基于新型淤地坝的黄土高原“小流域+”综合治理新模式探讨

张金良

（1.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003；2.水利部黄河流域水治理与水安全重点实验室（筹），河南 郑州 450003）

1 引 言

黄土高原面积约64 万km2，属于干旱半干旱区，水资源缺乏，降水时空分布不均，夏秋季大雨和暴雨频发，区内丘陵、高塬、沙漠并存，地形破碎，沟壑纵横，广泛分布的黄土质地疏松且具有湿陷易裂性，加之人口增长和长期的土地开垦利用等对原生植被的破坏，使其成为世界上土壤侵蚀和水土流失最为严重的地区之一［1-2］。 黄河流域约46.3 万km2的水土流失面积中98%以上分布于黄土高原，其严重的水土流失对流域生态环境、河流安全和人民生产生活均有不同程度的负面影响，是流域生态保护和高质量发展的主要制约因素之一。

人民治黄70 多年来，进行了大量的水土流失防治实践、积累了丰富的治理经验。 20 世纪70—80 年代开展了较大规模的淤地坝建设、总结提出以小流域为单元的综合治理，之后在水土保持理论、实践、技术、体制机制等方面不断创新和发展，从局部单一的拦沙或粮食增产等目标，逐步向全面综合的景观格局、产业结构优化调整、生产方式转变等进化，在控制水土流失、改善区域生态环境、促进经济社会可持续发展等方面取得了显著成效［3］。 截至2015 年，黄河流域水土流失治理面积累计达到21.84 万km2，其中梯田、水土保持林、种草、封禁面积分别约为5.50 万、10.76 万、2.14万、3.44 万km2，修建淤地坝5.84 万座、淤成坝地22 万hm2［4］。 20 世纪80 年代以来，黄土高原草地和林地面积逐渐增加，植被覆盖度显著提高［5-9］，主色调由“黄”变“绿”，有效遏制了生态环境恶化，从源头上减少了入黄泥沙［10-12］，如黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀模数普遍下降，不少地区降幅在50%以上。 据统计，人民治黄以来，水利水土保持措施累计减少入黄泥沙194 亿t，其中1996 年以前的减沙量为107 亿t、1996 年及以后的减沙量为87 亿t，使黄河多年平均输沙量由过去的16 亿t 下降至近年来的2 亿～3 亿t。 以潼关测站为例，2000—2016 年潼关站年均输沙量为2.41 亿t，2014年和2015 年不到1 亿t［4］。 Wang 等［13］研究表明，20世纪70—90 年代淤地坝、梯田、水库等水利水土保持工程措施和90 年代以来实施的植被恢复措施是入黄泥沙减少的主要原因。 1999 年国家实施大规模退耕还林还草政策措施以后，各类水土保持措施对入黄泥沙减少的贡献达59%［4］。 此外，小流域综合治理也取得明显的民生效益，黄土高原人居环境改善，粮食、果品等增产，农户收入大幅提高，有力促进了社会经济的发展［14］。

小流域综合治理虽已取得阶段性成效，但目前黄土高原仍有超过23 万km2水土流失面积未得到有效治理，水土流失、生态脆弱、民生发展滞后等依然是短板，如治理程度空间不均衡，坡面、沟道等局部地貌部位治理措施薄弱，人工植被配置结构和空间布局不完善［15］，农业现代化水平较低、绿色发展滞后，农村人居环境水平较低等［16］。 淤地坝作为黄土高原小流域综合治理的关键措施之一，在保障生态安全、粮食增产、水资源合理利用及经济社会稳定发展等多方面具有综合效益，但是传统淤地坝存在溃决风险高、管护压力大、拦沙不充分三大痛点，导致其作用发挥不充分。 黄土高原是包含山水林田湖草沙人的复杂巨系统，水土流失与人类经济社会系统和自然系统失衡关系密切，水土流失治理的目的是寻求自然系统演变和人类经济社会发展之间新的稳定关系、新的平衡状态，水土流失治理须基于山水林田湖草沙和人类生命共同体理念进行系统治理、综合整治。 目前，黄土高原地区山水林田湖草沙综合治理体系尚未形成，且治理中对人的因素（即经济社会发展问题）考虑不足、淤地坝建设积极性受限，经济产出、生态产出不突出等问题导致水土流失治理中生态保护与经济发展融合度不高、协同效应没有得到充分发挥，一定程度上制约了小流域综合治理效益的发挥和区域高质量发展。

