巩乃斯流域典型灌溉区水土流失预测与防治研究

贾明国

（新疆伊犁州水利电力勘测设计研究院，新疆 伊宁 835000）

巩乃斯河是伊犁河3大支流之一，流域面积为7677km2，全长235km。巩乃斯河流域降水量相对丰富且呈垂直分布，加之河谷两岸植被较好，巩乃斯河水源相对充足稳定。因此随着改革开放的逐步深入，该区农业灌溉各项事业蓬勃发展，水利基础设施建设不断加强，土地灌溉面积日益扩大，面积已达2.47万hm2。然而大量灌区灌排骨干工程和配套工程在一定程度上加剧了该区水土流失，新增水土侵蚀量对灌区经济发展及农牧业生产造成不利影响。因此如何准确预测水土流失并有效防治是当前亟待解决的重要课题。

1 研究区自然地理概况

1.1 地形地貌

研究区位于巩乃斯河下游北岸，呈东西向带状分布，灌区南面是巩乃斯河，自东向西流淌，北面为阿吾拉勒山，地形北高南低、东高西低，总地势由东向西倾斜。除东部的则克台沟、铁木里克沟等形成小冲积扇突出起伏外，大部分土地连片且地形比较平坦，由河滩、谷地、丘陵3部分组成。灌区东西平均坡度为1/1200，而南北坡度较陡，为1/30～1/80，海拔高程为800～900m。

1.2 气象水文

研究区独特的地形地貌有利于远程接纳来自西风带大西洋及地中海等水域的暖湿气流，因而灌区内降水相对较多，气候温和，水量丰沛，土壤肥沃。多年平均气温8.1℃；平均降雪日数为40d；年日照小时数为2693.5h；无霜期150d；年平均风速大于2.1m/s；最大风速大于20m/s，风向W；历年最大冻土深度1.2m；多年平均降水量为479.7mm，多年平均蒸发量为1285.8mm。降水主要集中在4～7月，占全年降水量的49.2%～52.5%，其中5月份降水量年内最大，占全年总降水量的13.3%～15.0%。研究区气温、降水、蒸发呈现出明显的垂直分布。

研究区灌溉水源主要引自巩乃斯河水，虽然流域面积不大，河道流程短，但水系却相对发育，年际变化稳定，有利于灌溉引水。

2 水土流失现状分析

研究区雨量充沛，气候相宜，森林密布，牧草茂盛，植被优良，水土流失微弱，河流含沙量仅为0.37kg/m3，是伊犁河3大支流中泥沙含量最小的。据水文站实测，多年平均输沙量为52.7×104t，悬移质泥沙的年内分配与径流年内变化也基本一致，并且较径流更为集中。年内分配不均匀主要集中在汛期，4～7月输沙量为39.4×104t，占年内输沙总量的74.8%。

根据前人研究成果，该区属于平原微度水蚀治理区，区内土壤平均侵蚀模数背景值为385t/（km2·a），然而大量农田水利灌溉干渠及配套建设工程穿行于丘陵边缘及倾斜平原上，该区土层为大孔隙湿陷性黄土地基，高差为5～20m，且南北向纵坡大，为1/20～1/100，坡面积雪在春季溶化形成径流，加之工程施工过程中产生的弃土、弃渣不合理堆放等因素，将造成轻度水力侵蚀的水土流失。此外，研究区所属区域年平均风速为2.1m/s，最大风速为20m/s，风向W在春季地表植被还没有恢复及秋季植被逐渐退化时，具有起沙条件。因此可能导致微度风力侵蚀。

3 水土流失预测与评价

3.1 预测方法

3.1.1 扰动原地貌、损坏土地及植被情况预测方法

通过查阅本工程的设计技术资料，利用设计图纸，结合实地查勘，调查工程经过地段的水土流失和水土保持现状，对项目建设的主体、临时工程及配套的设施在建设期开挖扰动地表、占压土地和损坏植被的程度和面积分别进行统计和预测。

3.1.2 临时弃渣情况预测方法

严格按照主体工程的设计成果和施工组织进行综合分析，了解土石方开挖量、回填量之间的关系，预测各时段各区域的临时弃渣量。

3.1.3 损坏水土保持设施预测方法

对工程中损坏的水土保持设施及植被面积、数量进行分类统计。

3.1.4 可能造成的水土流失总量预测方法［1－2］

通过现场调查（各类比点）采样分析并结合工程地质资料，统计各侵蚀面的土壤类型、各粒径的百分比组成；结合工程组成部分具体施工工艺和施工进度，对施工区、料场、施工道路等不同区域的流失量采用数学模型与类比法相结合的方法进行预测。对于工程运行中造成的侵蚀量，按预测模型（1）、（2）计算：

式中 Fi为项目区面积（km2）；Mi为扰动后侵蚀模数（t/km2·a）；M0为原地貌侵蚀模数（t/km2·a）；Ti为预测时段（a）；Si为堆渣表面积（km2）。

3.2 预测结果

3.2.1 工程扰动原地貌、破坏植被的面积

根据主体工程资料，结合野外调查，确定工程扰动地貌、破坏植被面积共43.96hm2。 其中永久占地21.20hm2，临时占地22.76hm2。

3.2.2 损坏水土保持设施面积的预测

水土保持设施是指具有水土保持功能的一切实物的总称，如原地貌、自然植被等均具有水土保持功能，应视为水保设施。因此，研究区灌溉工程破坏水土保持设施面积即为破坏荒地植被、天然河滩地等具有水土保持功能的面积43.96hm2。

