韩家庄水库小流域水土流失治理实践

李峪刘尧

(1.青岛青咨工程咨询有限公司，山东 青岛 266100；2.青岛空间信息技术系统性应用研究院，山东 青岛 266000)

保护水资源、建设良好生态环境是青岛市黄岛区水土保持工作的奋斗目标，是构筑以水源保护为中心的三道防线，建设生态清洁型小流域的必然要求[1]。根据《青岛市“十四五”水资源配置发展规划》和《青岛市水土保持规划(2016—2030年)》确定的水土保持工作目标，按照“山、水、田、林、湖、草、沙”综合治理的原则[2]，以小流域为单元，开展韩家庄水库小流域水土流失治理，有效减少了水库淤积，保障了供水水质。为给韩家庄水库和类似库区今后的水土流失治理提供借鉴和参考。

1 流域自然条件

1.1 流域概况

韩家庄水库位于黄岛区大村镇韩家庄村北，坝址座落在大村镇驻地以西3km的白马河中游支流狭窄处。水库为小(1)型水库，总库容800.82万m3，兴利库容为524.69万m3。大坝坝顶高程63.40m，兴利水位60.10m，死水位51.0m，放水洞进口底高程51.0m，出口底高程50.40m。工程等别为Ⅳ等，其主要建筑物大坝、溢洪道、放水洞为4级建筑物，洪水标准为五十年一遇洪水设计，三百年一遇洪水校核。韩家庄水库小流域面积15.10km2，流域形状呈长条形，平均宽3km，平均长4.2km。流域内地形四周高，中心低，最高海拔265.8m，最低57.7m，相对高差208.1m。

1.2 气候条件

韩家庄水库地处温带半湿润大陆性季风气候区，四季分明，温度适宜，光照充足，无霜期长，昼夜温差明显。年平均气温12.7℃，最高平均气温18.2℃，多年平均无霜期196d，多年平均年日照时数为2703h，大于8级大风的日数多年平均为16次，多年平均干燥度为0.98℃，多年平均辐射量为127kcal·cm-2，多年平均湿度为70%。

韩家庄水库小流域属雨源型河流，洪水完全由暴雨形成，因而多发于7月、8月。由于流域属山丘区，坡陡流急，一般洪水洪峰滞时1～2h，洪水历时一般20h左右，洪峰形状为尖瘦状。

1.3 地形地貌

韩家庄水库小流域属低山丘陵区，流域内山峦起伏，沟壑纵横，地势四周高，中心低，海拔多在50～300m，地面坡度多在10°～20°。根据地貌形态特征，流域分裸岩地、岭地、平地3个地貌特征。流域总面积15.10km2，其中裸岩地面积0.43km2，占总面积的2.85%；岭地面积11.85km2，占总面积的78.48%；平地面积2.82km2，占总面积的18.67%。

1.4 土壤与植被

韩家庄水库小流域主要土壤类型主要为棕壤土类。山体和近山处以土层为主，偶有岩石出露，土层厚度小于5m。流域属于暖温带湿润落叶阔叶林生物气候区，植被类型多样，植被资源丰富。坡麓地分布有板栗、桃、樱桃等经济果树；山坡分布有针叶林、阔叶林、灌丛、灌草丛等，针叶林包括黑松、杨树等；阔叶林包括刺槐等；灌丛包括胡枝子灌丛、杜鹃灌丛、山茶灌丛、紫穗槐灌丛、荆条-酸枣-黄背草灌草丛等。目前，流域内植被覆盖率达到68.69%。

2 水土流失概况

2.1 水土流失现状

韩家庄水库小流域地处胶东半岛西南部，是典型的沿海低山丘陵地区，土壤侵蚀强烈，地貌发育相当活跃。侵蚀方式以水蚀为主，重力侵蚀次之，其他风力侵蚀、冻融侵蚀相伴发生。在水力侵蚀中，主要以面蚀、点蚀为主，其次是沟蚀。面蚀、点蚀主要分布在流域内的坡耕地、疏林地和全垦农用地上；沟蚀主要分布在荒山荒丘、沟道、沟头或土质疏松的荒滩处。重力侵蚀多发生在失去植被的陡坡及公路、沟河两侧的悬崖处。

整个流域内，除去居民、工矿等用地以外的土地面积为1424hm2。根据资源三号卫星遥感影像解译和模型计算结果，微度侵蚀面积1167hm2，占总面积81.96%；轻度侵蚀111hm2，占总面积7.76%；中度侵蚀79hm2，占总面积5.56%；强烈、极强烈和剧烈侵蚀67hm2，占总面积的4.72%。

针对现有的水土流失问题，从源头控制人为水土流失和以自然恢复为主的治理思路，作为水土流失未来的防治方向，严格管制生产建设项目和活动，禁止过度采伐、无序采矿和开垦草地等行为，注重林草补植和生态修复，辅以综合治理，构筑生态屏障。