2012 年以来我国提出统筹水土流失治理和生态经济建设、宜居美丽乡村建设等［2，17］，尤其习近平总书记于2019 年9 月18 日主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并将其上升为重大国家战略，使黄土高原治理目标发生了根本性改变，即由单纯的“水土保持”向高质量发展转变，而水土保持的基本措施成为支撑区域高质量发展的基础。 为深入贯彻习近平生态文明思想，全面落实黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略和乡村振兴战略的要求，本文按照系统治理的理念，针对当前水土流失治理存在的问题，提出基于高标准免管护新型淤地坝的黄土高原“小流域+”综合治理新模式，并对其关键技术、关键措施、生态建设机制及效益进行深入分析，以期为全面提升小流域综合治理水平、促进生态环境和社会经济协调稳步发展提供依据。

2 “小流域+”综合治理新模式

针对当前水土流失治理存在的问题，结合乡村振兴战略和美丽乡村建设，以小流域为单元，统筹发展与保护，开展山水林田湖草沙人统一规划，综合考虑生态效益、减沙效益、有机产品、碳汇、风光利用、藏粮于田等，创新水土流失治理的自循环、自持模式，以高标准免管护新型淤地坝［18］为统领，构建沟底、沟坡、沟缘、坡（塬）面立体化水土流失综合治理体系。 在沟底新建一批高标准免管护新型淤地坝、改建一批老旧病险淤地坝，形成干支沟、上下游统一规划，小多成群、骨干控制的淤地坝系，利用大型淤地坝蓄洪拦沙、合理利用水资源，利用中小型淤地坝淤地造田，结合川台、沟台地，建设高标准农田；在沟坡营造水土保持林，提高植被覆盖度，控制沟坡失稳引起的滑坡、崩塌等重力侵蚀；在沟缘线附近实施沟头防护工程，防止沟头延伸和沟岸扩张；在坡（塬）面进行植被保护和修复、坡耕地综合治理，修建旱作梯田，因地制宜种植经济林，加强雨水集蓄利用和径流排导；结合水土流失综合治理，在人口相对聚集的区域，强化农业面源和农村生活污染防治，开展农村人居环境整治，发展生态农业和文化旅游，实现山上有林果、坡上有梯田、沟底有坝系、坝上有水有田、村村有产业，水土保持功能系统性增强，水源涵养、防风固沙、碳固定等复合生态系统服务功能全面提升。

在综合治理新模式中，高标准免管护新型淤地坝将发挥统领作用，基于其防溃决、免管护、多拦沙的综合功能，根据小流域沟道分布的特点，从技术可行、经济合理的角度进行论证，识别关键节点，合理布局高标准免管护新型淤地坝，降低其溃决风险和管护压力、增加其总体拦沙能力，构建可稳定持久运行的坝系工程，综合提升沟道整体防洪标准和运行生命周期。 以稳定的坝系构建沟底拦蓄水沙的稳定防线，稳定提升沟底侵蚀基准面，提供高质量沟底坝地；通过稳定的坝系增加关键节点处坝库的蓄水量，为小流域内的植被恢复、农林经济作物发展提供水源，并为小流域内乡村生态文旅发展提供必要的水要素。 此外，沟头防护工程、沟坡水土保持林、坡（塬）面植被保护和修复等措施可进一步减少沟、坡水土流失，减轻淤地坝系的防洪拦沙压力，有效提升坝系的持久运行功能。 因此，高标准免管护新型淤地坝与其他治理措施是相辅相成的，各种措施在小流域内的配置比例应根据沟道具体情况来确定。

