林关小流域水土保持综合治理规划设计及效益评估

丰宏伟

(山西省大同市水务局水土保持工作站，山西 大同 037000)

水土流失严重问题一直制约着我国流域内农业经济乃至整个国民经济的发展，成为人类生存和可持续发展所面临的重大环境问题之一。小流域综合治理是随着治理水土流失工作而不断发展起来的一项重要措施，成为我国流域水土保持生态建设的重要技术路线之一。李可、纪强等论述了水土保持与生态建设的关系[1- 2]，郭占海、张超等分别结合实际工程介绍了小流域综合治理措施及存在的问题[3- 4]。此外，党志良、林枫等分别对水土保持综合治理效益进行了分析与评价[5- 6]。文献研究表明，小流域水土保持综合治理通过协调人类、环境和经济的相互关系，很好地改善了我国水土流失地区的生态环境，促进了当地农业经济的可持续发展[7]。

广灵县林关小流域水土流失较为严重，在一定程度上制约了当地农业经济的健康发展，同时导致了生态环境的不断恶化。为了改善当地经济社会的发展，保证生态环境的良性循环，广灵县结合当地实际情况，在借鉴其他工程实施经验的基础上，大力开展林关小流域水土保持综合治理。本文将结合广灵县2016年林关小流域的具体情况，对小流域水土保持综合治理措施进行简要介绍，并对其综合效益进行分析评价。

1 研究区概况

1.1 基本情况

研究区位于广灵县城西南约20km处，分布于海河流域壶流河的支流区，属北方土石山区类型。项目区涉及林关流域的上林关村、香炉台和上窑流域的上窑村，3个行政村。研究区总面积31.55km2，水土流失面积29.03km2，占项目区总面积的92%。

1.2 自然概况

1.2.1 地质地貌

研究区属北方土石山区，主要地貌为北方土石山区。地势起伏不平，沟壑纵横，地形支离破碎，水土流失十分严重。

1.2.2 土壤植被

研究区的山区部分山势陡峻，岩石出露较多，土层较薄，倾斜度多在25°以上，岩石风化严重。土壤类型有山地褐土和山地草甸褐土，山地褐土主要分布于项目区的坡耕地上，山地草甸土质地疏松，呈团粒结构，地力较肥，有机质含量较高，是发展林业的良好场所。研究区地处干旱、半干旱地带，阴坡、半阳坡普遍分布有毛榛、忍冬灌丛、红丁香、蚂蚱腿、虎榛灌丛，阳坡主要分布着荆条、鼠李、白羊胡草、黄背草灌草丛；阴坡和半阴坡主要分布有鹅耳枥、白蜡灌丛、辽东栎、照山白灌丛、胡枝子灌丛等。研究区内木本植被组成以油松为主，其次有少量的落叶松。林关小流域林地面积244.6hm2，林地覆盖率7.75%。

1.2.3 水文、气象

研究区属半干旱大陆性季风气候。春季干旱多风；夏季炎热雨量集中；秋季天高气爽，气温下降，前期雨水多，后期急剧减少；冬季盛行西北风，寒冷而干燥少雪。据45年的气象资料统计，年均气温6.9℃，极端最高气温37.9℃，极端最低气温-31.6℃，年均>10℃积温2960.2℃，年日照时数2830.4h，无霜期115d，平均冻深1m，最大冻深1.45m。多年平均降水量384.7m，65%以上的降水多以暴雨形式集中在7～9月份，而且年际变化较大，最大年降水量588.2mm，最小年降水量仅213.6mm。年均蒸发量1918mm，约为年降水量的5倍。年均风速为2.7m/s，年均大风日数15.4d，主要出现在3～5月间。由于风多雨少蒸发量大，所以干旱严重，尤以春旱、伏旱较为普遍，故有“十年九旱”之称。

表1 水土流失现状表

1.3 经济社会情况

研究区涉及二个乡镇、3个村，土地总面积31.55km2。根据《广灵县统计年鉴》(2013年)项目区总人口2432人，农业人口2432人，劳动力810人，人口密度85人/km2，人口自然增长率3‰，人均耕地2.45亩/人，人均基本农田0.2亩/人。粮食总产量0.0766万t，人均产粮260kg，属全县经济欠发达区域。

总的来看，项目区土地资源丰富，利用空间广阔，但因水土流失严重，自然灾害频繁等，严重制约了农业经济的发展。

2 土地利用及水土流失现状

2.1 土地利用状况

研究区土地总面积为3155hm2，其中：旱平地面积42.2hm2，占总面积的1.34%；坡耕地面积384hm2，占总面积的12.17%；河滩地57.5hm2，占总面积的1.82%；有林地面积244.6hm2，占总面积的7.75%；荒草地2318.3hm2，占总面积的73.48%；村镇住宅用地16.9hm2，占总面积的0.54%；滩涂20hm2，占总面积的0.63%；水域46.5hm2，占总面积的1.47%；裸岩25hm2，占总面积的6.55%。研究区所涉及的村庄合计人均耕地2.45亩，人均基本农田0.2亩，农村人均粮食产量260kg。人均耕地相对充裕，人均基本农田不足2亩，在土地种植利用结构上主要以大田作物玉米为主，近年来少量推广设施农业蔬菜种植。

