭接。攔砂壩3上下游共新建兩岸擋墻13.6m。擋墻采用M15漿砌石重力式結構，墻高3.0m，頂寬0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；擋墻基礎深0.8m，擋墻每隔10m設1道伸縮縫，縫寬20mm，縫內填閉孔泡沫板；墻后設雙層Φ50PVC排水管，采用碎石料反濾，縱向間距1.5m，橫向間距3m，呈梅花型錯開布置。

3.3 經果林

根據小流域的自然氣候類型和適宜立地條件類型，選用優良品種種植經濟林果，種植面積共29.13hm2，其中，桃樹種植面積5hm2；車厘子種植面積3.33hm2；獼猴桃種植面積6.67hm2；葡萄種植面積2.13hm2；杜仲樹種植面積9.33hm2；林下牡丹種植面積12hm2(含杜仲樹下9.33hm2)。

3.4 水保林

韓家莊水庫小流域水土流失治理水保林區域采用雪松和白皮松純林種植，共18hm2。其中，種植胸徑1.5cm的雪松10hm2；種植胸徑1.5cm的白皮松8hm2，根據項目區不同位置的實際情況按上述原則合理種植。對韓家莊水庫周邊農田增加“減肥、減藥”措施，逐步實現“退耕”，然后逐步實現以水保林替代農田，保障水庫水質。

3.5 林草補植

流域內對15°以上現狀植被進行林草補植。根據國家和地方政府的有關規定，制定村規民約，并行文公告，做到家喻戶曉，人人自覺遵守，禁止人畜破壞，確保林草補植區域內植被能迅速得到恢復。其中，雪松補植前造林密度為3株·667m-2，補植后造林密度達到78株·667m-2，共補植2hm2；歐洲紅櫟補植前造林密度為65株·667m-2，補植后造林密度達到124株·667m-2，共補植11.33hm2；側柏樹補植前造林密度為9株·667m-2，補植后造林密度達到22株·667m-2，共補植3hm2；播撒草籽區域播撒前基本為荒地，零星有小部分植被，本次共播撒草籽1.0460hm2。

4 效益分析

4.1 經濟效益

韓家莊水庫小流域水土流失治理可以有效攔截泥砂，減少水土流失，減少水庫淤積，涵養當地水源，為調整當地農業產業結構發展創造可觀的經濟效益。盤活大片林地固定資產，向山地要產生，向林業要收入，積極發展林上、林間、林下經濟，將林場產業效益最大化，同時開展生態旅游、采摘、休閑度假、文化、靜修等項目，帶動周邊一系列配套服務業的發展，招商引資，促進就業，經濟增長，提高稅收等，經濟效益顯著。

4.2 社會效益

流域內主要支溝進行水土保持綜合體系防治，保障了下游水庫和周邊居民的安全，對當地經濟社會的持續發展具有積極意義[3]。通過韓家莊水庫小流域水土流失治理，優化調整了流域內土地利用結構和農村生產結構，使人口、資源、環境與經濟發展走向良性循環，增加了當地農民收入，創造了可觀的經濟效益。逐步完善流域內各項基礎設施建設，攔砂壩、溝道護岸、梯田、植物措施等可以產生良好的減沙、防洪效益，涵養當地水源，保護下游水庫和村莊安全。

4.3 生態效益

小流域治理措施的合理布設，構建了有效的綜合防治體系，水土資源得到合理利用，蓄水保土能力增強，水土流失得到基本控制[4]。治理后森林面積的增加和小流域治理工程的有效攔蓄作用，改善了區域水源條件，同時隨著林木郁閉度和林草覆蓋率逐步提高，森林蒸騰作用的發揮，區域小氣候將得到逐步改善，促進生態環境的良性運轉和生物多樣性的發展。水源區水質將得到明顯改善。