3 “小流域+”综合治理关键技术与措施

3.1 综合治理关键技术

（1）高标准免管护新型淤地坝技术。 针对传统淤地坝坝身结构不能过流，溃决风险高、管护压力大、拦沙不充分三大痛点，从水文计算、筑坝材料、设计施工等方面创新淤地坝设计理念，构建高标准免管护新型淤地坝（如图1 所示），达到防溃决、免管护、多拦沙的目标。 其关键技术包括如下三点：一是针对传统设计方法对特小流域易发的极端暴雨洪水反映不足、设计洪水可能偏小的问题，采用黄土高原地区特小流域高含沙PMF 估算新技术，解决淤地坝设计洪水偏小的问题；二是针对传统淤地坝坝身不能过流，工程设计时需要预留滞洪库容导致淤地坝拦沙不充分、淤满后溃决风险高的技术瓶颈，创新淤地坝设计理念，对坝体整体或局部设置坝身防冲刷保护层，给淤地坝穿上“防护衣”（适用于新建淤地坝和老旧淤地坝改造），使其可过流、防溃决、免管护；三是针对传统固化材料（水泥等）难以和当地黄土有机结合、筑坝成本高的难题，研发新型黄土固化剂，就地取材，选用当地黄土掺和固化剂作为新型淤地坝的防冲刷保护材料，其具有较高的强度和良好的耐久性，能够满足坝身过流要求。 在相同泥沙淤积年限条件下，修建高标准免管护新型淤地坝较传统淤地坝降低约30%的工程成本，在相同坝高条件下以与传统淤地坝相当的工程成本可增加约75%的拦沙量，大幅节减管护成本，降低淤地坝的溃决风险。

图1 高标准新型淤地坝示意

（2）水土保持智能监测预警技术。 严格对生产建设活动的水土保持监管和水土流失源头管控，综合运用卫星遥感、无人机、智能化视频、地面物联网等技术手段，以小流域为单元，构建覆盖重点监督区的水土保持数字化场景和高效协同的空天地一体化监测网络，形成点、线、面空间全覆盖水土保持智能监测预警体系（如图2 所示），建立水土保持监测大数据智能分析与预警模型，准确掌握全域水土保持现状，实现对水土流失发生、发展、变化趋势及危害的动态监测评估，及时感知违法及异常行为，发出安全风险预警，有效提升黄土高原水土流失监控、治理、科研、管理水平。

图2 水土保持智能监测预警体系框架

3.2 综合治理关键措施

（1）林草植被保护修复。 遵循黄土高原植被带分布规律，在科学评估水资源的植被承载力基础上，按照宜林则林、宜草则草的原则，开展植被保护和修复。 在年降水量小于200 mm 的干旱地区，以自然恢复为主；在年降水量为200～400 mm 的半干旱地区，以种植灌草、封育保护为主，在沟底或水分条件较好的区域因地制宜种植乔木；在年降水量大于400 mm 的半湿润地区，实施乔灌草相结合的植被恢复与保护，结合地形地貌、土壤、气候和技术条件，适地适树，科学选育人工造林树（草）种，改善林相结构，适度发展经济林果和林下经济，提高生态效益和农民收入。 对生态脆弱区域进行封禁治理，减少人为干扰，利用自然修复能力恢复植被。

（2）旱作梯田建设。 在年降水量大于400 mm 的小流域，对坡度为5°～15°、近村近水近路的集中连片耕坡耕地进行改造，建设高标准旱作梯田，积极推广应用旱作农业新技术新模式、蓄水保水技术，配套建设田间生产道路、排灌沟渠、水窖、蓄水池、植物护埂等措施，加强雨水集蓄利用，发展高附加值农作物和林果种植业。 在沟道中建设淤地坝的同时，考虑建设小水库或塘坝等以增加水资源储备量。

（3）生态宜居美丽乡村建设。 结合乡村振兴和美丽乡村建设，在人口聚集区实施农村人居环境整治，开展“分质供水、分类排水”的农村供排水系统改造，对生活垃圾、人畜粪便及秸秆等废弃物进行深度处理和利用，推广风光等绿色低碳新能源、农业节水、科学施肥（药）、清洁生产技术，大力发展水土保持生态文旅经济，打造山青、水美、岸绿、村融、人与自然和谐相处的生态产业型、生态宜居型、生态旅游型新农村。