根据利用状况可知，研究区土地利用中存在的主要问题是：土地利用不合理，林草地面积较少，品种单调，品质差，覆盖率低；大量的其他草地未得到治理利用。根据研究区土地利用现状进行分析，荒草地面积较大，占项目区总面积的2/3以上。耕地面积中主要是水平梯田坡耕地占主导地位，种植比例低，土地利用率不高；林地面积较小，只有零星成片经济林与少量水保乔木林，土地利用结构不合理。

2.2 水土流失状况

研究区位于我国干旱半干旱地区，水土流失面积达到29.03km2，占到土地总面积(31.55km2)的92%，水土流失问题严重。水力侵蚀是导致研究区内水土流失的主要原因，据统计研究区内土壤侵蚀模数的多年平均值约为3200t/km2a，而年水土流失总量达10万t以上。由于长时间受到降水量及降水强度的影响，研究区内形成大量“V”字形侵蚀沟，且分界明显。当降雨集中且强度较大时，由于当地土壤母质黏重，导致蓄渗缓慢，而表层土质疏松，在大量水流的冲刷作用下，表层土壤流失，并直接带走土壤中丰富的养分，出现跑肥现象。与此同时，坡耕地的植被遭到破坏，农业经济损失严重，河流下游泥沙增加甚至导致淤积，堵塞河道，生态环境失调，且逐步形成恶性循环，严重制约了当地社会经济与农村建设的发展，亟需得到解决。表1为研究区水土流失现状表，由表可知，研究区内土壤侵蚀主要以中度侵蚀为主，占到水土流失总面积的68.3%，其次为强度侵蚀，占到18.2%，极强侵蚀仅占到水土流失总面积的5%。

3 综合治理总体布置与工程措施设计

3.1 总体布置原则及措施

根据流域实地调查，本着因地制宜、适地适树的原则，采取人工修复与自然修复结合的措施，以改善生态环境、控制水土流失为基础，以提高社会经济与加快农村发展为目标，在修建适量基本农田，确保粮食自给的前提下，宜林则林，宜牧则牧。

研究区主要措施由垫滩造地、河滩地土层加厚、简易道路、水保林和封禁治理组成。根据项目区内的具体地形、土质和植被分布情况，布置相应的水保措施。

(1)垫滩造地布设在林关流域和上窑流域距村庄较近、交通便利、地块较完整的河滩上，共规划20hm2。

(2)河滩地土层加厚布设在林关流域原有土层很薄的河滩地上，土层厚度小于30cm。

(3)规划简易道路1.75km。

(4)水土保持林布置于林关流域荒山荒坡和其他草地上，共规划609.5hm2。

(5)封禁治理布置于有部分植被并且通过3～5年的管护，能够自我修复的荒山荒坡上共规划1603hm2。

3.2 工程措施设计

3.2.1 垫滩造地

现有滩地改造前土壤瘠薄，土层较薄，大约10cm，难以形成较高的生产力，如厚度、肥力、产量等；加之项目区人均基本农田较少，约0.2亩，为改善当地人均基本农田不足的情况，在原有河滩裸地的基础上，利用附近肥力较好的土源对该地进行客土垫地，垫滩造地面积20hm2。措施实施过程中，田块随地就势整齐布局，方便耕作和交通需求，根据滩涂的宽度和地势比降具体确定各个田块的规模，一般每个田块面积不低于20亩。垫土厚度平均约为50cm厚，土源不含石块沙砾等杂物，肥力好，土质要求中壤和壤土土质，客土运输完后进行土方平整，且垫地完成后当年应同时进行初步的土壤改良。

此外，应沿道路一侧按水平台阶式取土，水平台阶高差为3m，水平台阶形成的田坎坡度取78°(土质田坎稳定坡度)，水平台阶宽度(田坎高度)依据原地面坡度确定。在田坎边坡撒播草种，以稳定边坡，防止雨季冲刷发生水土流失，毁坏田坎；在平面台阶进行全面整地后由土地所有人开垦为耕地。水平台阶式取土如图1所示。

图1 水平台阶式取土示意图

3.2.2 河滩地土层加厚

治理区域由于土层厚度均在20cm左右，不能形成应有的生产力，需在原有基础上垫地加厚土层后迅速改造为高产稳产新造地。附近2km内有土源肥力好的取土土源，造地完成可提高粮食产量。为便于机耕要求，农田土层厚度不小于50cm，故土层厚度应平均垫30cm厚。由于每个田块有部分不平整，要对田块原地面进行整平。首先就原地面20cm的表土层进行剥离，并进行平整，然后进行土层加厚，整平，最后将剥离的表土覆盖。

