基于小流域划分的沂源县水土保持规划布局及措施配置

2018-11-15胡续礼邢先双宋媛媛张洪达张志扬李正波

中国水土保持科学 2018年5期

齐斐，胡续礼，刘霞†，邢先双，宋媛媛，张洪达，徐春，张志扬，李正波

(1.江苏省水土保持与生态修复重点实验室/南方现代林业协同创新中心/南京林业大学林学院，210037，南京；2.水利部淮河水利委员会，233001，安徽蚌埠； 4.山东省沂源县水土保持局，256100，山东淄博)

以小流域为单元实施综合治理，是在长期生产实践和科学研究中形成的具有中国特色的水土流失防治思想，也是我国水土流失综合防治工作中的一项创举[1-3]。随着《全国水土保持规划(2015—2030年)》和省级、市级水土保持规划的相继批复及发布，对县级水土保持工作提出了更加明确的要求和任务[4-5]。如何在国家级-省级-市级水土保持规划指导下，开展县级水土保持布局及措施配置研究，是县级水土保持规划编制中亟待解决的问题[6]；但目前有关县域尺度水土保持布局及措施配置的研究多以定性描述为主，实施的范围、边界和内容难以落到具体空间单元上，对县级水土保持工作的指导性较弱[7-9]。而以小流域为单元，开展县级水土保持布局和措施配置研究，有助于推动县级水土保持工作与空间基础单元的有效衔接，进一步提升水土保持工作的精准化与信息化，为县域尺度水土流失综合防治和水土保持工作提供技术支撑与科学依据。沂源县水土流失严重，属沂蒙山泰山国家级水土流失重点治理区、鲁中南低山丘陵土壤保持区，是国家坡耕地水土流失综合治理项目区和水土保持重点建设工程项目县之一。笔者以沂源县为例，探讨以小流域为单元、以图斑为基础的县级水土保持布局与措施配置，以期为沂源县水土保持工作提供数据和技术支撑。

1 研究区概况

沂源县位于山东省中部、沂蒙山区北部(E 117°54′～118°31′，N 35°55′～36°23′)，国土面积1 635.80 km2，属北方土石山区。境内以低山丘陵为主，占98.20%；坡度以平缓坡(<5°)、斜坡(8～15°)和陡坡(15°～25°)为主，占77.43%；属暖温带季风大陆性气候，多年平均气温11.9 ℃，多年平均日照时间2 592.7 h，多年平均无霜期189 d，多年平均降水量738.2 mm，主要集中在6—8月；全县海拔多在200～600 m，最高1 108.3 m，平均海拔400 m，为山东省平均海拔最高的县，号称“山东屋脊”；地表岩性多为石灰岩、页岩和花岗岩，土壤多为褐土、棕壤，褐土土质主要为壤土和黏壤土，棕壤土质主要为砂土和沙壤土。境内发源沂河、弥河、新汶河3条水系，以沂河水系为主，现有1座大型田庄水库、1座中型红旗水库，无客水过境。地带性植被为暖温带落叶阔叶林，主要植被种类有侧柏(PlatycladusorientalisFranco)、刺槐(Robiniapseudoacacia)、油松(PinustabulaeformisCarr.)、苹果(Maluspumila)、樱桃(Cerasuspseudocerasus)等乔木林，黄荆(Vitexnegundo)、胡枝子(LespedezabicolorsTurcz.)等灌木，蚊子草(Filipendulapalmata(Pall.) Maxim.)、黄蒿(Artemisiascopariawaldst.et Kit)、蒺藜(Tribulusterrestris)等草本植物。

2 材料与方法

1) 基础数据。2015年ZY-3遥感数据(分辨率2.1 m)、1∶5万地形图、1∶5万土壤图、行政区划图和林业资源分布图等。

2) 水土流失及影响因子。采用CSLE模型计算水土流失[10-13]；基于归一化植被指数法和野外测定，计算林草植被覆盖度[11]；基于DEM提取海拔、地形起伏度和坡度，划分地貌类型；采用人机交互解译并结合野外验证确定土地利用[10,12]。

3) 小流域划分。基于ArcSWAT和数字高程模型(25 m DEM)，结合河流水系、行政区划、遥感影像等特点，开展小流域划分[14]及野外复核，确定小流域边界、编号及命名。

