黄河下游引黄灌区沉沙区水土流失综合防治体系研究

2015-01-27王贵霞夏江宝孙宁宁王景元刘翠丽庞启航

中国水土保持 2015年6期

关键词：引黄灌区沙区清淤

王贵霞, 夏江宝, 孙宁宁, 王景元, 刘翠丽, 庞启航

(1.滨州市水利局，山东滨州 256600; 2.滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室，山东滨州 256603;3.惠民县水利局，山东惠民 251700; 4.滨州市小开河引黄灌溉管理局，山东滨州 256600)

黄河下游引黄灌区沉沙区水土流失综合防治体系研究

王贵霞1, 夏江宝2, 孙宁宁3, 王景元4, 刘翠丽4, 庞启航4

引黄灌区；沉沙区；水土流失；防治体系；黄河下游

针对黄河下游引黄灌区沉沙区由于引沙、沉沙、弃沙造成的土壤沙化和水土流失严重这一突出问题，以小开河引黄灌区集中沉沙区为研究对象，结合自然条件、地形地貌特征、水土流失分布和特点，在水土流失分区的基础上，制定了各分区水土保持生态恢复的关键技术，建立了引黄灌区中游沉沙段“沙化工程治理及配套生物修复综合整治模式”，为黄河下游引黄灌区水土流失综合防治和灌区水土保持生态建设提供了理论依据和技术参考。

引黄灌溉和引黄输水等引黄工程是加剧鲁北平原风沙区风蚀的一个重要原因。黄河下游引黄灌区多为无坝引水，输沙干渠两岸地势平坦，加之黄河水含沙量大、泥沙多而细，导致引水必引沙。山东省位于黄河下游，省内沿黄九地市建有万亩(15亩=1 hm2)以上引黄灌区70处，设计灌溉面积185.6万hm2，每年从黄河引出的沙量达1 000多万t，清出的大量泥沙堆积在输沙渠和沉沙池两侧，形成了大面积的弃沙高地，高低不平，边沿不齐，空洞过多，土壤不实，造成了严重的沙荒[1-2]。沉沙池所沉沙土利用率不高，一旦沉沙池不能发挥作用，即变成又一处沙源[2-4]。而灌区不断清淤不仅增加了灌区运行费用，加大了灌区群众负担，而且治理不好会引起土质严重沙化、排水河道淤积、土地盐碱化、生态环境恶化等一系列生态环境问题[5-7]。引黄泥沙带来的环境、经济等问题，导致当地群众对灌区清淤弃土逐渐产生抵触情绪，泥沙处理矛盾加大，区域干群关系紧张，近年来群众干扰清淤施工等事件逐渐增多。为了改善沉沙区人民群众生活和生产条件，促进社会和谐发展，急需对引黄灌区沉沙区进行水土保持综合治理[7-8]。

山东省滨州市小开河引黄灌区的沉沙池建在远离渠首51.3 km干渠的中游，采取远距离输沙、集中沉沙、以挖代沉的方式减少灌区水沙含量，每年平均清理淤沙约30万m3，实现了泥沙长距离输送，具有典型性和代表性[9]。本研究以小开河引黄灌区中游集中沉沙区为研究对象，总结了不同侵蚀强度区沙化治理的关键技术，创建了典型水土保持生态恢复模式与技术体系，希望能为引黄灌区沙化治理与生态建设提供理论依据和技术参考。

1 研究区概况

滨州市小开河引黄灌区于1993年动工兴建，1998年底建成通水，涉及滨州市的滨城区、滨州经济开发区、惠民县、阳信县、沾化区、无棣县和北海新区。该灌区属大型引黄灌区，设计灌溉面积7.33万hm2，设计引水流量60 m3/s，年设计引水3.93亿m3，干渠全长96.5 km，其中输沙渠51.3 km、沉沙池4.2 km、输水渠41.0 km，有骨干建筑物147座。研究区位于滨州市沾化区古城镇西北约8 km、无棣县城东11 km，南北长7.54 km、东西宽1.24 km，主要包括输沙干渠(桩号47+878—51+259)及其支渠(3.78 km)两岸和沉沙池段，总面积935.1 hm2。研究区属半干旱半湿润季风气候区，有明显的季节变化，多年平均气温12.3 ℃，多年平均冻土深35 cm，多年平均无霜期205 d，年平均日照时数2 736.1 h，年平均风速3.6 m/s，多年平均降水量584 mm，年均蒸发量1 282 mm。属黄河泛滥冲积平原区，地形平坦，微地貌复杂，岗坡洼相间，土壤以砂土、砂壤土和盐化潮土为主，其地形地貌地质条件决定了土壤的承载力差、抗蚀能力弱。土壤侵蚀类型以风力侵蚀为主，兼有水力侵蚀。主要树种有白蜡、杨树和冬枣等，农作物主要有小麦、玉米、棉花等。

