太原市九院沙河上游水土流失现状及综合治理措施探讨

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西太原030024）

1 项目概况

1.1 地理位置

九院沙河位于太原市万柏林区和晋源区，北支九院沟发源于狼坡村以上，南支发源于高家河沟，两沟于桃杏村附近汇合后称为九院沙河，于山西省农展馆南侧的新晋祠路桥以东820 m 处汇入汾河，属于汾河一级支流。九院沙河上游生态治理工程范围为其上游山区分水岭至西环高速，主河道与九院沙河快速路改造工程接壤，流域面积22.46 km2。

1.2 自然概况

九院沙河位于太原市西山地区，呈窄带树形形状，地形趋势西高东低，自山区向盆地阶梯下降。山区与盆地间因构造地形突变，两者直接相接。山区为吕梁山系，是吕梁山脉东翼云中山的延续，海拔在1 300～1 800 m。

流域内地貌形态较为复杂，沟谷密布，沟壑密度10.42 条/km2，成因各不相同，大致分为三类：土层较薄，基岩裸露的剥蚀构造地貌；地形破碎、呈梁峁状的侵蚀堆积地貌；流水堆积地貌，山脚多为灰岩，山崖常成陡壁。

该区属温带半干旱大陆季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季短暂凉爽，冬季寒冷干燥。平均风速2.5 m/s，最大风速25 m/s。年平均气温9.5℃，极端最低温度-25.5℃，最高气温39.4℃，无霜期167 d，最大冻土深度77 cm，大于等于10℃的年积温为2 662℃，年平均降水量450 mm，最大降水量749 mm，降水量的70%集中在7、8、9月份，且多以暴雨形式出现。

项目区土壤属于褐土性土，成土母质主要为黄土和洪积物。植被类型为暖温带落叶阔叶林带，北暖温带落叶阔叶林亚地带。近年来由于乱砍滥伐，植被遭到严重的破坏，水土流失逐步加剧，原生植被几乎不存在，现存的植被也多为次生演替的结果，灌木林分布较广泛，有较大面积连片分布的天然人工林。在土壤贫瘠的干旱阳坡有少量侧柏、刺槐、臭椿分布。灌丛植被有荆条、柠条、蚂蚱腿子、虎榛子、黄刺玫、紫穗槐等，草丛主要有白羊草、蒿类以及其它杂草等。

2 水土流失及防治情况

2.1 水土流失现状

该区水土流失的形式主要以水蚀为主，重力侵蚀相伴，溯源侵蚀是沟道延伸的主要形式，平均土壤侵蚀模数3 600 t/（km2·a）。

该区水土流失面积14.83 km2，占流域总面积的66.03%。其中轻度侵蚀5.95 km2，占流失面积的40.10%；中度侵蚀4.81 km2，占流失面积的32.45%；强度侵蚀2.77 km2，占流失面积的18.64%；极强度侵蚀0.84 km2，占流失面积的5.63%；剧烈侵蚀0.47 km2，占流失面积的3.18%。

2.2 水土流失成因

自然因素——项目区降雨季节分布不均，主要集中在7、8、9月份，决定了该地区暴雨频率相对较高。流域地形及河道比降大，一遇降雨，地面下渗能力弱，极易形成地表径流，进而发展成为集中股流，并且洪水汇流快。而地形破碎，沟道纵横，植被稀疏，土壤本身结构松散，抗冲抗蚀能力弱。以上几方面原因，导致了九院沙河流域极易形成雨洪，造成水土流失，水、肥、土流失严重，河道泥沙含量高。冲刷严重时，洪水、泥石流等自然灾害频发。

人为因素——太原市城市进化过程中，各类工矿企业规模扩大，资源开发，导致植被破坏，使上游的水源涵养能力降低，水土流失严重；其次，各种工业及生活固体废弃物越来越多，它们无序堆放，挤占河道，加剧了上游两侧沟岸的冲刷和下游河道的淤积。

2.3 水土流失及其治理特点

太原市九院沙河河道上游水土流失主要表现在：演化性、复杂性、突发性及治理的艰巨性。

1）演化性

九院沙河属于边山河道，其上游干支沟较其它地方更为陡峭，降雨洪水汇水快，径流形成快且洪流集中，沟头及两侧沟边极易形成滑坡、坍塌及泥石流，使得沟道向两侧及沟头扩展、演化，水土流失若得不到及时治理，水土流失将加剧。