3.2.3 简易道路

通过实地考查，结合研究区工程总体布局，为便于施工，需整修简易道路1.75km，道路宽度4m，为土质路面，道路最大坡度不超过8°，最小转弯半径不小于15m。

3.2.4 水保林

根据实地调查，确定研究区建设期内造林规模为609.5hm2。根据立地条件类型划分和造林设计的原则，研究区水土保持林选择油松，油松在当地有多年的栽植经验且成活率高，同时该树种绿化效果好，栽植该树种可为当地建设稳定的生态体系提供有力的保障。

造林前必须先进行整地，整地方式采用鱼鳞坑整地。为了施工管理方便和加快造林进度，随整地随栽植，造林时间主要集中在春、秋、雨季，全部采用植苗造林。此外，每年对造林区进行除草、松土等2次以上，特别干旱年份还应进行浇水抗旱，提高造林成活率和保存率。与此同时，苗木质量和苗木管理是影响造林成活率的一个重要因素，应严把苗木质量关，制定苗木管理制度，落实管理责任。距研究区28km的县城苗圃可满足苗木供应。

3.2.5 封禁治理

依据规范要求，在有水土流失现象，且地面有残林、疏林(含灌木)或遭到自然灾害(如火灾、病虫害等)、人为破坏的林地和采伐迹地、其它草地、撂荒地等，通过封禁治理恢复林草植被措施。根据研究区内的水土流失状况、地面植被、水热条件和人口分布等，在研究区东南部，布设封禁治理措施，面积1063hm2。在人、牲畜经常出入且需封禁地段设置封禁围栏，防止各种非自然破坏。

4 林关小流域综合治理综合效益评估

4.1 蓄水保土效益

水土保持措施拦阻了泥沙，减轻了土壤侵蚀；涵养了水源，改善了水的小循环，为开发利用水土资源创造了条件。蓄水效益指暴雨中各项治理措施增加土壤入渗，减少地表径流的效益。保土效益主要是各项治理措施减轻土壤侵蚀的效益。

各项治理措施按实施进度逐年发挥保水效益，分别算得其累计保水保土效益。各项水土保持措施的年保水总量Wn按下式计算：

Wn=W1+W2+W3+Wi

(1)

式中，Wn—各种小型蓄水保土工程的年保水量，万m3；W1—保土耕作的年保水土量，万m3；W2—保土工程措施的年保水土量，万m3；W3—各种林草措施的年保水土量，万m3；Wi—其它措施的年保水土量，万m3。

各项水土保持措施的年保土总量(Ws，万t)按下式计算：

Ws=Ws1+Ws2+Ws3+Ws4

(2)

式中，Ws1—新修梯田的年保土量，万t；Ws2—保土耕作措施的年保土量，万t；Ws3—各种林草措施的年保土量，万t；Ws4—各种小型蓄水保土工程的年保土量，万t。

经计算，工程措施实施后年新增蓄水量为24.53万m3，年保土量达到5.09万t，可有效增加研究区土壤蓄水量，降低土壤流失，达到水土保持治理目的。

4.2 经济效益评估

本研究经济效益评估采用静态计算方法，用对比增量法进行计算，以单项措施的增产量和增产值为基础，各个措施经济效益相加，基准年为2014年。参考GB/T15774- 2008《水土保持综合治理效益计算方法》，结合本地小流域治理成果，确定措施增产指标，同时产品价格采用当地市场价格，林木蓄积量为现行市场原木价格。经计算得出，各项措施发挥正常效益时，垫滩造地将产生经济效益76.73万元，水保林产生木材经济效益为329.1万元，封禁措施产生经济效益19.24万元，共计年产生直接经济效益为425.07万元。

4.3 生态效益与社会效益

各项措施发挥效益后，增加了研究区内的蓄水保土能力，有效地解决了下游河道泥沙淤积问题，不仅保土保水，增加土壤肥力，而且使土地理化性能趋于良性化。项目的实施很大程度上改善了农业生产条件，提高了土地利用率和劳动生产力，有效地调整了人口压力与土地承载力的关系，促进了当地农村经济向健康良性发展。通过增加地表植被，在一定程度上可改善当地生态环境，调节小气候，减少自然灾害对农业生产的影响，增加植被覆盖率。各项水保措施的实施，减少了侵蚀土地面积，使生态环境趋向良性循环，累计水土流失治理度为88.76%。

5 结语

广灵县2016年林关小流域水土保持综合治理对象为面积22.9km2的水土流失区域。本项目的实施将通过协调人类、环境和经济的相互关系，以改善当地生态环境、促进当地农业经济发展为目标，建设高效绿色生态小流域，为当地群众脱贫致富奔小康服务。本着因地制宜、适地适树的原则，合理安排各项治理措施，研究区水土保持综合治理工程包括垫滩造地、土层加厚、水保林和封禁治理等。该项目实施后，年新增蓄水效益可达24.53万m3，保土效益达到5.09万t，累计林草覆盖率达到27.07%，研究区累计水土流失治理度为88.76%，使生态环境趋向良性循环，并有效地调整了农业生产结构，提高了研究区土地利用率，改善了区域小气候，降低了自然灾害发生率，促进该区农业经济及社会稳定发展。