2 水土流失现状和分区

由于多年引黄清淤，大量泥沙堆积在沉沙池周边和输沙渠两侧，弃土场不断淤高，形成了大面积的沉沙高地，泥沙堆积裸露，淤积泥沙与弃土场形成局域沙荒地。引黄泥沙以细沙为主，密实性差，遇风极易起沙，尤其是在冬春多风季节，区内降水量偏少，土壤干旱，风力侵蚀尤为严重，晴天大风天气土沙飞扬，侵蚀农田，造成周边土地不断沙化。此外，周边砖窑厂等不合理生产建设活动和传统的耕作方式加重了项目区内的土地裸露程度，人为破坏造成的水土流失逐年加剧。由于河道、渠系配套设施不完善且多年未治理，水土保持措施不到位，雨季泥沙随径流流入周边河道和渠系，造成河床抬高，行洪能力下降，水利设施不能发挥应有的兴利除害作用，加剧了洪涝灾害的发生。同时水土保持措施布局不尽合理，缺乏科学的规划和论证，防护体系脆弱，难以根治灌区沉沙区严重的水土流失。通过对项目区水土流失情况进行调查并查阅有关资料，按照《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190—2007)将项目区划分为3个水土流失分区，即强烈侵蚀区、中度侵蚀区和轻度侵蚀区，见表1。

3 水土流失综合防治体系

引黄灌区水土流失治理应以治沙改土为中心，旱、涝、沙、碱综合治理[9-10]。本着“因地制宜、集中治理、突出效益”的原则，从减轻区内弃沙灾害入手，以实现项目区内水土资源、生态、社会和经济的可持续发展为目的，合理确定总体布局和治理措施，建成系统、高效的水土流失综合防治体系。综合防治，就是要把植物、工程和农业技术措施进行科学配置，在空间上做到有机配合，在时间上做到紧密联系，使各项措施形成一个完整的综合防护体系，即从上到下层层设防、节节拦截，既防风蚀又防水蚀，发挥群体的防护作用[11]，以最大限度地防风固沙、拦截泥沙、保持水土、改善生态环境和农业生产条件，促进引黄灌区的可持续发展。根据项目区内地形地貌和水土流失分区，将水土保持分区与水土流失分区相对应，即以强烈侵蚀区为重点治理区、中度侵蚀区为重点监督区、轻度侵蚀区为预防保护区。主要治理措施包括挡土坝、绿化平台填筑和平整土地等工程措施，栽植水保林、农田林网、经济林和植草等植物措施，以及林粮间作等农业技术措施。

3.1 强烈侵蚀区(重点治理区)

该区为沉沙池清淤弃土堆放处，地表基本裸露，风蚀、水蚀均较严重，确定为重点治理区。为改善区域环境、防治水土流失，需建立清淤弃土区并进行网格化筑堤，既作排淤围堰又作绿化平台，采取乔灌草立体配置模式，其中水平配置以混交林营建为主，起到防风固沙的作用。网格间在秋末冬初灌区清淤时堆积清淤弃土，春秋季进行农业种植，增加植被覆盖率，做到清淤、保土两不误。

关键技术：①工程措施。四周填筑挡土围坝，建立弃土场，清淤时将泥沙引入弃土场地。在弃土场内每隔200 m设置一道泥浆圈挡土坝，将弃土场分割成12个地块。多次的清淤沉沙容易使弃土区地形复杂、起伏不平，无法进行种植和耕作，因此平整土地是重要的基础性工作[12]。利用施工机械对12个地块分别进行土地整理和全面整平，并填筑成绿化平台。挡土围坝顶宽5 m、坝高3 m、边坡1 ∶2。泥浆圈挡土坝顶宽3 m、高2.5 m、边坡1 ∶2，中间整平的绿化平台宽度为8 m。②植物措施。在挡土坝上进行乔灌草混交模式栽植。乔木树种以耐旱的刺槐、速生杨和白蜡等为主，株行距3 m×3 m，密度1 100株/hm2。灌木树种以紫穗槐和连翘等为主。底部撒播草种，草本种类以狗尾草、地黄等为主，以达到防风固沙效果。在整平分割块地的弃土场内春秋季节进行农业种植，农作物以玉米、棉花、花生和大豆等为主，主要采取对外承包模式，鼓励群众采用覆膜保墒、保土保肥种植方式，既可以防风固沙又充分发挥其经济效益。

3.2 中度侵蚀区(重点监督区)

该区主要分布在输沙干渠两侧、沉沙池运行区和沉沙池东岸取土场，其中输沙渠干渠两岸为多年清淤弃土形成的弃土高台，遇风遇水极易形成严重的水土流失，因此采取措施防风固沙和保持水土尤为重要，主要措施为绿化平台填筑和植被防护林带建设；沉沙池运行区和周边区在用水总量控制的基础上分别于不同时间段在较小的空间尺度上进行水位调控，并通过采取适当的工程和植物措施，减少地表裸露率，建立沉沙池生态湿地公园。

