甘肃省淤地坝水资源的利用潜力

吴 晓, 靳 峰, 张 富, 马 瑞, 王玲莉, 沈宏涛

(1.甘肃省兰州水文站， 甘肃 兰州 730000； 2.甘肃省水利厅， 甘肃 兰州 730000； 3.甘肃农业大学 林学院，甘肃 兰州 730070； 4.甘肃中和育生态环境咨询中心， 甘肃 兰州 730030； 5.环县水保局， 甘肃 环县 745700)

黄河流域是中华民族的摇篮，也是一条灾害频繁、难以治理的多沙河流，其输沙量之多、含沙量之高，堪称世界之最，造成历史上“三年两决口，百年一改道”的严重灾害。据统计，1954—1969年黄河年均输沙量达到1.60×109t，其中约有1/4淤积在下游河道，使下游成为“悬河”。而占黄河中游地区总面积23%(7.86×104km2)的多沙粗沙区〔侵蚀强度≥5 000 t/(km2·a)〕产生的泥沙达1.18×109t，占黄河中游输沙量的69.26%，其中产生的粗泥沙(粒径≥0.05 mm)量达3.19×108t，占黄河中游总粗泥沙输沙量的77.2%[1]。因此控制黄河泥沙特别是粗泥沙下泻，是治黄的症结所在。

淤地坝是黄土高原地区人民群众在实践中创造的一项具有显著生态、经济和社会效益的水土保持措施，它既能滞洪拦泥、淤地造田、增产增收，又能巩固退耕还林成果，促进特色产业及田园综合体的发展[2]。1990年后水利部将黄河流域的多沙粗沙区1.92×105km2的水土流失治理列入国家重点规划[1]。2003年水利部将淤地坝建设列入水利工作的三大“亮点工程”之一，编制完成了《黄土高原地区水土保持淤地坝规划》，并开展了大规模的淤地坝建设工作。截至2019年11月，黄土高原地区共建有淤地坝58 776座，其中陕西、山西、甘肃3省分别占57.99%，30.89%，2.72%，其中大型坝5 905座、中型坝12 169座、小型坝40 702座，设计总库容1.10×1010m3，设计拦泥库容7.75×109m3，目前已淤积5.50×109m3，淤积率(拦泥库容占设计拦泥库容的百分数，下同)71.02%。

甘肃省淤地坝建于干旱、半干旱区，水资源匮乏，生产缺水成为制约坝区农牧业发展和农民增收的重要因素。淤地坝是甘肃省水土流失地区控制沟道侵蚀的重要工程措施，20世纪90年代以来，各类坡面治理工程的实施，使黄土丘陵沟壑区的植被盖度显著增加，流域产水产沙量大幅降低[3-7]，致使到了设计淤积年限，淤地坝内泥面高度远低于拦泥坝高[8]。如将剩余拦泥库容在非汛期蓄水发展农业或渔业，则可在很大程度上缓解坝区群众的生产乃至生活用水问题[8-10]。本文对甘肃省淤地坝建设现状与蓄水利用潜力进行分析，以期为今后淤地坝水资源利用及管理提供依据。

1 研究内容与方法

1.1 研究区概况

甘肃省淤地坝建设于黄河流域多沙粗沙区。甘肃黄河流域位于乌鞘岭以东，子午岭以西，秦岭、迭山以北，西北止于青海省、宁夏回族自治区界，介于东经100°45′—108°42′，北纬33°05′—37°37′之间，涉及兰州、定西、天水、平凉、庆阳、白银和临夏7个市(州)54个县(市、区)，土地总面积14.55×104km2，占全省土地总面积的32.1%。黄河流域有黄河干流(含刘家峡库区)、洮河、湟水、泾河、渭河、北洛河6个水系，其特点是流域内不少河道属季节性河流，冬春干涸断流，汛期洪水暴涨陡落，沿岸冲刷严重，水低地高，难以利用，河流含沙量高，输沙量大。据《甘肃省水资源公报》径流泥沙资料，1999年前位于黄河上中游的丘陵山地每年入黄泥沙达5.76×108t，约占黄河(陕县以上)年均输沙量约1/3，占全省年均入黄泥沙量5.79×108t的90%左右。甘肃省多沙粗沙区属于黄土侵蚀亚区(Ⅲ区)的Ⅲ8(马莲河东—华池强度侵蚀小区)、Ⅲ9(马莲河西极强度侵蚀小区)2个小区，面积10 454 km2，占Ⅲ区面积的13.3%，主要分布在泾河水系蒲河(巴家咀以上，925 km2)和西川(庆阳以上，9 529 km2)[11]。甘肃省淤地坝分布情况见图1。