4 “小流域+”生态建设机制及效益分析

4.1 生态建设机制

黄土高原的早期治理以传统水土保持工作为主线，结合联产承包责任制等农村改革措施的实施，激发了水土流失区“千家万户治理千沟万壑” 的积极性［17］，但缺乏整体规划和统一推进。 20 世纪80 年代后，黄河水利委员会在水土流失严重地区开展小流域综合治理试点，并通过试验推广机修梯田、旱作农业和径流林业［19］，但实施范围有限。 黄河流域内地方政府组织实施水土保持生态建设项目的主要财政来源包括国家安排的各类水土保持项目、小型农田水利设施建设补助、退耕还林、生态公益林等专项资金，地方财政匹配能力有限，一些小型淤地坝是农民自发建设的，但这种政府单一主导或群众自发进行治理的机制，存在“头痛医头、脚痛医脚”的问题，缺乏流域系统的综合考量，工程建设成效难以保证。

进入新发展阶段，特别是生态文明建设背景下乡村振兴、黄河流域生态保护和高质量发展等政策的提出，提升黄土高原小流域综合治理水平、不断激发小流域发展内生动力和价值实现机制，成为当前在黄土高原建设人与自然和谐共生的农业农村现代化、实现农业结构根本性优化和农村生态环境根本好转的重要路径和手段。 新阶段黄土高原小流域水土保持生态建设，应改变以控制土壤侵蚀为目的单一驱动，向统筹山水林田湖草沙生命共同体的综合治理、系统治理、源头治理转变，构建“政府引导+企业主体+农户参与+部门联动”的建设机制，由政府出资负责水土保持治理方面的投入，通过政策激励使企业参与水土流失治理、乡村振兴和美丽乡村建设，建立以企业为主体的小流域生态经济区，全面促进农业转型升级和现代农业经营体系构建，协调好生态保护和高质量发展的关系。

4.2 效益分析

（1）经济效益。 基于新型淤地坝的“小流域+”综合治理新模式，可使水土资源得到有效保护，农业生产条件显著改善，为农业农村高质量发展奠定坚实基础。淤地坝是在水土流失区小流域沟道中建造的以滞洪拦沙和淤地造田为目的的水土保持工程，几十年来一直是减少入黄泥沙的主要水土保持措施，目前大部分坝地已成为良田，有效保障了粮食安全，为农业发展提供了宝贵的土地资源。 以淤地坝为主的小流域综合治理，在水土保持工程措施全面提升的基础上，具备较好的产业融合条件，其中淤地坝成为连接小流域水土资源的节点，可以有效促进农业提质增效和文旅产业融合、流域产业结构优化和塑造产业品牌，具备十分理想的投资收益前景［20］。 建设高标准免管护新型淤地坝，在实现淤地坝原有功能的基础上，可使淤地坝单方拦沙造价降低约30%，并大幅降低管护费用，据估算，高标准免管护新型淤地坝建设的效益费用比可达5.5、内部收益率达到40%，缩短投资回收年限在7 a 以内。新增水平梯田与传统的坡耕地相比，具有更强的保水保肥能力，在减少水土流失的同时，农民通过集约化生态种养结合可获得丰厚的回报。 此外，根据小流域资源禀赋，发展风光能源综合利用、有机种植、特色旅游业、生态文化与农耕体验等，通过特色产业带动，提高小流域农产品附加值，对山区农民致富、加快美丽乡村建设具有显著的推动作用。

（2）生态效益。 以新型淤地坝为统领的“小流域+”综合治理新模式，对流域生态系统质量整体改善和稳定性提升具有至关重要的作用，其产生的生态效益可通过定量评估、价格计量进行货币化表达。 可将其生态系统服务类型分为物质生产、调节服务和文化服务三类，物质生产包含农林牧渔产品、生态能源和水资源，调节服务包含土壤保持、减污、气候调节、碳汇、洪水调蓄、水源涵养、空气净化等，文化服务包括休闲旅游服务和自然景观溢价。 在这些生态系统服务功能中，土壤保持、水源涵养、洪水调蓄和碳汇是黄土高原小流域综合治理最主要的生态系统服务功能。 林草植被建设是小流域综合治理的重要手段，林草植被通过林冠层、枯落物、根系等各个层次削减降雨侵蚀力，增强土壤抗蚀性，减少水土流失。 此外，淤地坝拦沙减淤的作用不容忽视，2011—2017 年黄土高原淤地坝共拦沙10.5 亿t，仅淤地坝的土壤保持效益就高达136 亿元，淤地坝拦沙减蚀作用对2000—2012 年入黄泥沙减少的贡献率为34%［21］。 生态系统拦截滞蓄降水，增加土壤下渗量、涵养土壤水分，调节地表径流、补充地下水，提高了可利用水资源的能力。 以定西市安定区为例，单位面积水源涵养量为36.37 m3／hm2，水土保持措施特别是植被措施起到决定性作用［22］。 研究表明，多年生植物发达的根系与植株对黄土高原生态系统碳汇具有重要作用，恢复15～35 a 的灌草植被，其固碳量逐渐超过了农田碳储量，成为流域生态系统重要的碳库［23］。