关键技术：①取用沉积泥沙土修建绿化平台，宽5～60 m不等，客土栽植林草。依据地段特点：输沙渠东岸平台宽分别设计为5、8、15 m，西岸平台宽为5 m；沉沙池东岸平台宽分别为15、35、55 m，西岸平台宽分别为8、60 m。②在整平后的绿化平台上种植白蜡、毛白杨、国槐、枣树等乔木，堤坝内坡种植连翘、紫穗槐等绿化观赏灌木，堤坝外侧边坡植草，以充分发挥道路、渠岸和沉沙池防护林的水土保持功能。③林网结构以疏透结构为主，主林带方向沿灌区干渠设计，林带结构模式为沿道路、渠岸植树，每侧两行，以混交种植为主，株行距3.0 m×2.5 m，密度1 300株/hm2，灌木株行距1.0 m×1.5 m。④对沉沙池东侧南北长700 m、东西宽50 m的高洼不平区域进行土地整理，增加自然湿地面积。⑤沉沙池运行区在综合考虑时间尺度及空间尺度的基础上，根据水量同湿地功能整合性的关系来确定生态需水总量阈值，采用“水量-水位控制分时配水”技术，在用水总量控制的基础上分别于不同时间段在较小的空间尺度上进行水位调控，以保持合理存水量，发挥沉沙池的生态湿地功能。同时加强对沉沙池内现有芦苇、香蒲和杞柳等湿生植物的管护，提高生物多样性。

3.3 轻度侵蚀区(预防保护区)

该区主要分布在各支渠两侧，主要是基本农田和经济林，为灌区沉沙区水土流失干扰区，应以预防保护、减轻水土流失危害为主。因此，需以营建农田防护林为主，同时在非弃土区营建以降盐改土为主要功能的水土保持防护林，并对周边灌溉渠系配套设施进行完善，进行复耕和改良土地，提高耕作保土效果，建成生态林网。

关键技术：①坚持“道路-沟渠-林网-农田”四位一体的规划理念，鼓励群众种植农作物，同时注重农田防护林的营建。②树种选择，首先按照适地适树原则选择适宜的树种；其次为使农田防护林尽早发挥其防护效能，要选择速生树种，同时兼顾持久性，以实现林带的可持续发展；最后还要考虑生态、经济效益兼顾，选择树种以毛白杨、紫穗槐、白蜡等为主。③在水肥条件允许的地段，进行“枣粮间作，以枣为主”的经济林建设，枣树株行距3.0 m×2.5 m、密度1 300株/hm2，在秋冬11月至12月中旬和春季3—4月种植。④非弃土区地段，土壤类型以盐化潮土为主，可营建乔灌混交的水土保持防护林。可于春季或秋季直接进行耐盐程度0.3%～0.4%乔灌木树种的栽植。其配置模式为：采用品字型栽植，乔灌混交比例为2 ∶1～3 ∶1，株行距为(1.0～1.5 m)×(2.0～3.0 m)，其疏透度为0.15～0.20，乔木树种以绒毛白蜡、白榆、竹柳为主，灌木树种以柽柳、紫穗槐、白刺、沙枣为主。

4 水土保持效益分析

(1)生态效益。通过3年的工程措施、生物修复技术和人为调控措施的实施，引黄灌区沉沙区水土流失治理程度达90%，植被恢复达85%，宜林宜草区域林草覆盖率达95%，土壤侵蚀模数减小50%，增加耕地66.1 hm2，年保土量达0.84万t。研究区防风固沙能力和水土流失控制能力显著增强，有效遏制了土地沙化和环境恶化趋势。

(2)社会效益。通过灌区沉沙区水土流失综合治理，逐步完善了水土保持综合防护体系，生态环境步入良性循环，农业生产生活条件显著改善，土地利用和产业结构日趋合理，土地利用率和产出率大幅提高，在促进流域内经济发展、维护社会稳定方面起到了辐射示范作用。同时，随着沉沙区条件的改善，缓解了灌区泥沙处理的矛盾，有利于区内经济的发展和跨区调水的顺利实施。

(3)经济效益。栽植的经济林、水保林、经济作物等可产生直接的经济效益。据估算，项目实施后每年可产生直接经济效益191.45万元，随着治理区土壤、耕作条件的改善和水利设施的配套完成，将大幅提高作物产量，增加农民收入。

5 结语

以小开河引黄灌区为研究对象，针对土壤沙化和水土流失严重这一突出问题，结合项目区自然条件、地形地貌特征、水土流失分布及特点，因地制宜，因害设防，经过填筑绿化平台、植物防护工程等的建设，建立了引黄灌区中游沉沙区“沙化工程治理及配套生物修复综合整治模式”，针对不同分区提出了具体技术措施。这些技术措施推广实施后，有效解决了引黄灌区清淤与沙化的矛盾，能够因害设防、改善灌区灌溉条件、改良盐碱地、增加耕地面积、提高生态修复能力、增加植被覆盖率，达到了防风固沙、减少水土流失的目的，取得了良好的生态、经济和社会效益。

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