4) 水土保持布局。通过调查、访谈等方式了解水土保持需求，以小流域为单元统计土地利用、坡度、林草植被覆盖度、水土流失、地貌等基础数据与信息，遵循“自上而下”与“自下而上”相结合的方法，通过空间叠置与统计分析，以小流域为单元，根据水土保持需求，确定土保持布局和重点防治区域。

3 水土流失现状及其主要影响因子

3.1 土地利用现状

全县土地利用结构以园地和林地为主，各占32.04%和32.52%；其次为耕地，占17.26%，人均耕地面积0.05 hm2；其余类型所占比例较小。园地以梯田果园为主，主要分布在东南部及西南部；林地以防护林为主，主要分布在北部和东部山区；耕地以旱梯田为主，主要分布在西部、西南部山丘区及中部平坦地带，其中坡耕地及低标准梯田主要位于西南和东北部。见图1(a)。虽然梯田果园、旱梯田占比高，但以田面有坡度、田坎有塌陷的低标准梯田居多；坡地果园、坡耕地在东北部分布较多。2009—2015年期间，果园增加264.68 km2，耕地减少190.20 km2，经果林的迅速发展导致农业结构调整和耕地保护矛盾突出；因此，从水土保持工作角度，需要结合农业产业结构调整，合理配置水土保持措施，科学发展经果林和农作物，提升梯田措施质量，增加水土保持林和配套小型蓄、排、引水设施建设。

3.2 植被现状

林草植被(含园地)1 159.68 km2，占70.90%，以防护林、经果林为主。北部山区主要为防护林，中部丘陵主要为经果林和用材林，西南部丘陵以防护林和经果林为主，东南部丘陵主要为经果林，见图1(a)。林草植被盖度以中高覆盖为主，占41.57%，其次为中覆盖、高覆盖，分别占24.88%和30.83%，高覆盖主要集中于北部和东部防护林，见图1(b)。随着东南和西南部经果林面积的迅速扩展，对水资源的需求明显增加，而且普遍林下盖度低，面源污染严重；因此，从水土保持工作角度，需要加强生态红线区域保护和预防监督力度，增加经果林区域小型蓄水保土工程，推广林下覆草，提高水源涵养能力、控制面源污染。

3.3 水资源现状

全县年水资源总量为6.82亿m3，其中地表水4.76亿m3，地下水2.06亿m3，人均占有水资源860 m3。随着工农业的持续发展，水资源供需矛盾日趋尖锐。因无客水过境，县域水资源受降雨影响显著，总量不足，资源性缺水；水库灌区配套不完善导致水源工程蓄水不足，工程性缺水；局部地区面源污染严重，水质性缺水问题突出。因此，从水土保持工作角度来看，需要在经果林相对密集的浅山丘陵区，防治面源污染，增加蓄水工程，建设生态农业，提高森林植被水源涵养和生态系统自净能力，在河道上游建设生态清洁型小流域。

3.4 水土流失现状

2015年全县水土流失面积765.99 km2，占46.83%。以轻度侵蚀为主，中度侵蚀次之，二者占水土流失面积96.93%。轻度水土流失在县域广泛分布；中度及以上侵蚀主要分布在东南部、西南部以及东北部区域，见图2(a)。近几年，因大力发展经果林，对土壤、植被、水资源等开发强度高，干扰强烈，但水土保持配套措施标准低，水土流失严重。由图2(b)可知：与1984年和2009年水土流失监测数据相比，水土流失面积持续减少，土壤侵蚀强度稳步下降。北部山区水土流失轻微且相对稳定，西部、东北部水土流失有一定好转但依然严峻，南部山区以经果林为主的水土流失总体减轻但面源污染加剧。县域内治理难度小、规模集中的水土流失严重区域已初步得到整治，后续治理难度大。因此，从水土保持工作角度来看，北部山区采取预防为主、小规模治理为辅的措施体系；西部、东北部和南部山区采取治理为主、预防为辅的措施体系；同时，对部分已建水土保持工程设施提升标准、加强管理。

图1 沂源县土地利用和林草植被覆盖度空间分布Fig.1 Spatial distribution of land use and grass and forest vegetation coverage in the Yiyuan county

图2 沂源县水土流失状况空间分布和典型年变化状况Fig.2 Spatial distribution and area changes of soil erosion in typical years in the Yiyuan county

