沙河市小流域综合治理效益分析

2014-03-22林聪杰

水利经济 2014年3期

林聪杰

(河北省沙河市水务局,河北沙河 054100)

1 沙河市基本情况

沙河市位于河北省南部,地处太行山东麓,总面积999 km2。辖15个乡、镇、办事处,290个行政村,总人口47.3万人。自西向东分为山区、丘陵、平原3个区域,属北方土石山区水力侵蚀区,山区主要以层状面蚀和鳞片状面蚀最为常见,丘陵以面蚀和沟蚀为主。

沙河市山丘区面积为677.9 km2,其中水土流失面积416 km2,由于受地形、土质、气象、植被及人类活动的影响,水土流失严重,侵蚀模数达600 t/(hm2·a),沟壑密度为3.13 km/km2,林木覆盖率平均仅为29%。开展小流域综合治理后,增加了当地群众经济收入,促进了商品经济发展,提高了小流域的可持续经营程度,加速了群众脱贫致富奔小康的进程。

2 小流域综合治理及措施

根据小流域内水土资源现状及社会经济条件,正确地确定生产发展方向,合理安排农、林、牧用地的位置和比例,积极建设高产稳产基本农田,提高单位面积粮食产量,促进陡坡退耕,为扩大造林种草面积创造条件[1];水土保持工作要为调整农业生产结构,促进商品生产的发展和实现农业现代化服务;在布置治理措施时,使工程措施与林草措施及农业耕作措施相结合,治坡措施与治沟措施相结合,在地少人多的地区,林草措施面积比例可以小些;在实施顺序上,一般先坡面后沟道，先毛、支沟后干沟,先上中游后下游;讲求实效,注意提高粮食产量与经济收入,注意解决饲料、肥料和人畜饮水问题。

综合治理是指以小流域为单元,以土地利用规划为基础,在各个地块上配置水土保持林草措施、工程措施及农业技术措施,形成综合防治体系[2]。

a. 水土保持林草措施。水土保持林草措施可以使小流域的治理与开发融为一体。在小流域中,建设乔、灌、草相结合的生态经济型防护林体系,是实现流域可持续治理与开发的根本措施。在小流域中建立生态经济型防护林体系,不仅可发挥林木特有的生态屏障功能,还可为社会提供更多的林产品,提高经济效益。目前,沙河市小流域治理中的防护林体系主要包括分水岭防护林、护坡林、护埂林(地埂造林)、侵蚀沟道防护林、护岸护滩林、山地果园及经济林等。应根据区域自然历史条件和防灾、生态、经济建设的需要,将多用途的各个林种结合在一起,并布设在各自适宜的地域,形成一个多林种、多树种、高效益的防护整体[3]。

b. 水土保持工程措施。水土保持工程措施是小流域治理与开发的基础,能为林草措施及农业生产创造条件,是防止水土流失,保护、改良和合理利用水土资源,并充分发挥各种资源的经济效益,建立良好生态环境的重要治理措施。

c. 水土保持农业措施。在水土流失的农田中,采用改变小地形,增加植被覆盖度、地面覆盖和土壤抗蚀力等方法,达到保水、保土、保肥、改良土壤、提高产量等目的的措施称为水土保持农业措施。以改变小地形为主的水土保持耕作措施有沟垄耕作、等高耕作、坑田等。随着水土流失治理与自然资源综合开发利用的结合,在一些小流域治理中已建成了以生态农业原理为基础,以高效、优质、可持续发展为目的的农林复合型、林牧复合型或农林牧复合型的复合生态经济系统[4]。

d. 其他措施是指上述项目外可以按面积计算的水土流失治理措施,如鱼鳞坑、水平阶等坡面措施。

凡采用了以上所述综合措施,治理开发取得了很大进展的小流域,均取得了显著的生态效益、经济效益与社会效益,提高了小流域的可持续经营程度。

3 水土保持措施经济效益分析计算

3.1 经济效益计算有关参数

水土保持效益主要与水土保持措施经济计算期、始效期、经济效益单位指标等密切相关。

3.1.1 经济计算期、始效期确定

按《水土保持综合治理效益计算方法》进行计算[5],采用静态计算方法,各项措施自实施后即开始计算其经济计算期,效益始效期根据不同的措施而不同,详见表1。

表1 各种措施效益始效期 a

水土保持各种措施,发挥作用需要一定的时间。而且开始发挥作用的时间不一样,如种植林木发挥效益的时间较长。各种治理措施的前期效益年限见表2。

表2 各种措施前期效益年限 a

经济效益单位指标可根据项目区农产品、经济作物和木材等的市场价格,结合外业的农户调查确定[6],详见表3。

表3 经济效益单位指标元/(hm2·a)

