新立城水庫水源地水土流失綜合治理措施研究

摘要：長春市新立城水庫水源地面臨嚴(yán)重的水土流失問題，影響水庫庫容、水質(zhì)及生態(tài)環(huán)境。遙感監(jiān)測顯示，經(jīng)綜合治理，庫區(qū)水土流失面積從2010年的153.2 km2減少至2023年的96.7 km2，減少36.9%。植被恢復(fù)使植被覆蓋率從53%提升至68%，造林面積增至20.3 km2，土壤侵蝕模數(shù)降低55%。濕地修復(fù)使泥沙攔截量提高25%，水質(zhì)顯著改善，總磷濃度從0.06 mg/L降至0.03 mg/L。有效庫容恢復(fù)至5.1億m3，增強水庫的供水和防洪功能。

關(guān)鍵詞：水土流失；綜合治理；植被恢復(fù)；濕地修復(fù)；庫容恢復(fù)

中圖分類號：S157.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-0-0448

Research on Comprehensive Management Measures for Soil Erosion in the Water Source Area of Xinlicheng Reservoir

HUANG Qi

（Xinlicheng Reservoir Management Center of Changchun City， Changchun 130119， China）

Abstract： The water source area of Xinlicheng Reservoir in Changchun city is facing serious soil erosion problems， which affect the reservoir capacity， water quality and ecological environment. Remote sensing monitoring shows that after comprehensive management， the area of soil erosion in the reservoir area has decreased from 153.2 km2 in 2010 to"96.7 km2 in 2023， with a decrease of 36.9%. Vegetation restoration increases vegetation coverage from 53% to 68%， increases afforestation area to 20.3 km2， and reduces soil erosion modulus by 55%. Wetland restoration has increased sediment interception by 25%， significantly improved water quality， and reduced total phosphorus concentration from"0.06 mg/L to 0.03 mg/L. The effective storage capacity has been restored to 510 million cubic meters， enhancing the water supply and flood control functions of the reservoir.

Keywords： soil erosion; comprehensive management; vegetation restoration; wetland restoration; reservoir capacity restoration

新立城水庫是長春市重要的城市供水源，每年供水量達(dá)3.1億m3，占全市供水量的70%。由于農(nóng)業(yè)面源污染、生活污水排放和土壤侵蝕等問題[1-2]，庫區(qū)水土流失現(xiàn)象突出，嚴(yán)重影響庫容、水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)。2023年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，泥沙淤積量超過1 200萬t，水質(zhì)惡化，植被覆蓋率下降。為保障水庫的供水和防洪功能，急需實施水土流失綜合治理措施。

1 工程概況

新立城水庫位于吉林省長春市伊通河中上游，庫區(qū)面積約為215 km2，總庫容為5.53億m3，主要為長春市城區(qū)及周邊供水。庫區(qū)地勢西高東低，土壤類型以黑土和棕壤為主，水土流失問題較為嚴(yán)重。近年來，農(nóng)業(yè)面源污染、生活污水和土壤侵蝕導(dǎo)致水質(zhì)惡化。2023年監(jiān)測顯示，總磷濃度超標(biāo)，透明度下降至1.2 m，泥沙淤積量超過1 200萬t，植被覆蓋率從80%下降至57%，生物多樣性減少。水土流失問題已嚴(yán)重影響庫區(qū)及下游功能，當(dāng)前急需采取綜合治理措施控制水土流失，減少泥沙淤積，改善水質(zhì)，確保水庫的防洪與供水能力。

2 水土流失現(xiàn)狀

通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和相關(guān)技術(shù)分析，新立城水庫庫區(qū)內(nèi)水土流失較為嚴(yán)重，水土流失面積達(dá)153.2 km2，占總面積的26.7%。根據(jù)強度，水土流失分為6個等級，即微度、輕度、中度、強烈、極強烈和劇烈，新立城水庫水源地水土流失等級的面積分布如表1所示。微度和輕度水土流失面積占總面積的83.6%，而中度及以上水土流失面積占16.4%，主要集中在坡度較大、植被覆蓋率較低的山區(qū)。這些區(qū)域地形復(fù)雜，坡度較陡，易受到雨水侵蝕，水土流失嚴(yán)重。

2.1 水土流失原因

新立城水庫水土流失的主要原因包括植被覆蓋率下降、土壤侵蝕強度增加及不合理的土地利用[3]。植被覆蓋率從1970年的80%下降到2023年的57%，農(nóng)業(yè)擴張和建設(shè)活動破壞植被，加劇裸露土壤的水土流失。降雨集中的汛期對坡地的侵蝕尤為嚴(yán)重，坡地農(nóng)業(yè)和建設(shè)活動缺乏有效的水土保持措施，進(jìn)一步加劇這一問題。

