河口前置库对水土流失防治效果研究

杨 琏，何 锋

(昆明市滇池生态研究所，云南昆明650228)

1 前言

河口前置库技术20世纪50年代起源于欧洲，是一种针对小流域面源污染控制的综合技术。关于前置库的研究，国内外目前主要集中于对面源污染的削减、泥沙去除等方面。而关于综合系统和综合结构的研究开发方面还比较缺乏。此外，关于提高前置库净化系统的环境效益、生态效益和景观效益方面也仍然有很多的空缺［1，2］。在学习总结日本、欧洲等国家前置库技术应用和研究基础上，2007年昆明市在晋宁县开展了“滇池东大河河口前置库净化效果研究项目”，项目就河口前置库对流域内面源污染控制、入湖泥沙沉积的减少效果进行示范研究。

东大河水系位于晋宁县境内，东大河发源于东南部的干海子 (海龙)白泥箐，由昆阳镇兴旺村流入滇池，全长21km，是昆阳坝区的主河道。流域面积195.44km2，总落差120m，平均坡降5‰。丰水期流量16m3/s，枯水期流量0.2m3/s。区域内属于富磷矿区，土壤磷素背景高。下游周边为传统的集花卉、蔬菜、渔业为一体的产业区。由于水土流失严重，地表径流携带大量的泥沙和磷等污染物进入滇池，使滇池湖盆不断浅化，污染加重。

东大河河口前置库总面积64380m2，总容积89290m3，东西向长约520m，南北向宽约150m。沉砂池紧接河口布置，为扩散梯形状，平均长140m，平均宽度110m，面积15580m3，设计底高程1885.0m。沉砂池后为一般沉淀区，面积为48800m3，水深0.75 ～1.75m［3］。

2 东大河前置库水土保持效果分析

2.1 入库水土流失量分析

2.1.1 东大河流域水土流失现状分析

东大河流经乌龙、储英、旺兴等11个村委会，涉及7139户、20512人，受益土地面积1082.13hm2。2004年昆明市各县 (市)土壤侵蚀遥感［4］调查表明:晋宁县土地总面积1225.41km2，土壤侵蚀面积331.2km2，土壤侵蚀以轻度和中度侵蚀为主，全县平均土壤侵蚀模数为949t/km2·a。

东大河前置库的水土流失主要来源于河道下游，上游河水中携带的泥沙大部分被双龙水库、大春河水库、洛武河水库拦截，在三座水库以下的水土流失大部分是通过径流、暴雨进入前置库，三座水库以下汇水面积为109.04km2。经计算，东大河流域平均土壤侵蚀模数460t/km2·a。

表1 流域不同侵蚀强度分级表［5］

2.1.2 流域内水土保持综合整治情况

流域内水土流失类型主要是水力侵蚀，流域上游分大春河、中和铺、宝峰三个小流域开展水土流失综合整治，至2010年已完成治理面积51.94km2，生态修复面积37.10km2。治理情况详见表2。

表2 东大河上游小流域水土保持综合整治情况表

2.1.3 上游主要水库入库水土流失量分析

东大河流域上游主要有中型水库1座，小(一)型水库2座，分别是双龙水库、大春河水库、洛武河水库，水库蓄水拦截了上游径流区大部分的水土流失。然而，水库定期的排沙是水库对下游东大河流域的主要水土流失贡献。

东大河流域内无泥沙实测资料，在现有资料情况下，泥沙计算采用土壤侵蚀模数图法进行估算［3］。查1∶20万《云南省土壤侵蚀图》(2000年版)，东大河上游三座水库入库泥沙量汇总于表3。

表3 水库入库泥沙量表

参照昆明市大多数中小型水库的一般运行管理经验，经综合考虑，3座水库排沙率均按20%计，因此3座水库多年平均排沙量合计为3880t(只考虑推移质)。

2.1.4 东大河流域入库水土流失量分析

东大河流域在3座水库以下的水土流失大部分是通过径流、暴雨进入前置库，3座水库以下汇水面积为109.04km2。其中:微度侵蚀面积79.57km2，土壤侵蚀面积29.47km2。土壤侵蚀面积中:轻度侵蚀面积19.66km2，中度侵蚀面积9.73km2，强度侵蚀面积0.06km2。

按各级水土流失面积和不同级别侵蚀模数计算，下游区间流域年平均水土流失总量为50169t。通过实测，可能通过河道、雨水冲刷等方式进入东大河前置库的水土流失量约占水土流失总量的8%，由此计算得到东大河前置库年水土流失量为4013.52t。

2.1.5 分析结论

东大河入滇池口断面年平均水土流失主要来源于水库排沙和径流区汇水推移质入河、入库水土流失，年拦截水土流失总量为:上游主要水库多年平均排沙量+入库水土流失量=3880+4013.52=7893.52t。按照东大河前置库2008年初至2010年底，3年计算，拦截水土流失总量为23680.56t。

表4 东大河流域入库水土流失量分析

2.2 入库泥沙沉积规律监测研究分析

2.2.1 开展监测研究基本情况

自2008年东大河前置库建设完成后，就泥沙沉积情况进行了为期三年的监测研究。底泥沉积监测点为S1～S5点，分别是进水点、沉沙中心区、沉沙－生物塘边缘区、生物塘中心区和出水点。泥沙一大部分来自暴雨期间径流经河道携带进入;一部分则由于风浪扰动底泥，由外海涌入库中，在库中进行沉积。通过对水深和水位测定，对各点底高程可进行推算，近而推测泥沙的堆积状况。