1.2 研究内容

(1) 通过对淤地坝控制面积、总库容、设计拦泥库容、淤积量、水资源利用情况，以及甘肃黄河流域段主要支流径流输沙量等现状数据的整理，分析甘肃省淤地坝水资源利用潜力。

(2) 对不同区域典型淤地坝水资源利用现状、潜力以及发展利用方向进行分析，提出发展利用对策。

1.3 研究方法

课题组于2020年7月下旬至8月上旬，通过现场调研、资料查阅及与地方淤地坝责任人座谈等方式对甘肃省庆阳、平凉、天水、白银、定西、临夏、兰州共7个市州的淤地坝建设及水资源利用现状进行了调研，同时发放淤地坝设计、利用状况调查表。截至2021年6月共收回“市(州)、县(区)淤地坝档案信息卡片(一坝一卡)”表格1 600份，基于GIS10.5软件平台，建立了甘肃省淤地坝水资源利用数据库，对上述2个研究内容的相关指标进行了分析。

2 甘肃省淤地坝现状分析

2.1 淤地坝分布

截至2019年底甘肃省共建成淤地坝1 600座，其中大型坝559座，中型坝452座，小型坝589座。按行政区划，甘肃省淤地坝主要分布在庆阳、定西、平凉、兰州、天水、临夏、白银7个市(州)的36个县(区)，建坝数量位于前10位的县区有环县(327座)、安定区(155座)、镇原县(131座)、庆城县(125座)、华池县(89座)、榆中县(78座)、陇西(65座)、合水县(65座)、庄浪县(63座)、渭源县(61座)，共计建坝1 159座，占全省的72.44%。按流域主要分布在泾河(925座)、渭河(345座)、黄河干流(286座)及洮河流域(44座)，各流域大、中、小型坝的数量及比例详见表1。

表1 甘肃省黄河支流淤地坝建设数量及分布(截至2019年底)

2.2 淤地坝库容分析

如表2所示，全省1 600座淤地坝控制面积4 101 km2，总库容4.82×108m3，设计拦泥库容2.29×108m3，已拦泥库容1.43×108m3，占设计拦泥库容的62.37%，剩余拦泥库容8.62×107m3，占设计拦泥库容的37.63%。从坝型来看，大型坝的控制面积(2 631 km2)、总库容(3.92×108m3)、设计拦泥库容(1.85×108m3)均远大于中型坝和小型坝；大、中、小型坝的已拦泥库容分别为1.16×108，1.89×107，8.47×106m3，分别占全省已拦泥库容的80.86%，13.21%，5.93%，因此大型坝是甘肃省拦泥淤地的主力军。大、中、小型淤地坝的剩余拦泥库容分别为6.93×107，1.34×107，3.58×106m3，分别占全省总剩余拦泥库容的80.34%，15.51%，4.15%，这部分库容可作为今后蓄水利用的潜在库容。

表2 甘肃省淤地坝库容情况(截至2019年底)

从流域分布来看，拦泥数量最大的是泾河流域，占全省总拦泥库容的71.46%；其次是黄河干流和渭河流域，分别占13.91%和12.72%；洮河流域最小，仅为1.91%。今后用于蓄水的潜在库容主要在泾河流域，占总潜在蓄水库容的43.83%，其次是黄河干流，占31.21%、渭河流域和洮河流域分别占21.12%和3.83%。

从各市州淤积坝的淤地情况来看，庆阳市的各项指标均居首位，已拦泥库容占全省已拦泥库容的70.19%，剩余拦泥库容占全省剩余拦泥库容的38.89%，其次是定西市，2项指标值分别为18.55%和33.87%。其余5个市(州)已拦泥库容共计占全省11.25%，剩余拦泥库容共计占全省27.24%。