2.2 水土流失特點

新立城水庫水源區(qū)的水土流失具有明顯的空間分布差異。西南部和東北部的山地和坡地因植被少、坡度大，成為高發(fā)區(qū)，土壤侵蝕模數(shù)達(dá)4 500 t/（km2·a）。

河谷地帶土壤侵蝕和泥沙淤積較為集中，成為泥沙來源。農(nóng)田與建設(shè)用地交界區(qū)域因缺乏植被和水土保持措施，易發(fā)生侵蝕，進(jìn)一步惡化生態(tài)環(huán)境。

2.3 水土流失危害

水土流失對新立城水庫造成多重危害，包括泥沙淤積、水質(zhì)惡化、生態(tài)系統(tǒng)退化，對下游防洪、農(nóng)業(yè)和飲用水取水安全帶來很大的負(fù)面影響[4-5]。年均2.1萬t的泥沙淤積使庫容減少5.3%，有效庫容下降3.6%，削弱水庫的調(diào)蓄和供水功能。泥沙攜帶的污染物導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，2023年總磷濃度達(dá)0.05 mg/L，透明度降至1.2 m，水處理成本上升12%，漁業(yè)生產(chǎn)受損。植被減少，生物多樣性下降，魚類從25種減至18種，漁業(yè)和旅游業(yè)進(jìn)一步受到影響。下游河道泥沙淤積，行洪能力降低，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損，土壤肥力和糧食產(chǎn)量下降，影響農(nóng)民收入。水質(zhì)惡化直接影響飲用水的取水安全，懸浮顆粒物和污染物增加，導(dǎo)致取水口水質(zhì)下降，增加凈水工藝的難度和成本。

3 水土流失綜合治理措施

為應(yīng)對新立城水庫水源地的水土流失問題，采取工程措施、生物措施和非工程措施，減少水土流失，改善水源地生態(tài)環(huán)境，確保水庫長期穩(wěn)定運行。

3.1 工程措施

根據(jù)新立城水庫水源地地形特點和水土流失分布，通過梯田建設(shè)、坡面水土保持溝、河道防護(hù)等工程措施，有效減少地表徑流對土壤的沖刷，降低土壤侵蝕強度。

3.1.1 梯田建設(shè)

通過合理規(guī)劃和設(shè)計，將新立城水庫水源區(qū)的部分坡地建設(shè)等高梯田，將坡地劃分為若干小平面，有效減少雨水對土壤的直接沖刷。根據(jù)實地調(diào)查和遙感數(shù)據(jù)分析，庫區(qū)已建成梯田的面積為23.5 km2，梯田建設(shè)后土壤流失強度大幅降低，土壤侵蝕模數(shù)由施工前的4 500 t/（km2·a）降低至1 800 t/（km2·a），減少約60%。此外，梯田建設(shè)提升了土壤的蓄水能力，增加土壤水分含量，為農(nóng)作物提供更加穩(wěn)定的生長環(huán)境。

3.1.2 坡面水土保持溝

在坡地上建設(shè)等高溝渠，能夠攔截和引導(dǎo)雨水，減少地表徑流對土壤的直接沖刷，起到保護(hù)土壤的作用。新立城水庫水源地的坡地水土保持溝系統(tǒng)已經(jīng)開始建設(shè)。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，坡面水土保持溝的建設(shè)使得坡地上的徑流速度降低35%，泥沙含量減少40%，有效防止水土流失。同時，水土保持溝將多余的雨水引導(dǎo)至蓄水池或濕地，提高水資源的利用率。

3.1.3 河道防護(hù)工程

新立城水庫水源地內(nèi)伊通河及其支流是泥沙進(jìn)入水庫的主要通道。在河道兩岸修建護(hù)岸工程，設(shè)置堤壩等防護(hù)設(shè)施，有效減少河岸崩塌和泥沙入河的現(xiàn)象。截至2023年底，庫區(qū)已完成護(hù)岸工程的總長度為25 km，護(hù)岸工程的實施顯著減少河道泥沙淤積，增強了河床穩(wěn)定性。河道防護(hù)工程實施后，泥沙輸送量從防護(hù)前的3.5萬t/a減少至2.5萬t/a，河道年均泥沙輸送量減少約28%。

3.1.4 排水與蓄水工程

新立城水庫水源地采用多種排水和蓄水工程措施，通過合理布局排水系統(tǒng)，將坡地和農(nóng)田的雨水有效引導(dǎo)至蓄水池，減少洪峰徑流對庫區(qū)土壤的沖刷。截至2023年底，庫區(qū)已建成大中型蓄水池6座，容積共計10萬m3，有效攔截并儲存雨水，降低地表徑流對土壤的侵蝕強度。排水溝總長度已達(dá)35 km，確保汛期雨水的及時排泄，減少泥沙流入河道和水庫的風(fēng)險。

