邢台市水土保持治理基础效益分析计算

2014-10-20苑振海乔光建

水科学与工程技术 2014年4期

苑振海，乔光建

（1.河北省邢台水土保持生态环境建设建设工作站，河北邢台054000；2.河北省邢台水文水资源勘测局，河北邢台054000）

1 流域概况

邢台市地处河北省中南部，位于东经113°45′～115°50′和北纬 36°45′～37°48′之间。西靠太行山与山西接壤，东以卫运河为界与山东毗邻，北与石家庄、衡水两市搭界，南与邯郸市相连［1］。区域东西长185km，南北宽80km，其状略呈马鞍形，面积1.25万km2，占全省总面积的7%。

山丘区面积3545km2，约占全市面积的28%。根据地形地貌特征分为山区和丘陵区。

山区以500m等高线与丘陵为界，区域面积1923.8km2，约占全市总面积的15%。山脉呈北北东走向，海拔高程一般在500～1000m之间，最高山峰达1822m。山脉连绵，河流蜿蜒，自西向东横截山地，形成峡谷，谷壁陡立。

丘陵区以100m等高线与平原为界，区域面积1621.2km2，约占全市总面积的13%，海拔高程100～500m。地面起伏，岗丘遍布，沿河两岸布有带状和裙状一、二级阶地，冲沟较发育，水土流失严重。丘陵与平原间地形变化急骤，没有明显的缓冲地段。

西部山区的成土母质主要是花岗岩、片麻岩、砂岩、页岩和石灰岩。西部山区多是天然次生林及各种人造林，以及天然植被砍伐后形成的灌草群落。主要树种有洋槐、橡树、柿子、板栗等，灌木主要有酸枣、荆条、胡枝子等。林草植被覆盖率：山区70%，丘陵区40%。

2 水土保持工程效益分类

水土保持综合治理效益，包括基础效益（保水、保土）、经济效益、社会效益和生态效益等4类。四者间的关系是：在保水、保土效益的基础上，产生经济效益、社会效益和生态效益［2］。

水土保持的基础效益即保水效益和保土效益［3］。

2.1 保水效益

通过改变微地形、增加地面覆盖、改良土壤性质，增加土壤入渗，形成土壤水库；修建坡面小型蓄水工程、“四旁”小型蓄水工程、沟底谷坊、坝库工程，拦蓄地表径流。

2.2 保土效益

增加地面覆盖减少溅蚀；变坡地为平地、改良土壤理化性质，减轻面蚀；采取制止沟头延伸、沟底下切、沟岸扩张措施，防止沟蚀；建设坡面水系和谷坊、坝、库，拦蓄坡沟泥沙，做到水土流而不失。

3 保水效益计算

3.1 蓄水量计算

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［4］。采用水保法计算各项措施的蓄水量。

3.1.1 增加土壤入渗量

水土保持措施增加土壤入渗量项目包括基本农田、水保林、经济林、种草、封育治理等。

有措施（梯田、林、草）坡面的径流模数与无措施（坡耕地、荒坡）坡面的相应模数对比，其关系式如式（1）：

式中 ΔWm为减少径流模数（m3/hm2）；Wmb为治理前（无措施）径流模数（m3/hm2）；Wma为治理后（有措施）径流模数（m3/hm2）。

水土保持某项措施蓄水量：

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）。

蓄水总量：

根据邢台市水土保持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。

表1为流域治理各项目的蓄水量计算结果。

表1 邢台市水土保持流域综合治理蓄水量计算结果

截止到2012年，邢台市水土保持工程年增加坡面土壤入渗量总计246.1万m3。其中坡改梯保水量19.1万 m3，水保林保沙量 81.6万m3，经济林85.5万m3，封育治理56.1万m3，其他3.8万m3。

3.1.2 拦蓄地表径流

小型蓄水保土工程（塘坝池等小型蓄水保土工程）是指为拦截天然来水、增加水资源利用率和防止沟头、沟岸扩张而修建的具有防治水土流失作用的小型蓄水保土工程（除淤地坝、坡面水系外），包括水窑（旱井）、山塘（堰塘、陂塘、池塘）、沉沙池、涝池（蓄水池）、沟道人字闸等蓄水工程，以及沟头防护、沟边埂、谷坊等保土工程［6］。

截止到2012年，邢台市山区建设塘坝池等小型蓄水保土工程累计6020座，设计蓄水量194.5万m3，年平均蓄水量116.8万m3。

3.1.3 保水总量

采用2012年前水土保持治理情况资料，截止到2012年邢台市水土保持流域治理工程，增加坡面土壤入渗量总计246.1万m3；塘坝池等小型蓄水保土工程增加蓄水量116.8万m3，水土保持工程增加地表入渗量和拦蓄地表径流两项合计保水量362.9万m3。

3.2 蓄水量价值计算

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。

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。按照年蓄水量362.9万m3计算，邢台市水土保持工程年蓄水效益3665万元。