3 淤地坝水资源利用现状及存在问题

3.1 水资源利用现状

甘肃省建坝区域属于半干旱黄土区，地貌类型为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区。特别是在丘陵沟壑区地表水缺乏，且部分地区水质苦咸，矿化度高，人畜不能直接饮用，也不能用于灌溉。淤地坝通过拦蓄地表径流，增加沟道水资源，使水中硝酸盐、硫酸盐的含量和矿化度大大降低，为农业灌溉、人畜饮用和工矿企业提供合格的水质[12]。据调查，甘肃省约有129座淤地坝存在蓄水利用情况，在提供优质水资源、保障人畜饮水以及农业(植被)灌溉、水产养殖及绿色生态旅游等方面也有巨大潜力。

(1) 发展应急补充灌溉，保障农业生产。利用坝库蓄水解决农村补充灌溉和群众生活用水，是黄土丘陵区广泛采用的保障农村生产生活正常运行的1种蓄水利用模式。据调查，环县共有蓄水淤地坝17座，蓄水总量可达3.88×106m3。其中七里沟坝系建成后，每年可提供有效水资源约1.60×106m3，使中下游120 hm2坝地及川台地变成水浇地，还缓解了附近4个行政村501户，7 000多头(只)羊畜的饮水困难，每户每年节约拉水用工约480个工时，农户饮水受益率达56.4%。此外，环县还利用淤地坝蓄水兴办砖瓦厂6座，生态养殖场5个，年产值超过1.20×107元，解决农村闲散劳动力近1 000人，加快了当地群众的脱贫致富步伐。鸭台沟淤地坝利用蓄水发展高效农业灌溉100 hm2，建成环县首个旱作高效农业示范基地。

庄浪县在堡子沟、庙龙沟等15个较大流域内累计建成淤地坝63座，总库容1.55×107m3，仅2018年1 a的蓄水量可达1.20×107m3。利用淤地坝蓄水，庄浪县建成了3处人饮补水工程，每遇干旱缺水年份，就开闸补充水源；全县依托淤地坝水源建成提灌工程15处，发展梯田灌溉800 hm2。

安定区在其南部建设淤地坝32座，剩余拦泥库容4.70×106m3，全年的可利用的水量为7.05×106m3，平均一个生长期灌溉3次、每次需水量为4 500 m3/hm2，可保灌种植甘蓝347.92 hm2，每1 hm2纯收入1.50×105元，与种植洋芋(地膜马铃薯纯收入2.25×104元/hm2，下同)相比，增加经济收入4.44×107元；在其北部建设淤地坝有59座，剩余拦泥库容7.27×106m3，可保灌种植芹菜161.16 hm2，纯收入1.80×105元/hm2，增加经济收入2.55×107元。

庆阳市环县、平凉市庄浪县和定西市安定区利用死库容复蓄2.06×107m3水用于应急抗旱、农业及果园高效节水灌溉、土地多种经营及经济综合开发、畜禽养殖等农民生产生活，为局部农业农村持续稳定发展起到了保驾护航、增添“稳定剂、助推剂”的作用。

(2) 以水为媒，发展水产养殖及田园综合体。利用坝库蓄水发展水产养殖及田园综合体，是黄土高塬丘陵沟壑区的突出特点，利用的层次和水平，高于丘陵沟壑区。据华池县、泾川县淤地坝水体养殖调查，现拦泥高程与设计拦泥高程差大于2 m时可确保鱼类的成活和生长，通过发展渔业，每座可创收纯收入1.00×105元以上。例如，泾川县田家沟G1大型坝位于田家沟小流域中上游，坝控面积4.89 km2，坝高25.5 m，总库容58.62×104m3，第一放水孔位置在距坝底15 m处，死库容1.52×105m3，死水位处水面面积5.05 hm2。经监测，其水质符合生活饮用水和水产养殖标准。2008年田家沟开始实行个体全方位承包发展养殖业，在人工喂养的情况下年收入达1.50×105元左右，在自然水体养殖的情况下，年收入达5.00×104元左右。另外，淤地坝被承包用于养殖后，承包人常驻养殖点，养殖的同时对淤地坝精心管护，减轻了淤地坝建设部门及所在地村组的管理负担。