3.1.2 蓄水保土效益单位指标

蓄水保土效益单位指标主要指减蚀模数及蓄水指标。减蚀模数与治理前水土流失强度有关,根据治理前流失强度及治理后流失强度对比可以确定其减蚀模数,蓄水指标按经验取值[7]。各措施蓄水、减蚀指标确定见表4。

表4 各措施蓄水保土效益单位指标

3.1.3 设计保存率

各项水土保持措施实施后,由于受多方面因素的影响,例如洪、涝、旱、病、虫等灾害,水土保持生物措施不可能全部保存下来,根据北方地区实施“长治”工程各项措施的保存情况,确定各项水土保持措施的设计保证率[8]。详见表5。

表5 各措施蓄水保土效益单位指标 %

3.2 经济效益计算

沙河市小流域治理主要措施包括坡地改梯田、水土保持林建设、种植经济林、封山育林治理等。2003—2012年治理情况见表6。

经济计算期内各项措施累计有效面积计算公式为

式中:F为单向措施累计有效面积,hm2;m为前期效益年限,a;n为经济计算期,a;t为经济效益始效期,a;f为规划期末单项措施实施的总面积，hm2。

表6 沙河市小流域综合治理情况统计 hm2

根据2003—2012年小流域治理情况,按照上述公式,计算小流域治理累计有效面积(表7)。

表7 沙河市小流域综合治理经济效益累计有效面积计算结果

单项措施经济计算期内累计增产值计算公式:

J=FjP

(2)

式中:J为单项措施累计净增产值,元;F为单项措施累计有效面积,hm2;j为单项措施单位面积净增产值,元/(hm2·a);P为设计保存率,%。

各项措施累计增产值:

根据不同治理项目的累计有效面积,结合各项目的增产指标及保证存在率,计算各治理项目的累计增产值(表8)。

表8 沙河市小流域综合治理累计增产值

通过对沙河市小流域综合治理情况分析,统计项目由坡改梯、水保林、经济林、封禁治理和其他措施,截止到2012年,水土保持经济效益为18 727万元。

4 蓄水保土生态效益计算

4.1 蓄水保土量计算

在降雨时,乔木、灌木层和草本植物层都能够截留下一部分雨水,大大减缓了雨水对地面的冲刷,最大限度地减少地表径流。而且枯枝落叶层就像一层厚厚的海绵,能够大量地吸收和储存雨水。这样森林就可以储存起大量的水,减少水土流失[9]。采用水保法计算各项措施的蓄水保土量。表9为沙河市小流域综合治理蓄水保土效益累计有效面积计算结果。

表9 沙河市小流域综合治理蓄水保土效益累计有效面积计算结果

某项措施蓄水量:

ΔWi=FeΔWm

(3)

式中:ΔWi为某项措施蓄水量,万m3;Fe为某项措施的有效面积,hm2;ΔWm为某项措施减少的径流模数,m3/(hm2·a)。

某项措施保土量:

ΔSi=FeΔSm

(4)

式中:ΔSi为某项措施保土量,万t;Fe为某项措施的有效面积,hm2;ΔSm为某项措施减少的侵蚀模数,t/(hm2·a)。

分别计算流域内综合治理蓄水保土总量。

蓄水总量:

ΔW=ΔW1+ΔW2+…+ΔWn

(5)

保土总量:

ΔS=ΔS1+ΔS2+…+ΔSn

(6)

根据沙河市小流域综合治理累计有效面积,按照上述公式,分别计算出各治理项目的蓄水总量和保土总量(表10)。

表10 沙河市小流域综合治理蓄水保土计算结果

采用2003—2012年水土保持治理情况资料,截至2012年沙河市小流域治理效益为:减少土壤流失量242万t,增加降水有效利用量7 547万m3。

4.2 蓄水量价值计算

影子工程法将难以计算的生态价值转换为可计算的经济价值,从而将不可量化的问题转化为可量化的问题,简化了环境资源的估价[10]。

采用影子工程法,计算水土保持蓄水的经济价值。根据兴建水利工程的成本确定,计算公式为

B=ΔWG

(7)