4 小流域划分结果及基本特征

全县划分68条小流域，平均面积24.06 km2，沟道密度1.87～2.99 km/km2。其中，10～30 km2小流域48条，30～50 km2小流域18条，>50 km2和<10 km2的流域各1条。按水系划分，沂河水系63条，弥河水系4条，新汶河水系1条。据小流域形态划分，“完整型”34条，“区间型”27条，“坡面型”7条。

根据地貌，以低山为主的小流域有19条，主要分布在北部和中部，以低山丘陵为主的小流域16条，其余小流域以丘陵为主。从林草植被来看，小流域林地、园地和草地面积占比为28.08%～94.09%，平均71.16%。其中：林园草面积占比50%以上的小流域有55条，主要位于北部和东部区域；园地面积占比50%以上的小流域有17条，主要分布在东南部。

各小流域水土流失面积比分布在16.68%～71.74%，其中悦庄镇石臼小流域(编号2158)水土流失面积比最低，西里镇石井小流域(编号1951)水土流失面积比最高。水土流失面积比<30%的小流域8条，30%～50%小流域29条，50%～60%小流域22条，>60%小流域9条。小流域分布及数据见图3。

5 水土保持规划布局与重点防治区域

5.1 水土保持区域布局

以小流域为单元，根据其基本特征和水土保持需求，将全县划分为北部低山水源涵养-生态维护区、西部丘陵土壤保持-水质维护区、中部缓丘人居环境维护区、东南部低山丘陵土壤保持-蓄水保水区4个水土保持分区。见图3(a)。

图3 沂源县水土保持分区和重点防治区域Fig.3 Regionalization of soil and water conservation and key prevention and control area in the Yiyuan county

1) 北部低山水源涵养-生态维护区。位于县域北部，231.50 km2，占14.15%，涉及3个镇(街道)10条小流域。地貌以低山为主，土地利用以覆盖度较高的有林地为主，其次为旱地和果园，有少量坡耕地。水土保持主导基础功能为水源涵养和生态维护，兼有土壤保持，需建设和保护好以天然林为主的公益林，保持水土，加强动植物资源保护；对局部坡耕地实施水土流失综合治理，配套坡地、沟道水源工程。

2) 西部丘陵土壤保持-水质维护区。位于县域西部，462.33 km2，占28.26%，涉及3个镇(街道)25条小流域。地貌以丘陵为主，土地利用北部以旱地为主，南部以果园和耕地为主。水土保持主导基础功能为土壤保持和水质维护，需强化建设高标准优质粮油果基地，加强田、水、林、路、村综合改造，增强对耕地的土壤保育和对雨洪资源的拦蓄利用，提高梯田质量，做好沟道生态防护、径流拦蓄和水质维护。

3)中部缓丘人居环境维护区。位于县域中部，324.79 km2，占19.86%，涉及5个镇(街道)18条小流域。地貌以丘陵为主，兼有山前倾斜平地，土地利用以旱地、果园和有林地为主，为县城和经济开发区所在地。水土保持主导基础功能为人居环境维护，需强化“海绵城市”建设，加强无公害粮果和有机蔬菜基地建设，保护耕地资源；提高小流域治理标准，突出生态休闲、观光等需求。

4) 东南部低山丘陵壤保持-蓄水保水区。位于县域东南部，617.18 km2，占37.73%，涉及6个镇15条小流域。地貌以低山丘陵为主，土地利用以果园为主。水土保持主导基础功能为土壤保持和蓄水保水，需建设优质果品基地，配置小型水利工程，提高蓄水保水能力，提倡林下覆草，控制面源污染。

5.2 重点防治区域

根据国家级水土流失重点治理区要求，结合全县水土流失状况和发展需求，以图斑为基础，布设“三带三片”水土保持重点防治区域，见图3(b)。

1) “三带”重点预防保护区域。包括三府山-螳螂崮水土资源保护带、莲花山-圣佛山水土资源保护带和鲁山-凤凰山水土资源保护带和鲁山-凤凰山水土资源保护带。“三带”重点预防保护区域内土地利用以覆盖度高的防护林草为主，水土流失相对较轻，重点采取预防保护措施，维护生态系统，促进水源涵养。