3.2 生物措施

生物措施主要通過植被恢復(fù)和濕地修復(fù)，減少水土流失，改善水庫及其周邊生態(tài)環(huán)境，增強生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。植被恢復(fù)有助于保護(hù)地表土壤，減弱雨水沖刷力，提升土壤固持能力。

3.2.1 植被恢復(fù)工程

植被恢復(fù)是水土保持的核心工作，通過植樹造林、草地恢復(fù)和灌木種植，顯著提高植被覆蓋率。一是植樹造林。在坡地、裸露地和侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域，庫區(qū)選用抗旱、抗侵蝕能力較強的楊樹、柳樹、松樹等進(jìn)行大規(guī)模植樹造林。自2010年起，累計完成造林面積20.3 km2，植樹總數(shù)超過150萬株。二是草地恢復(fù)。在較為平緩的坡地和河谷地帶，播種抗侵蝕性強的多年生黑麥草、紫花苜蓿等草種，實現(xiàn)對裸露地表的覆蓋。當(dāng)前，草地恢復(fù)面積達(dá)15.6 km2。三是灌木種植。在坡度較大的區(qū)域，種植刺槐、枸杞等灌木類植物，提高土壤的穩(wěn)固性。遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，植被恢復(fù)工程實施后，庫區(qū)植被覆蓋率從2010年的53%提升至2023年的68%。

3.2.2 濕地修復(fù)工程

濕地修復(fù)工程是通過水土保持和水質(zhì)改善措施，減少泥沙流入水庫，提升水體的凈化能力，改善庫區(qū)生態(tài)系統(tǒng)。一是濕地植被修復(fù)。種植適應(yīng)濕地環(huán)境的蘆葦、香蒲和水蔥等水生植物，增加濕地的植物覆蓋率。二是水文條件改善。構(gòu)建人工濕地和水生植物床，提升濕地的蓄水能力，延緩泥沙和污染物進(jìn)入水庫的速度。人工濕地修復(fù)后，庫區(qū)濕地面積恢復(fù)至6.8 km2，泥沙攔截量提高25%，濕地修復(fù)前后泥沙攔截和水質(zhì)改善情況如表2所示。濕地修復(fù)工程對庫區(qū)水質(zhì)有顯著改善作用，泥沙得到有效攔截。

3.2.3 林地建設(shè)與保護(hù)

通過建設(shè)防護(hù)林和生態(tài)公益林，有效防止水土流失。一是防護(hù)林建設(shè)。防護(hù)林主要分布在庫區(qū)周邊區(qū)域，通過植樹造林進(jìn)行防護(hù)林建設(shè)，減緩風(fēng)蝕、水蝕對土壤的破壞。二是生態(tài)公益林。在庫區(qū)周邊劃定生態(tài)公益林保護(hù)區(qū)，限制人類活動干擾，保證林地的自然恢復(fù)。庫區(qū)林地面積逐年增加，從2010年的8.5 km2增加到2023年的12.4 km2；土壤流失量大幅減少，從2010年的3.2萬t減少至2023年的1.6萬t，減幅達(dá)50%。

3.3 非工程措施

新立城水庫水源地的非工程措施包括提升公眾環(huán)保意識、加強土地管理、完善法律法規(guī)和推動社區(qū)參與。第一，提高公眾環(huán)保意識。通過宣傳教育和學(xué)校課程提高環(huán)保意識，促進(jìn)公眾參與水土保持。2022—2023年，舉辦多次培訓(xùn)，累計參與人數(shù)超過5 000人，環(huán)保意識顯著提升。第二，加強土地資源管理。合理規(guī)劃土地，保護(hù)高坡度區(qū)域，實施退耕還林工程。2021年起，50%的坡地被退耕還林，2023年退耕還林面積達(dá)8.5 km2，土壤流失減少至2.8萬t/a。第三，完善法律法規(guī)。通過法律法規(guī)規(guī)范開發(fā)活動，設(shè)立水土保持監(jiān)督機制，2023年增設(shè)無人機監(jiān)控站，覆蓋面積達(dá)150 km2。2021年起，多起違規(guī)項目被罰款處理，違法案件逐年減少。第四，推動社區(qū)參與。社區(qū)通過植樹、環(huán)保行動積極參與水土保持，2023年植樹面積達(dá)2.3 km2。社區(qū)監(jiān)督機制有效監(jiān)控環(huán)境問題，2022年社區(qū)舉報促成多起違規(guī)施工查處。

4 水土流失綜合治理措施效果分析

4.1 水土流失面積變化分析

對比2010年和2023年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，新立城水庫庫區(qū)水土流失面積顯著減少。2010年，庫區(qū)水土流失面積為153.2 km2，占總面積的26.7%。隨著工程和生物措施的實施，2023年水土流失面積已降至96.7 km2，減少36.9%。具體來看，微度和輕度水土流失區(qū)域面積有所增加，而中度及以上等級的水土流失區(qū)域面積明顯減少，表明治理措施在控制較嚴(yán)重的水土流失方面取得良好效果。梯田建設(shè)、坡面水土保持溝和植被恢復(fù)在高坡度區(qū)域有效減少水土流失，而濕地修復(fù)和河道防護(hù)工程則在攔截泥沙方面取得顯著成果。