式中:B为蓄水经济价值,万元;ΔW为各种治理措施的蓄水总量,万m3;G为影子价格,元/m3。

根据河北省目前水库造价总投资,单位蓄水量价格为10.1元/m3。按照累计蓄水量为7 547万m3计算,则蓄水总效益为76 255万元。

4.3 保土价值计算

小流域治理的保土作用每年减少3种物质损失,即减少土地废弃、减少泥沙滞留与淤积和减少土壤营养物质损失。采用《中国森林环境资源价值评估》中的方法对此3种物质损失进行经济价值核算[11]。

重置成本法又称置换成本法或恢复费用法,通过估算环境被破坏后将其恢复原状所要支出的费用,用以计算环境影响的经济价值。重置成本法将环境视为一种资产,当人们开展某一活动对环境造成破坏时,相当于降低了环境资产的价值,可以通过重新构建一项全新的环境资产来弥补。

4.3.1 流域治理减少废弃土地面积经济价值计算

流域治理减少土地废弃的经济价值可以根据机会成本来计算。将某种资源安排特种用途,而放弃其他用途所造成的损失、付出的代价,就是该种资源的机会成本。

根据国家统计局的有关资料,1987—1990年间中国林业生产的年均收益为282.17元/(hm2·a)。沙河市小流域治理水保林、经济林计有效面积为4.91万hm2,减少土地废弃的累计经济价值1 385万元。

4.3.2 流域治理减少泥沙滞留经济价值计算

滞留泥沙主要集中在山前、坡脚、沟口、库坝河的入口等,因此,可以利用清除滞留泥沙的经济费用作为流域减少泥沙滞留的经济价值。

根据《经济技术手册》,清除1吨滞留泥沙工费为4.7元。根据我国水土流失研究成果,土壤侵蚀中河道滞留泥沙量占33%。沙河市累计减沙土壤流失量242万t,则累计经济价值为375.3万元。

4.3.3 流域治理减少泥沙淤积经济价值计算

国内外核算流域减少泥沙淤积的经济价值有两种方法:①根据清除成本核算;②根据蓄水价格核算。即泥沙淤积于湖泊、水库和河道,减少了地表有效水的蓄积,可根据水库工程的蓄水成本计算其损失价值。减轻泥沙淤积价值估算,按照我国主要流域的泥沙运动规律,全国土壤流失的泥沙有24%淤积于水库、江河、湖泊, 可根据蓄水成本来计算森林生态系统减轻泥沙淤积灾害的经济效益。减轻水库淤积效益计算公式:

(8)

式中:En为减轻泥沙淤积经济效益,元/a;Ac为土壤保持量,t/a;C为水库工程费用,元/m3;ρ为土壤容重,t/m3。

河北省目前水库工程费用为10.1元/m3。沙河市小流域治理累计减沙泥沙流失242万t,沙河市山区土壤容重为1.30 t/m3,累计减少泥沙淤积的经济价值为451.2万元。

4.3.4 流域治理减少土壤氮、磷、钾损失经济价值计算

土壤侵蚀使土壤中氮、磷、钾大量流失,增加了土壤化肥的施用量,因此,流域减少氮、磷、钾损失的经济价值可根据化肥的价格来确定[12]。河北省山地主要土壤类型养分含量状况见表11。

表11河北省山地主要土壤类型养分含量状况g/kg

土壤类型土壤主要养分含量有机质全氮全磷全钾土壤质地山地草甸土103.04.460.9220.3轻壤土棕壤土90.403.430.5221.1中壤土褐土8.200.630.3126.1重壤土草甸沼泽土39.402.290.6717.6中壤土灰色森林土42.602.240.3425.0中壤土黑土60.202.750.4318.5轻壤土栗钙土39.902.000.4918.9-风沙土2.320.100.0919.1沙壤土平均93.302.200.5020.8

根据减少的土壤流失量,首先计算氮、磷、钾营养元素的含量:

Li=kΔSHi

(9)

式中:Li为减少土壤流失中第i种营养元素数量,t;k为单位换算系数;ΔS为流域治理减少的土壤流失量,t;Hi为土壤中第i中营养元素含量,g/kg。

分别采用不同土壤全氮、全磷、全钾的平均值,计算流域治理减少土壤流失量中的营养元素数量。计算结果见表12。