4 保土效益计算

4.1 保土量

4.1.1 减少坡面土壤损失量

用有措施（梯田、林、草）坡面的侵蚀模数与无措施（坡耕地、荒坡）坡面的相应模数对比而得，其关系式如式（5）。

式中 ΔSm为减少侵蚀模数（t/hm2）；Smb为治理前（无措施）侵蚀模数（t/hm2）；Sma为治理后（有措施）侵蚀模数（t/hm2）。

根据邢台市小流域综合治理累计有效面积，分别计算出各治理项目保土量和保土总量。

水土保持某项措施保土量：

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）。

保土总量为各项治理措施保土量之和，计算公式：

式中 ΔS为各项措施保土量总和（万t）；ΔSn为单项措施保土量（万 t）。

流域治理各项目的蓄水保土计算结果如表2所示。

表2 邢台市水土保持综合治理项目保土计算结果

截止到2012年，坡改梯保沙量688万t，水保林保沙量3061万t，经济林1540万t，封育治理1815万t，其他190万t，邢台市水土保持工程减少坡面土壤损失量总计7294万t/a。

4.1.2 小型水利泥沙量拦蓄坡沟工程

4.1.2.1 淤地坝

淤地坝是指在沟道修建的以拦泥淤地为主要目的拦挡建筑物，坝控面积一般在8km2以下，极少数坝的坝控面积可在8～10km2之间；坝高在5～25m之间，极少数坝坝高可在25m以上；库容在1万～100万m3之间，极少数坝库容在100万～500万m3之间；淤地面积一般在0.2～7hm2之间。

4.1.2.2 坡面水系

指坡面小型蓄排水工程，包括防治坡面水土流失的截水沟、排水沟等。设置截水沟的作用是保护边坡不受来自边坡或山坡上方的地面水冲刷，截水沟的横断面尺寸需经流量计算确定。排水沟指的是将边沟、截水沟和路基附近、庄稼地里、住宅附近低洼处汇集的水引向路基、庄稼地、住宅地以外的水沟［8］。

截止到2012年，淤地坝规划拦沙量8.7万t。实际拦沙量按照设计拦沙量的50%计算，则每年平均拦沙量4.35万t。

根据邢台市西部山区坡底和西台峪小流域试验站监测资料，坡底小流域实验站多年平均输沙模数504.4t/km2·a，西台峪实验站多年平均输沙模数849.4t/km2·a。取其平均值，邢台市西部山区多年平均输沙模数676.9t/km2·a，坡面水系拦沙量0.447万t。

小型水利拦蓄坡沟工程中淤地坝拦沙量4.35万t，坡面水系拦沙量0.447万t，两项总计4.797万t。

4.1.3 保土总量

采用2012年前水土保持治理情况资料，截止到2012年邢台市小流域治理效益为：邢台市水土保持工程减少坡面土壤损失量总计7294万t，塘坝池等小型蓄水保土工程拦沙量4.797万t，两项合计7299万t。

4.2 保土价值计算

小流域治理的保土作用每年减少的3种物质损失，即减少土地废弃、减少泥沙滞留和淤积、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3种物质损失进行经济价值核算［9］。

4.2.1 废弃土地面积

流域治理减少土地废弃的经济价值可根据机会成本计算。

机会成本的经营方式有多种，如林业生产和农业生产等。采用林业生产的机会成本，运用机会成本计算资源价值的方法，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，1993～2011年间中国林业生产的年均收益为8887元/hm2·a。邢台市小流域治理水保林、经济林累计有效面积9.78万hm2，减少土地废弃的累计经济价值86914万元。

4.2.2 泥沙滞留

滞留泥沙主要集中在山前、坡脚、沟口、库坝河的入口等。

可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1t滞留泥沙工费4.7元。邢台市累计减沙土壤流失量7299万t，则累计经济价值为3.43亿元。

4.2.3 泥沙淤积

国内外核算流域减少泥沙淤积的经济价值有两种方法：清除成本核算，蓄水价格核算。

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。

河北省目前水库工程费用10.1元/m3。邢台市小流域治理累计减沙泥沙流失7299万t，累计减少泥沙淤积的经济价值7.37亿元。

4.2.4 土壤氮、磷、钾损失

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［10］。

根据减少的土壤流失量，首先计算氮、磷、钾营养元素的含量：

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为流域治理较少的土壤流失量（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。计算结果如表3。

表3 流域治理减沙土壤养分损失经济价值计算

根据碳酸铵、碳酸氢铵、尿素、液体氨、氨水、氯化铵、硝酸铵、石灰氨、和其他氨肥等常用氮肥计算其折纯量。磷肥包括过磷酸钙、磷矿粉、重过磷酸钙、钢渣磷肥和其他磷肥计算其平均折纯量。钾肥包括氯化钾、硫酸钾、灰窑钾肥等计算其折纯量。通过分析计算，氮肥平均折纯率为28.9%，磷肥平均折纯率为21.8%，钾肥折纯率为35.4%。

按照不同化肥的折纯量，计算出实际化肥数量，根据化肥平均价格，计算其经济价值。