2）复杂性

由于九院沙河处于城乡交错区，导致水土流失既有乡村的土壤侵蚀，又有市郊结合地段独特的侵蚀方式，主要表现为自然和人为因素相结合。片蚀、溅蚀频繁发生，工矿区地下径流所引发的管状侵蚀，重力水引发的潜移侵蚀，集中股流引发的岩土侵蚀；采矿过程和工程建设过程诱发的重力侵蚀、滑坡、泄溜，严重的还有泥石流等。不同的侵蚀方式带来不同的流失情况，程度各异，情况复杂，给治理带来很大困难。

3）突发性

九院沙河上游属于土石山区，沟道窄，坡陡，水土流失具有突发性。1996年8月4日，受台风登陆后减弱为低气压与副热带高压和东北南下弱冷空气的共同影响，虎峪河及邻近的九院沙河上游以石千峰、庙前山为中心出现了特大暴雨，虎峪河及相邻的九院沙河都发生了山洪，其中虎峪河洪水量最大，河龙湾洪峰流量391 m3/s。西山矿务局所属官地矿、杜儿坪矿及沟内一些小煤矿被淹，虎峪河上大小12 座桥因泥沙漂浮物淤堵被冲毁，两岸漫溢成灾，迎泽西大街被淹过水深度达0.5 m，下元至迎泽桥一带一片汪洋。洪水过后，60 m 宽的迎泽西大街近2 km 长度淤积1 m 厚泥沙，造成直接经济损失2.86 亿元。

4）治理的艰巨性

河道上游水土流失恢复难度大，费用高，任务艰巨。城市生态系统平衡本身的脆弱性，导致了一经破坏，很难恢复的特性。如沟道边坡的滑坡、崩塌等，单靠恢复植被是不行的，必须配套相应的工程措施。九院沙河上游生态治理措施的要求和标准要高于一般水土流失区。

2.4 水土流失防治现状

1）水土流失治理现状

多年来项目区累计治理水土流失面积744.13 hm2，其中水平梯田108.58 hm2、乔木林219.99 hm2、灌木林415.56 hm2、封禁治理193.52 hm2，另有拦沟坝、提水灌溉等措施，治理度为50.2%，以上措施对水蚀和风蚀的发生有缓解作用。

2）存在问题

（1）部分区域林草植被覆盖率较低，水土流失严重。

（2）由于煤炭开采、固体废弃物堆放造成大面积裸露，边坡较陡，部分地段渣土堆积，表土松散，治理难度大。

（3）沟道拦挡工程较少，雨后河水泥沙含量大，影响下游行洪。

（4）治理任务艰巨，投入相对不足。

（5）水土保持治理技术与新时期要求还有一定距离。

3 项目建设的必要性和可行性

3.1 必要性

九院沙河为汾河一级支流，位于晋祠泉域的重点保护区，做好九院沙河上游的水土保持综合治理工作不仅对于改善汾河水质有重要作用，还对改善太原市城市环境有重要影响。

1）促进地下水位快速回升、力争晋祠岩溶大泉复流

进入上世纪60年代中期以来，晋祠泉域泉水流量一直处于持续衰减状态，特别是近年来随着自然、人类活动等各种因素对岩溶地下水的影响加剧，泉水流量衰减趋势加重。晋祠泉1994年4月30日晋祠泉断流水位802.58 m，断流后岩溶水水位持续大幅度下降，2008年8月降至历史最低水位774 m，在泉口以下27.66 m，水位平均下降速率达0.85 m/a。通过对沟谷布设谷坊等工程滞洪和涵蓄水源，增加地下水补给量，促进地下水位快速回升、晋祠岩溶大泉复流。

2）改善汾河水质

近年来，通过山西省政府和相关主管部门的努力，汾河的生态环境有了较大的改善，特别是汾河太原段，水质得到明显改善，暗浊的河水现在已经不复存在，周边生态环境有了很大提高，但问题仍然存在。市区内的一级支流水质污浊，大雨过后，河水猛涨，大量泥沙从上游区域汇入，增大了河水的含沙量，大量的泥沙随河水进入汾河，影响了汾河水质和行洪安全。因此，九院沙河上游的生态综合治理对改善汾河水质和生态环境有重要的作用。

3）改善城市整体面容

目前，九院沙河河水污浊，雨后河水含沙量大，严重影响了城市的整体风貌和生态环境，并且与创建“文明园林城市”的号召严重不符。为了改善此状况，省市有关部门已下决心从截污和治理上游生态环境两方面下手，彻底根治流经太原市区的“臭水河”，而河道上游的生态综合治理对于治理上游环境方面起着关键的作用。