2.2 水土流失因素分析

根据该区的气候条件和地形地貌，水土流失形式主要水力侵蚀，在地势起伏变化较大区域有少量重力侵蚀。

2.2.1 降雨集中

降雨侵蚀力是水力侵蚀的主要动力，黄岛区属于温带季风气候区，具有明显的海洋特征。年际降水量变化明显，年内分配不均匀，降雨量大多集中在每年的7—9月；而汛期降水量又往往集中在几次暴雨中，受台风影响，短时暴雨强度较大，在降雨及径流的作用下，松散的土层被侵蚀、切割，发育成浅沟、冲沟等，径流携带泥沙蔓延冲积。

2.2.2 地形变化大

项目区地势起伏较大，地形标高在57.7～265.8m，流域内峰峦突出，沟壑纵横，局部岩石裸露，造成了极易侵蚀的地形条件，施工过程中挖土、填筑等加剧了水土流失，因此地形因素是造成水土流失的主要原因。水库北岸线是山岭地，由于多年的开荒，树木植被稀少，区域内小块状耕地繁多，地表破碎，沟壑纵横，坡面较陡。

2.2.3 人为因素

施工过程中的弃土、弃渣，生产过程中的废料、垃圾等破坏了环境，直接造成了水土流失。特别是近些年来，水库没有达到兴利水位，周边居民滚边赖界，乱挖乱填现象严重，影响了水库效益的发挥。

2.3 水土流失危害

流域内存在较为严重的水土流失现象，这不仅制约着当地生态、经济的发展，也影响到下游河道行洪的安全。主要表现：地力减退，水土流失使表层土壤流失，造成部分土地资源被损毁，土地生产力下降；危害水利设施，缩短了工程使用寿命，造成河道淤积，影响河道行洪安全；沟谷径流的泥沙含量的增加，加快了塘堰、拦砂坝和水库的淤积。

由于多年以来雨水的冲刷，流域内的水流携带大量泥砂和有机物质冲入水库内，造成库区内淤积严重，总库容量急剧减少。在枯水期，岸边大片淤积库底裸露在外，杂草丛生，变成沼泽地，存在很大安全隐患。

3 水土保持治理措施

根据《水土保持综合治理技术规范》(GB/T 16453-2008)的有关规定，结合韩家庄水库小流域的实际情况，采取“整建梯田、筑坝拦砂、育林种草”总体布局，对小流域各区域因地制宜、因害设防布设防治措施，对缓坡地区水土流失问题通过增加坡改梯工程加以解决，对韩家庄水库库区淤积通过修建拦砂坝的方式解决，对陡坡地区水土流失问题通过种植水保林和林草补植加以解决，达到有水能蓄、层次鲜明、人水和谐的小流域综合治理体系。

3.1 梯田工程

田块布设需顺山坡地形，大弯就势，小弯取直。对少数地形有波状起伏的，应顺总的地势呈扇形，区内梯田埂线亦随之略有弧度，不要求一律成直线。在流域内山脚缓坡地带，通过新筑土坎水平梯田进行经济作物种植。

3.1.1 田坎

梯田田坎采用土质边坡结构，边坡外铺设草皮绿化。梯田田梗宽度0.5m，田梗高度0.3m，外坡1∶1，内坡1∶1。田坎坡比1∶1，田坎高度H=1m，田坎高出田面0.3m(含田梗)，代入数值计算确定田面净宽10.12m，取B=10.00m，实际田面净宽根据现场地形情况可做适当调整。

3.1.2 排水沟

梯田排水沟采用梯形土质边坡断面，表面铺设草皮护坡，底宽0.4m，深0.3m，设计断面积A=0.21m2，带入数值计算Q=0.075m3·s-1，可以满足设计频率最大径流量Qm=0.058m3·s-1。排水沟按0.1%m/m的纵比降布设，沟内积水通过现状山洪沟排出。

3.2 拦砂坝工程

3.2.1 拦砂坝

拦砂坝采用M15浆砌石重力坝形式，坝长分别长8.5m、10.5m、6m。拦砂坝1、3坝顶宽0.4m，坝高1m，采用折线型实用堰溢流，基础采用M15浆砌石结构，深0.8m；拦砂坝2坝顶宽4m，坝高1.5m，采用宽顶堰溢流，基础采用M15浆砌石结构，深1.0m，并于大坝中间设5根DN300自应力砼输水管，间隔为1m，坝上下游侧每隔3m设1座警示桩，警示桩高0.8m。上游垂直，下游坝坡坡比1∶1。

3.2.2 消力池

根据构造要求和工程地质现状，取拦砂坝坝体下游消力池护坦厚度0.4m。消力池长度取7m，池深取0.5m，设3排Φ50PVC排水管。消力池采用M15浆砌石结构，排水管横向间距2m，纵向间距1m，呈梅花状布置，采用级配碎石垫层反滤，消力池后接抛石防冲槽。