3.2.3 弃土、弃石、弃渣量预测

在对渠线进行整修、清理的过程中将产生大量的弃土、弃渣。其中弃渣量为6067m3，包含浆砌石、混凝土拆除。弃土量为102595m3，大多为渠道和渠系建筑物清基、开挖土方，此外，渠道还需要外运土方100161m3。合理解决这些弃土弃渣的临时堆放、回收利用、永久堆放等问题是本次水土保持工作的重中之重。

3.2.4 水土流失量预测

根据现场检测及类比同类项目，该项目施工期需要20个月，建设期工程新增水土流失量为1166t，建设施工产生的弃土、弃渣造成的水土流失量为453t，预测项目施工期总计新增水土流失量为1619t。

4 防治对策

4.1 防治目标［3－4］

根据研究区所属区域的自然条件、水土流失背景、区域水土保持规划等，对本水土保持方案的实施提出以下6项目标，用以指导方案编制时的防治措施布局，同时作为水土保持工程的验收指标。

（1）与主体工程设计相结合，对防治责任范围内采取工程措施和植物措施、临时措施和永久措施的防护体系，治理工程施工破坏区域，减轻施工造成的水土流失，使扰动土地治理率达到95%以上。

（2）使由于本工程的施工造成的水土流失面积的治理度达到95%以上。

（3）利用有效可行的防治措施，预防和治理工程建设新增的水土流失，使工程建成后的土壤侵蚀模数的控制比达到1.5以上。

（4）对工程施工中产生的弃渣进行挡拦，使拦渣率大于95%。

（5）对渠道两侧及边坡、弃土、弃渣场、生产、生活管理区、场内交通等占地区域，按照“适地种草”的原则布设生物措施，使渠道沿线防治责任范围内林草植被逐步得到恢复，使植被恢复率达到98%以上，使除渠道及巡渠路以外责任范围的林草植被覆盖率达到25%以上。

4.2 防治措施设计

4.2.1 渠道施工区水土保持措施

在施工期应加强施工管理，严格限制渠道施工区域，以减少对渠道沿线水保设施的扰动。在渠道开挖与回填边坡上，选择当地适生品种草籽如蒿草、禾草、木地肤、沙打旺等进行绿化，人工养护1a，增加植被覆盖度，防止水土流失，共计种草面积7.02hm2，播种量为19kg/hm2。在干渠关键段沿线两侧种植乔木林带，选择新疆白杨、榆等树种，林带宽度7.5m，分4排种植，间距2.5m×2.5m，植树面积6.31hm2。

4.2.2 料场水土保持措施

合理布置砂石料场，其中砂砾净料场位于干渠引水枢纽下游500m的河滩，属于外购料场。砂砾石料场开采后，对开采迹地进行适当开槽导流，待洪水期，依靠河床自然淤平。开采后选择当地适生品种草籽如蒿草、禾草、木地肤、沙打旺等进行绿化，人工养护1a，增加植被覆盖度，防止水土流失，土料场共计种草面积5.01hm2，播种量为19kg/hm2。

4.2.3 弃渣处置水土保持措施

为了尽量减少二次水土流失的发生，本次将弃渣场设置在渠道北侧低凹处，经实地调查，本期实施渠段沿线北侧低凹处容量满足要求。弃渣采用台体堆放型式，为碾压回填，堆放外边坡坡度为1∶1.5，表层利用渠道清基腐殖土进行土方平整，后播撒当地适生草种（植草技术同上），进行植物养护，合计植草面积为0.30hm2，弃渣为永久堆放，共计弃渣回填6067m3。工程弃渣场为天然凹地，采取水保措施后不会产生地表径流而造成水力侵蚀；弃渣回填后采用播撒草籽的措施保持地表水土，不会产生风力侵蚀。

4.2.4 弃土处置水土保持措施

由于弃土是由渠道沿线工程土方开挖产生的，因此计划将它就地回填至渠道沿线南侧边坡上。土方回填时必须按照渠堤设计的干容重进行碾压，后播撒当地适生草种，具体植草技术同上。

4.2.5 渠系建筑物施工区水土保持措施

建筑物施工过程中混凝土拌和、砂砾料筛分等工序，如果管理不善将产生施工废渣。施工过程中应加强管理，以减少废渣排放量，完工后施工单位自行将施工废渣清除，统一运往指定施工垃圾回收场。

4.2.6 场内交通水土保持措施

工程场内道路均为土质路面，在施工过程中应经常洒水养护，防止风力侵蚀。要加强运输车辆的管理，尽量减少临时道路的占地面积。此外，在工程施工完成后，应对道路占地区域土地平整后进行植被恢复。

4.2.7 施工生产、生活管理区水土保持措施

在施工过程中应加强管理减少生产生活管理区占地面积。在工程施工完成后，应对临时占地区域土地平整后进行植被恢复。

［1］王悦，韩露，刘莎.泰来县抗旱灌溉引水工程水土流失预测［J］.黑龙江环境通报，2009，33（3）：20－22.

［2］刘芳.开发建设项目中水土流失预测研究综述［J］.中国科技信息，2009（9）：64－65.

［3］GB/T16453.1－15453.6—1996，水土保持综合治理技术规范［S］.

［4］SL204—98，开发建设项目水土保持方案技术规范［S］.