平凉市泾川县田家沟小流域坝系流域是淤地坝田园综合化综合开发利用的典型。经过多年坚持不懈地努力，治理程度达到82.6%，实现了“塬面条田林网化、塬坡梯田林果化、沟壑林草郁闭化、沟底库坝川台化、资源开发效益化”的治理格局，已初步形成了功能齐全、结构完整的全方位、多层次的治理开发体系。该流域总面积56.3 km2，共建成淤地坝34座(其中大、中、小型坝分别为9座、12座和13座)，总库容7.51×106m3，其中设计拦泥库容2.26×106m3、滞洪库容5.25×106m3，流域内兴修水平梯田1 397.98 hm2，营造水保防护林855.1 hm2，人工种草42.7 hm2，发展果园经济林17.32 hm2，修建各类拦蓄工程、沟头防护等294处。开展特色养殖，开挖鱼塘5座，饲养黄羊500多只和一些梅花鹿、鸵鸟、孔雀等，种植无公害蔬菜0.67 hm2，引进稀有名木20余种，建苗圃1 hm2，塑造了以地文景观为主，人文景观与休闲娱乐相配套，集科技示范、生态旅游、文化展现、休闲养生为一体的水保生态风景区。成为泾川生态环境建设成果的展示窗口和水保科普宣传教育的基地。2004年7月被中华人民共和国水利部命名为国家水利风景区，2007年3月被水利部命名为全国水土保持科技示范园区。2010年5月被国家旅游总局批准为国家4A级旅游景区，成为陇东黄土高原“生态建设的一面旗”。年均接待游客4.00×104～5.00×104人(次)，年均收入3.00×105元多左右。

定西市安定区根据淤地坝所处的区域环境和基础条件，打造以淤地坝为核心的集循环农业、创意农业、农事体验于一体的田园综合体。 ①以符家川镇的石门水库、新窑沟和杨湾大型坝与周边的李家峡旅游景区为中心，打造集水上乐园、垂钓、餐饮、采摘、滑冰为一体的田园综合体。李家峡景区已初具规模，石门水库、新窑沟也在短期内便可见成效。 ②以定西海旺农业专业合作社自筹资金打造的青岚山乡东坡、史家坪两座中型坝为中心，打造集苹果园、养殖业、房车、餐饮、山坡绿化、交通道路为一体的田园综合体。 ③以杏园乡范围内的淤地坝为中心，结合牛营大山打造集马铃薯花观赏、垂钓、餐饮、采摘、高原草原旅游为一体田园综合体。通过对这3处田园综合体的打造，进一步将淤地坝农业产业与科技示范、旅游、教育、文化、康养等产业深度融合，提升淤地坝的服务功能，吸引都市客源去旅居与休闲，在满足城市人口对休闲及社区的生活向往的同时，有效助推乡村经济、生态环境高质量发展。每个田园综合体年均纯收入约1.00×107元左右，总计收入约3.00×107元。

3.2 水资源利用存在的问题

水资源短缺，是干旱、半干旱区社会经济发展的刚性需求。尽管淤地坝蓄水对库区周边群众的生产生活、特色经济的发展起到了推动作用。群众生产生活和社会经济对水资源有巨大的需求，但是由于淤地坝设计中缺失防渗措施和度汛标准低，以及淤地坝安全度汛管理政策“放管服”改革相对滞后等原因，淤地坝水资源利用受到极大的限制，造成有限、稀缺的水资源利用率不高、蓄水与用水矛盾突出，有的地方在严重干旱时期造成干群关系紧张。

4 淤地坝水资源利用潜力及发展对策

4.1 淤地坝水资源利用潜力分析

(1) 淤地坝蓄水能力及分布。就蓄水利用而言，小型坝由于库容有限，在蓄水方面的潜力不大，本研究不予考虑。调查组共调查了庆阳、平凉、天水和定西市安定区4市(区)的大型坝454座、中型坝327座，占全省大、中型坝总量的77.25%。由调查结果(表3)可知，被调查的781座坝的剩余拦泥库容为7.58×107m3，其中大型坝剩余拦泥库容6.73×107m3，占88.75%；中型坝剩余拦泥库容8.53×106m3，占11.25%。因此大型坝是今后提质增效的主要对象。从淤积年限来看，大型坝在平均设计淤积年限15 a，实际淤积年限17 a后，尚有43.88%的设计拦泥库容可供蓄水利用；中型坝在平均设计淤积年限10 a，实际淤积年限13 a后，还有38.81%的设计拦泥库容可供蓄水利用。这主要是由于坝控区水土保持工程措施和林草措施的大幅度增加引起流域产流产沙量大幅度减少，使得淤地坝的淤积速率降低，服务期限延长，这也为淤地坝的水资源利用提供了巨大空间。