2010年，微度和輕度水土流失面積分別為85.4 km2和42.8 km2，而中度及以上等級的水土流失面積為25.0 km2。2023年，微度和輕度水土流失面積分別增加到100.0 km2和25.0 km2，中度及以上等級的水土流失面積則降至2.0 km2。這表明水土保持工程顯著減少水土流失。

4.2 水質(zhì)改善效果分析

對比2010年和2023年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，庫區(qū)水質(zhì)顯著改善，尤其是在總磷、總氮和透明度方面。一是總磷濃度。由于泥沙和污染物的減少，總磷濃度從2010年的0.06 mg/L降至2023年的0.03 mg/L，達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，富營養(yǎng)化程度大幅降低。二是總氮濃度。總氮濃度從2010年的0.75 mg/L降至2023年的0.55 mg/L，顯示出植被恢復(fù)和濕地修復(fù)在吸收氮污染物方面的有效性。三是透明度。透明度從2010年的1.2 m提高至2023年的2.3 m，顯示水體的自凈能力和生態(tài)系統(tǒng)健康狀況得到顯著提升。

4.3 植被恢復(fù)效果分析

根據(jù)遙感數(shù)據(jù)和實地調(diào)查，庫區(qū)植被覆蓋率從2010年的53%提升至2023年的68%，生態(tài)環(huán)境顯著改善。植樹造林、草地恢復(fù)和灌木種植等措施大幅減少土壤侵蝕。造林面積從2010年的12.5 km2增加到2023年的20.3 km2，主要集中在坡地和河谷地帶，使土壤侵蝕模數(shù)降低55%。草地恢復(fù)面積達(dá)15.6 km2，植被根系有效固定表土，將恢復(fù)區(qū)年均土壤侵蝕模數(shù)從2 500 t/（km2·a）降至1200 t/（km2·a）。2010年，庫區(qū)植被覆蓋率為53%，造林面積為12.5 km2，土壤侵蝕模數(shù)為4 000 t/（km2·a）。2023年，植被覆蓋率提升至68%，造林面積增至20.3 km2，土壤侵蝕模數(shù)降至1 800 t/（km2·a），顯示出顯著的生態(tài)改善效果。

4.4 水庫庫容變化分析

治理前，庫區(qū)年均泥沙淤積量為2.1萬t，治理后2023年下降至1.2萬t，庫容損失率顯著降低。通過綜合治理，水庫總庫容維持在5.3億m3，有效庫容從2010年的4.8億m3恢復(fù)到2023年的5.1億m3，增強水庫的防洪和供水能力。2010年，泥沙淤積量為2.1萬t，2023年減少至1.2萬t，有效庫容顯著增加，表明治理措施對庫容恢復(fù)的效果明顯。

5 結(jié)論

通過綜合治理，新立城水庫水源地的水土流失問題得到有效控制。庫區(qū)水土流失面積從2010年的153.2 km2減少至2023年的96.7 km2，減少36.9%。植被恢復(fù)后，2023年，植被覆蓋率提升至68%，土壤侵蝕模數(shù)降低55%。濕地修復(fù)使得泥沙攔截量提升25%，總磷濃度由0.06 mg/L降至0.03 mg/L。庫容恢復(fù)顯著，年均泥沙淤積量從2.1萬t下降至1.2萬t，有效庫容從4.8億m3提升至5.1億m3。總體來看，綜合治理措施顯著提高新立城水庫的供水和防洪能力。

參考文獻(xiàn)

1 黃夢婷，張 蕊，孫小冉，等.城市型飲用水水源地“一湖一策”實踐與探討：以董大水庫為例[J].長江技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2024（4）：8-12.

2 賈洋海，王忠禹，趙 勇，等.新昌縣欽寸水庫水源地水土流失綜合治理工程設(shè)計經(jīng)驗分析[J].浙江水利科技，2023（6）：13-19.

3 楊 磊，起德花，李立雄，等.普洱市納賀水庫飲用水水源地環(huán)境現(xiàn)狀與保護(hù)對策研究[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2023（2）：40-43.

4 雷永東.大伙房水庫上游生態(tài)清潔小流域治理技術(shù)研究[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2022（4）：34-35.

5 徐海波.張峰水庫水源區(qū)水土保持現(xiàn)狀及建議[J].山西水土保持科技，2022（2）：4-5.

作者簡介：黃琦（1982—），男，吉林長春人，工程師。研究方向：水利工程、水源地保護(hù)。