3.2.3 护岸

拦砂坝1上下游共新建两岸挡墙13.6m。挡墙采用M15浆砌石重力式结构，墙高2.3m，顶宽0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；挡墙基础深0.8m，挡墙每隔10m设1道伸缩缝，缝宽20mm，缝内填闭孔泡沫板；墙后设单层Φ50PVC排水管，采用碎石料反滤，纵向间距1.5m，横向间距3m，呈梅花型错开布置。拦砂坝2上下游共新建两岸挡墙护岸17.8m。挡墙采用M15浆砌石重力式结构，铺盖范围内挡墙墙高1.5m，坝体及消力池范围内挡墙墙高2m，顶宽0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；挡墙基础深0.8m，挡墙每隔10m设1道伸缩缝，缝宽20mm，缝内填闭孔泡沫板；墙后设单层Φ50PVC排水管，采用碎石料反滤，横向间距3m。挡墙两侧一定范围内设C30素混凝土路面与两侧泥结碎石路面搭接。拦砂坝3上下游共新建两岸挡墙13.6m。挡墙采用M15浆砌石重力式结构，墙高3.0m，顶宽0.5m，迎水坡直立，背水坡坡比1∶0.4；挡墙基础深0.8m，挡墙每隔10m设1道伸缩缝，缝宽20mm，缝内填闭孔泡沫板；墙后设双层Φ50PVC排水管，采用碎石料反滤，纵向间距1.5m，横向间距3m，呈梅花型错开布置。

3.3 经果林

根据小流域的自然气候类型和适宜立地条件类型，选用优良品种种植经济林果，种植面积共29.13hm2，其中，桃树种植面积5hm2；车厘子种植面积3.33hm2；猕猴桃种植面积6.67hm2；葡萄种植面积2.13hm2；杜仲树种植面积9.33hm2；林下牡丹种植面积12hm2(含杜仲树下9.33hm2)。

3.4 水保林

韩家庄水库小流域水土流失治理水保林区域采用雪松和白皮松纯林种植，共18hm2。其中，种植胸径1.5cm的雪松10hm2；种植胸径1.5cm的白皮松8hm2，根据项目区不同位置的实际情况按上述原则合理种植。对韩家庄水库周边农田增加“减肥、减药”措施，逐步实现“退耕”，然后逐步实现以水保林替代农田，保障水库水质。

3.5 林草补植

流域内对15°以上现状植被进行林草补植。根据国家和地方政府的有关规定，制定村规民约，并行文公告，做到家喻户晓，人人自觉遵守，禁止人畜破坏，确保林草补植区域内植被能迅速得到恢复。其中，雪松补植前造林密度为3株·667m-2，补植后造林密度达到78株·667m-2，共补植2hm2；欧洲红栎补植前造林密度为65株·667m-2，补植后造林密度达到124株·667m-2，共补植11.33hm2；侧柏树补植前造林密度为9株·667m-2，补植后造林密度达到22株·667m-2，共补植3hm2；播撒草籽区域播撒前基本为荒地，零星有小部分植被，本次共播撒草籽1.0460hm2。

4 效益分析

4.1 经济效益

韩家庄水库小流域水土流失治理可以有效拦截泥砂，减少水土流失，减少水库淤积，涵养当地水源，为调整当地农业产业结构发展创造可观的经济效益。盘活大片林地固定资产，向山地要产生，向林业要收入，积极发展林上、林间、林下经济，将林场产业效益最大化，同时开展生态旅游、采摘、休闲度假、文化、静修等项目，带动周边一系列配套服务业的发展，招商引资，促进就业，经济增长，提高税收等，经济效益显著。

4.2 社会效益

流域内主要支沟进行水土保持综合体系防治，保障了下游水库和周边居民的安全，对当地经济社会的持续发展具有积极意义[3]。通过韩家庄水库小流域水土流失治理，优化调整了流域内土地利用结构和农村生产结构，使人口、资源、环境与经济发展走向良性循环，增加了当地农民收入，创造了可观的经济效益。逐步完善流域内各项基础设施建设，拦砂坝、沟道护岸、梯田、植物措施等可以产生良好的减沙、防洪效益，涵养当地水源，保护下游水库和村庄安全。

4.3 生态效益

小流域治理措施的合理布设，构建了有效的综合防治体系，水土资源得到合理利用，蓄水保土能力增强，水土流失得到基本控制[4]。治理后森林面积的增加和小流域治理工程的有效拦蓄作用，改善了区域水源条件，同时随着林木郁闭度和林草覆盖率逐步提高，森林蒸腾作用的发挥，区域小气候将得到逐步改善，促进生态环境的良性运转和生物多样性的发展。水源区水质将得到明显改善。