表3 被调查的4市(区)大、中型淤地坝库容调查汇总

(2) 淤地坝蓄水利用方向。对庆阳、平凉、天水和定西市安定区454座大型坝和327座中型坝，共计781座淤地坝进行了水资源利用现状调查。调查数据表明，4个市已利用和有明确蓄水资源利用方向的大型坝有329座，中型坝有256座，共计585座，占调查数量的74.90%。从这些淤地坝的水资源利用方向看，主要用于应急抗旱、农业及果园高效节水灌溉、土地多种经营及经济综合开发、畜禽养殖和淤地坝田园综合开发利用。按照利用性质及难易程度，上述利用方向可划分为三类，即人饮备用水源地、提灌补灌工程水源地和水体养殖水源地。

剩余的125座大型坝和71座中型坝，共196座淤地坝则无明确的水利用方向，占调查数量的25.10%。考虑到剩余拦泥坝高<1 m的大，中型坝的蓄水量有限，不利于利用，这里不做蓄水考虑，则庆阳、平凉、天水和定西4个市目前可用于人饮备用水源地、提灌补灌工程水源地、水体养殖(鱼塘)3类水体养殖的数量共147座，其中，大型坝116座，中型坝31座。考虑坝区农户用水意向，本研究将大、中型坝中剩余拦泥坝高>1 m的淤地坝优先考虑作为发展提灌补灌工程水源地，将剩余拦泥坝高>2 m且蓄水水质为非盐碱水的淤地坝优先考虑作为人饮备用水源地和水体养殖水源地的潜在淤地坝，则147座坝中可用于水体养殖的有96座，主要分布在庆阳市(91座)；可用于提灌补灌工程的37座，主要分布在平凉市(26座)、天水市(4座)、定西市安定区(7座)；可用于人饮备用水源地共14座，主要分布在庆阳市(10座)、平凉市(2座)、定西市安定区(2座)(见表4)。

表4 被调查的4市(区)淤地坝水资源利用潜力调查结果

4.2 发展对策与建议

淤地坝是黄土高原水土流失地区防洪减灾，解决干旱缺水，优化土地利用结构，促进农村经济发展等重要措施[13-14]。特别是在天水、平凉、庆阳市的大部分建坝区域，水质良好，通过死库容蓄水利用，在当地抗旱应急、乡村振兴与高质量发展、群众生产生活用水中发挥了重要作用，具有广泛而且巨大的社会需求。如何科学合理利用大中型坝剩余拦泥库容，蓄水兴利，解决干旱、半干旱黄土区水资源短缺这个刚性需求，对巩固脱贫攻坚成果，推进脱贫地区乡村振兴具有重要的意义。针对制约淤地坝水资源利用方面存在的瓶颈问题，本研究提出以下发展对策与建议。

(1) 从源头抓起，提高新坝的设计建设标准，建设可长期蓄水用水的高标准淤地坝。按照《淤地坝技术规范》(SL/T 804-2020)，借鉴水库坝体防渗设计(如设计防渗心墙等)、结合淤地坝特点，增强坝体迎水坡防渗和坝体排水体设计，增加淤地坝蓄水数量和时间，为淤地坝蓄水用水，提高水资源利用率提供基础条件。

(2) 对具有蓄水用水需求的大中型淤地坝，通过旧坝坝肩及迎水面防渗加固、溢洪道配置闸阀、配套引提灌等措施进行提质改造，保证淤地坝坝体安全、防洪安全及水资源利用的安全性。

(3) 加大对老旧坝坝体稳定性、防汛安全性的研究，对有蓄水用水需求的淤地坝逐坝进行坝体稳定性、防汛安全性的精准评价，建立淤地坝风险管控预警机制，加强淤地坝管护意识、保证淤地坝运用过程中的工程安全、水文安全、管理安全和运行安全，有效化解缺水地区淤地坝蓄水用水与防汛管理矛盾。