2.2.2 研究内容与成果

2008年为建设完工第一年，也是沉积效果最明显的一年。在沉沙中心区，堆积厚度最大，为0.33m，沉沙－生物塘边缘区、生物塘中心区和出水点分别堆积厚度为0.16m、0.15m和0.17m。沉沙区泥沙堆积量为 5141m3，一般沉淀区为7808m3，总泥沙堆积量为 12949m3。2009年与2010年泥沙堆积厚度与沉积量基本稳定一致，泥沙堆积厚度在0.123～0.125m，泥沙沉积量分别为7840m3和8214m3。监测分析详见表5。

表5 2008年前置库各监测点泥沙沉积情况监测分析表 (m)

表6 2009年前置库各监测点泥沙沉积情况监测分析表 (m)

表7 2010年前置库各监测点泥沙沉积情况监测分析表 (m)

2.2.3 研究结论

前置库库体内有4个常规监测点，从2008年年初开始，至2010年12月，沉淀区、沉淀－水生植物塘交错区、水生植物区中心、出水口内侧泥沙堆积厚度分别为0.64、0.31、0.58、0.28m，平均淤积厚度为0.452m，泥沙淤积量达29003m3。

表8 2008年～2010年东大河前置库泥沙沉积情况分析表/m

2.3 实测地形图泥沙沉积量分析

2.3.1 水下地形测量

2008年5月、2010年6月对东大河前置库进行了两次水下地形测量。通过水下地形图测量结果发现:2008年测量地形，对应于滇池正常水位1887.4m的库容为105496m3，整个前置库分为河道进口段、沉淀区、水生植物净化区、出口四个部分，从地形图中可以看出，沉淀区地形由于疏挖控制的原因，地形起伏不定，在疏挖中心区最低高程达到1884.49m，最高高程1886.19m，高差达到1.7m。

2010年测量地形，对应于滇池正常水位1887.4m的库容为99355m3，从地形图中可以看出，沉淀区地形经过两年多的沉淀，地形起伏高差较两年前平缓。

2.3.2 泥沙沉积量

通过两次测量比较，2010年6月前置库库容相对于2008年5月减少了6141m2，年均沉沙量2856m3。由此推算，2008～2010年三年泥沙沉积量为8568m3。

2.3.3 泥沙沉积范围

针对水下地形的变化，我们对前置库延水流方向中轴线各画一条地形高程线，对泥沙沉积情况进行对比分析，图3、图4中里程0m为河道上小铁桥处，里程80～320m为沉淀区，320～600m为水生植物净化区，600m为前置库开口入滇池处。

从图3、图4中可以看出，泥沙沉积主要发生在河道段及沉淀区，河道段平均沉积厚度为20cm;沉淀区平均沉积厚度为28cm，最大沉积厚度为56cm，最小沉积厚度11cm，水流至里程240m处，泥沙沉积情况开始减弱，从以上数据可以看出，东大河水流在水面扩大5倍以上后，前160m段为泥沙主要沉淀区。

在数据中可以看出沉淀区里程160m处沉淀厚度较薄，与前后数据衔接不是很好，通过对地形图分析后认为，在2008年水下地形中，里程160m处北部有一个疏挖较深的低洼地，造成该点地形相对周围较高，泥沙在沉积中流向低洼处，对照2010年水下地形，可以发现该点北部低洼地沉积厚度较厚，与分析情况符合。

2.4 三种方法获得的泥沙沉积效果分析

通过水土流失预测、典型区域泥沙沉积量监测、实测水下地形图三种方法，预测的水土流失量分别为23681t、29003t和8568t。预测结果表明:东大河前置库有效地减缓了泥沙游动速度，为泥沙沉淀提供了有效的空间场所，在入滇池泥沙量的削减上发挥了重要作用，对东大河入滇池水土流失的防治效果明显。

3 结果与分析

(1)水土流失预测、典型区域泥沙沉积量监测、实测水下地形图三种方法，预测的水土流失量分别为23681t、29003t和8568t。预测结果表明:东大河前置库有效地减缓了泥沙游动速度，为泥沙沉淀提供了有效的空间场所，在入滇池泥沙量的削减上发挥了重要作用，对东大河入滇池水土流失的防治效果明显。

(2)东大河流域上游主要水库蓄水拦截了上游径流区大部分的水土流失。经分析，在上游水库拦蓄的23280t泥沙中，仅有3880t通过水库排沙排至下游河道，因此可以看出，水库蓄水对泥沙的沉淀及下游的水土流失的控制作用明显。

(3)季节因素对前置库泥沙拦蓄效果影响作用较大。东大河水量受上游水库及沿途生活和灌溉取水影响，流量常年均较低。旱季，东大河流量约在0.287～1.52m3/s，河道水多被水库蓄积和被提供为其它农业和生活用水。河内汇集了部分的生活和农业排灌水，因此，固体悬浮物相对很低，为17.4±5.92mg/L;雨季东大河流量相对有所增大，约4.44～5.94m3/s，河道水汇集了部分地表径流的泥沙，因此，固体悬浮物相对有所增加，为10～118.5mg/L。通过研究，前置库雨季对固体悬浮物去除率＞74%，对透明度的改善，最大可提高77.4%。

［1］ Klaus Pütz，Jürgen Benndorf．The importance of pre － reservoirs for the control of eutrophication of reservoirs ［J］．Wat．Sc．Tech，1998，37(2):317－324．

［2］张毅敏，张永春．前置库技术在太湖流域面源污染控制中的应用探讨 ［J］．环境污染与防治，2003，12(6):342－344．

［3］昆明市滇池生态研究所．滇池东大河河口前置库净化示范项目可行性研究报告［R］．2007．

［4］云南省水利厅．云南省2004年土壤侵蚀现状遥感调查报告［R］．2006．

［5］ SL190－2007，土壤侵蚀分类分级标准 ［S］．