2) “三片”重点综合治理区域。包括织女洞-唐山特色经果林生态景观小流域片，悦庄-两县土壤保育高效农业产业片、田庄水库上游水源涵养生态清洁小流域片。织女洞-唐山特色经果林生态景观小流域片位于东南部，土地利用以果园为主，林下水土流失严重，灌溉水源少，面源污染重，应适当增加蓄水保水工程，鼓励林下覆草，控制农药、化肥用量。悦庄-两县土壤保育高效农业产业片位于县城东北部，有坡耕地分布，需实行坡改梯工程，建立高效农业产业片；田庄水库上游水源涵养生态清洁小流域片位于西南部及西部田庄水库上游，土地利用以耕地为主，需增加坡面径流拦截泥沙工程，减轻河道泥沙淤积，减少入库泥沙。

6 水土流失防治措施配置

6.1 预防保护

1) 预防保护范围与对象。预防保护范围556.60 km2，涉及8个镇(街道)的23条小流域，主要位于北部水源涵养-生态维护区和中部人居环境维护区，包括重要地表水源地田庄水库及其上游区域、沂河源头螳螂河源头区域、以及县城周边地下饮用水源地等河流源头及重要水源地，鲁山森林公园、圣佛山景区等生态公益林和风景名胜游览区。其中，预防保护对象面积171.76 km2，占预防保护范围30.86%，为小流域内植被良好区域。见图4。

图4 沂源县防治范围与对象分布Fig.4 Prevention and control range and objects in the Yiyuan county

2) 预防保护措施体系。以封禁治理促进生态修复和维护水源涵养功能为基础，将特色生态林果产业与旅游产业发展相结合，建设“生态清洁型”小流域：坡上部以封禁培育林草植被为主，在灌草区宜林地段采用鱼鳞坑、水平阶等整地方法人工造林，营造水源涵养林，提高土壤涵养水源、调蓄径流能力；坡中、下部灌草地营造水土保持林，提倡经果林下覆草，营造树盘，维护现有水土保持措施，并改善人群聚集区生态环境；坡下部及沟道，保护生态自然、功能完好的河道、沟道，修复破损之处，修建径流多级拦蓄利用工程体系，构建小型生态景观。

3) 措施配置。根据小流域特点及防治需求，坚持“预防为主、保护优先”、“大预防、小治理”原则，拟定小流域水土保持措施类型及配置比例。坡地以封禁治理为主(占比55%)，为生态林草地封禁和疏林地补植；其次为水土保持林、经济林果、梯田工程，并根据需求布设截排水沟、蓄水池和生产道路等。沟道以工程措施为主，主要根据需求建设堰坝、谷坊，整治河沟道(护岸或者小型湿地公园建设)。

6.2 综合治理

1) 综合治理范围与对象。综合治理范围1 079.20 km2，涉及11个镇(街道)45条小流域，主要位于西部土壤保持-水源涵养区、东南部土壤保持与蓄水保水区。包括：田庄水库西南部上游水土流失危害严重且集中区域；县城东北部坡耕地较集中，水土流失严重区域；东南部低山丘陵经果林区域用水需求量大、降水拦蓄利用率低的林果产业综合开发区等。其中，综合治理对象面积487.89 km2，占综合治理范围45.21%，主要为水土流失集中分布，梯田质量较差的果园和耕地，以及>3°的坡耕地和低标准梯田, 如图4所示。

2) 综合治理措施体系。坚持“生态优先、强化林草、注重功能”，结合封禁治理，重点实施坡耕地与低标准梯田改造，发展农林特色产业和节水灌溉工程，建设“生态经济型”小流域：一是采用封禁治理、梯田措施、修建小型蓄水排水工程等手段，改造耕地，防治砂砾化，促进土壤保持和水源涵养；二是采用谷坊、整地补植、修建蓄水保水工程等手段，实现拦沙蓄水、径流调控的目的；三是修建高标准水平梯田，提高灌溉条件，发展特色经果林带，以改善生产条件、提高土地产出率。

3) 措施配置。根据小流域特点及防治需求，遵循“因地制宜、综合治理”原则，分区域拟定小流域水土保持措施类型及配置比例。其中：东北部小流域中上部多防护林，以封禁治理为主，措施占比45%，中下部有坡耕地和低标准梯田，辅以经济林果和梯田工程，措施占比分别为20%和25%；西南部小流域位于田庄水库上游，以耕地和林地为主，有发展经果林趋势，治理措施以封禁治理(35%)、梯田工程(30%)为主，辅以经济林果措施(25%)；东南部是苹果、樱桃等水果主产区，治理措施以经济林果为主(60%)。同时，建设蓄水、截排水等坡地工程措施，以及堰坝、谷坊等沟道工程措施，减少径流冲刷，提高河流水质。