4）提高土地利用率，改善上游生态环境

九院沙河上游河道两侧存在很多裸露边坡，且裸露边坡为修建道路造成的松散体，上游范围内还存在一定的其他草地、裸地以及植被覆盖率较低的灌木林地、其他林地等，在强风大雨时极易产生水土流失，通过在生态治理工程周边布设水窖等雨水蓄积工程，为农民生产创造便利条件；通过对裸露边坡实施水土保持工程措施和植物措施，可使松散土石固定，裸露地表披上绿装，有效改善上游的生态环境。

3.2 可行性

项目区年平均降水量450 mm，降水量的70%集中在7、8、9月份。流域内地貌大部分为砂页岩土石山区，流域内有多处采石场，地表大面积裸露，已进行了多年的水保治理工作，主要采取了坡面绿化、经济林、机修梯田、拦沟坝、提水灌溉工程等措施治理。根据项目区的地形地貌、土壤和植被类型，因地制宜采用乡土树种对荒山荒坡营造乔木林、灌木林，并在林间撒播草籽，对裸露边坡进行治理，并采取封禁措施，根据以往治理经验，上述措施可行。

九院沙河河道上游水土流失以轻中度侵蚀为主，上游各级支沟中沟道坡降位5%～10%的位置适宜布设谷坊，在该比降的位置布设谷坊可以抬高侵蚀基准，防止沟底下切，抬高沟床，稳定山坡坡脚，防止沟岸扩张，减缓沟道纵坡，减小山洪流速，淤积泥沙，对下游沟道起到拦截泥沙缓洪作用，措施可行。

综上所述，通过对九院沙河上游山区进行水土保持综合治理后，新增高郁闭度森林植被，涵养水源，为下游河流供给源源不断的河道基流；主河道利用河岸滩地滞洪和涵蓄水源，增加地下水补给量，促进地下水位快速回升、晋祠岩溶大泉复流；林草覆盖率进一步提升，可有效防治水土流失，改善局部小气候条件，野生动植物得以保护；同时减少了温室气体排放，可有效涵养水源，减少地表径流和冲刷，减轻土壤侵蚀程度；提高土地生产力和持续增产能力，促进生态环境良性循环，有利于改善汾河生态环境。此外，各支沟内布设谷坊后，可影响流域产汇流过程与方式，起到调节河川径流、消减洪峰量的作用，从而减少泥石流的发生，减轻洪涝灾害造成的损失。本工程从源头上治理，涵养水源，保证生态基流，增促进地下水位快速回升、晋祠岩溶大泉复流，改善生态环境，工程可行。

4 综合治理措施

4.1 治理目标

1）对项目区实施水土保持综合治理措施后，水土流失得到基本控制，该流域水土流失治理度将达到80%以上，缓洪拦沙，减少流入汾河的泥沙，减少下游洪水总量。

2）通过对上游开展生态保护与植被恢复，使森林覆盖率大幅提高。通过新增高郁闭度森林植被，涵养水源，为下游河流供给源源不断的河道基流。

3）主河道利用河岸滩地滞洪和涵蓄水源，增加地下水补给量，增加水面面积，促进地下水位快速回升、力争晋祠岩溶大泉复流。

4）提高土地利用率和改善边山生态环境，改善城市整体风貌及周边农村生活环境。

4.2 措施设计

1）塬面：将坡度较缓的其他草地、裸地改造为乔木林和灌木林，在其周边合适位置修建水窖、供水工程和施工道路，为满足林草抚育管理要求，需要同时收集地表雨水，减少地表径流。

2）沟坡：根据不同立地条件栽植水保林，对其他林地、灌木林地全部进行补植乔木，其他林地补植率为40%，灌木林补植率为30%；对其他草地与有条件恢复植被的裸地区域改造乔木林和灌木林，并根据周边道路、村庄情况选择景观树种；对疏幼林地、新造林地和具有自然恢复能力的荒山荒坡进行封禁治理；对人为造成的裸露岩石地表修建种植槽进行绿化。在道路合适位置布设水窖，并配套灌溉设施。

3）沟底：根据沟道地形修建谷坊工程滞洪和涵蓄水源，加大地下水补给量，促进地下水位快速回升，促进地下水位快速回升、力争晋祠岩溶大泉复流；减少沟道侵蚀，起到拦挡泥沙、缓洪作用。对于沟道坡降在5%～10%之间或部分坡降小于5%的地质条件较好的支沟布设谷坊，谷坊群个数不宜超过10 个，谷坊群布设时一侧设置施工道路连接。

4）裸露场地：坡脚布设浆砌石挡墙，挡墙以上采用浆砌石骨架护坡。坡脚植爬山虎恢复植被。