（3）社会效益。 基于新型淤地坝的“小流域+”综合治理新模式，对乡村振兴和产业升级具有重要的助推作用，以财政资金为引导、社会资本为主体，着力构建财政优先保障、金融重点倾斜、社会资本积极参与的多元投入格局，为推进乡村振兴注入新动力。 如：2003—2013 年间，国家先后分5 批批复了吕梁市17条小流域坝系建设项目，截至2013 年年底完成投资1.7亿元，新建、加固骨干坝10 座，新建中型淤地坝153座、小型淤地坝232 座，已拦沙1 530 万m3、淤地340 hm2，在有效减少水土流失的同时，改善了农业生产条件，为当地群众进行水平梯田集约化经营和林果种植业发展奠定了基础，促进了产业结构优化调整，带动3万劳动力就业，基本农田单位面积产量显著提高，人均果林面积增加了0.003 hm2。 习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上指出“沿黄河各地区要从实际出发，宜水则水、宜山则山、宜粮则粮、宜农则农、宜工则工、宜商则商，积极探索富有地域特色的高质量发展新路子”。 按照新治理模式，在水土流失综合治理基础上，在项目区普遍推广农业耕作、果树栽培、牧草种植、风光综合利用、家禽养殖、分供分排等方面的先进适用技术，引导农民接受新知识、新信息和新技术，提高农民技术水平、提升农民生活品质。 因此，基于新型淤地坝的黄土高原“小流域+”综合治理新模式的推广，可在治理水土流失的同时极大地促进乡村产业升级和农业现代化，对繁荣乡村文化、保障和改善民生具有积极作用。

5 结 语

黄土高原地区严重的水土流失和脆弱的生态环境不仅制约着当地农业生产和经济发展，而且造成大量泥沙入黄并淤积水库和下游河道，给黄河下游两岸人民的生命、财产安全带来严重威胁，因此黄土高原地区水土流失治理一直是治黄的一项重要工作。 多年的治理使黄土高原地区水土流失严重局面得到初步扭转、生态环境持续改善，取得显著的经济效益、生态效益和

社会效益。 然而，黄土高原山水林田湖草沙综合治理体系尚未形成，以往水土流失治理中对生态保护与经济发展的融合重视不够，没有发挥应有的协同效应，水土流失问题依然严重。 在新阶段，随着黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的逐步实施，黄土高原地区水土流失综合治理成为落实黄河流域生态保护和高质量发展的重要内容。 结合国家乡村振兴战略和美丽乡村建设的推进，实施以高标准免管护新型淤地坝为统领的“小流域+”综合治理新模式，可融合水土保持智能监测预警体系、林草植被保护修复、旱作梯田建设、生态宜居美丽乡村建设等，构建沟底、沟坡、沟缘、坡（塬）面立体化水土流失综合治理体系，同时在人口相对聚集的区域强化农业面源和农村生活污染防治，开展农村人居环境整治，发展生态农业，实现山上有林果、坡上有梯田、沟底有坝系、坝上有水有田、村村有产业，打造山青、水美、岸绿、村融、低碳、高效、人与自然和谐相处的生态产业型、生态宜居型、生态旅游型新农村。 依靠政府财政资金积极引导、社会资金持续注入，在流域生态环境保护的基础上，构建生态友好型水土资源利用格局，全面促进农业转型升级和现代农业经营体系构建，依托乡村振兴和美丽乡村建设，进一步充分发挥小流域综合治理的生态、经济和社会效益。