庆阳市董志塬区“20210818”暴雨洪水及损毁调查

张宝琦，刘 斌，刘 展，金天龙，章宝宁，郝玉东，仓周措毛，许小梅，袁 静，刘晓文

(黄河水利委员会 西峰水土保持科学试验站，甘肃 庆阳745000)

随着气候的不断变化，极端暴雨发生频次不断增加，引发洪水灾害，发生严重的水土流失，导致生态环境恶化、基础设施损毁等危害，引起了社会的广泛关注[1-5]。2021年8月18日，庆阳市境内普降大雨，局地出现暴雨，全市平均降雨量36.6 mm。暴雨发生后，调查人员于2021年8月21—25日，前往暴雨影响范围内进行了调查，了解此次暴雨洪水特征及水土保持设施损毁情况，分析水土保持措施在暴雨中产生的防治效果，旨在为科学评价水土保持措施的防治效果提供参考依据。

1 调查区域概况

董志塬地处中纬度地带(东经107°26′52″～107°56′06″，北纬35°14′41″～36°03′26″)，大陆性气候明显，属温带半湿润气候，其特点是冷暖干湿四季分明，冬春长，夏秋短，干旱少雨，蒸发强烈。该区多年平均气温8.4～9.5 ℃，多年平均降水量525～623.2 mm，年内分配不均，大部分集中在7—9月，期间降水量占年降水总量的60%。多年平均蒸发量1 600 mm，全年太阳辐射量为531.5～565.8 kJ/cm2，年积温为2 739.2～3 352.2 ℃，年均日照时数2 446 h。黄河二级支流泾河位于其南部，马莲河、蒲河两大河流坚展两翼，区内多年平均径流量为12.28亿m3，平均年径流深35 mm，径流模数34 470 m3/(km2·a)，其中62.7%的径流集中在7—9月。马莲河年均径流总量4.75亿m3，蒲河年均径流总量2.35亿m3，洪河年均径流总量4 935万m3，四郎河年均径流总量3 902.50万m3。

2 调查结果

2.1 暴雨特征及灾害

2.1.1 暴雨特征

2021年8月18—19日，庆阳市全市范围内出现了一次降雨过程，主要降雨时段出现在18日夜间至19日凌晨。此次降雨在董志塬周边形成两个暴雨中心，分别为镇原县屯字镇闫沟村及庆城县蔡家庙乡政府附近。其中镇原县闫沟主要降雨时段集中在18日22时至19日1时，最大雨强出现在18日23时至19日0时，达86.3 mm/h，图1为此次降雨过程闫沟小时降雨分布情况。

图1 2021年8月18—19日闫沟小时降雨分布

从18日22时至19日12时，镇原县闫沟降雨量200.2 mm，庆城县蔡家庙降雨量150.1 mm，全市累积降雨量超过100 mm的有8站次，超过50 mm的有22站次，超过20 mm的有125站次。根据庆阳市172个雨量站实测数据，绘制出董志塬地区“20210818”降雨量等值线图，详见图2。通过2020年5月高分1号遥感卫星解译(分辨率为2 m)，降雨量为60 mm以上的笼罩面积为2 979.61 km2，占庆阳市此次降雨范围总面积的31.68%。

2.1.2 暴雨灾害

据统计，截至19日12时，本次暴雨造成城关镇、上肖镇、太平镇、屯字镇、开边镇、平泉镇、孟坝镇、方山乡、南川乡、郭原乡、新集镇11个乡镇48个村73个组373户1 037人不同程度受灾，无遇难失踪人员。灾害造成直接经济损失229.45万元，其中：居民家庭财产损失63.4万元，农林牧渔业损失146.05万元，公共基础设施损失20万元。庆城县蔡家庙暴雨中心周边除发生道路损毁、农田水毁外，未造成其他方面重大损失。

图2 董志塬区“20210818”降雨量等值线

2.2 暴雨条件下水沙关系

2.2.1 洪水过程分析

图3为毛家寺水文站8月18日8时至8月20日8时测站流量及含沙量变化曲线，从中可以看出，8月19日1:00开始涨水，含沙量也随之增大，流量增加速率大于含沙量增加速率，2:54流量增加速率减小，持续近3 h后出现洪峰，洪峰流量为195.0 m3/s，之后流量逐渐减小，减小速率逐渐减小。含沙量于8月19日3:06达到峰值附近，持续近8 h，于8月19日11:18达到产沙峰值166 kg/m3，而后逐渐减小。据统计，本次洪水径流量为520.8万m3，输沙量为71.2万t。

图3 “20210818”暴雨条件下毛家寺测站流量、含沙量变化曲线

2.2.2 巴家咀水库拦蓄洪水情况

图4为巴家咀水库水位变化曲线，18日22:00水库水位开始上涨，表明流量已经增加，有洪水入库。通过调查洪水痕迹和参考气象资料进行分析得知，短时间洪水已经汇流入库。19日1:30至3:45由于降雨量减小，水位变化速率减小。19日3:45库水位涨势较快，分析是太白梁站洪水已入库，以及姚新庄降雨持续增加所产生的洪水入库。

图4 “20210818”暴雨条件下巴家咀水库水位变化曲线

2.2.3 南小河沟测站洪水特征分析

根据观测资料，南小河沟流域非治理流域董庄沟小流域8月18日21:31开始降雨，洪峰23:31到达，水位0.45 m，流量0.627 m3/s，8月20日2:00断流。治理沟杨家沟小流域8月18日21:38开始降雨，洪峰8月19日1:10到达，水位0.24 m，流量0.159 m3/s，8月19日18:00断流。相对于非治理流域董庄沟小流域，治理流域杨家沟小流域径流模数和侵蚀模数分别减少了62.12%和80.03%。表1为“20210818”暴雨洪水产流输沙特性统计。

表1 “20210818”暴雨洪水产流输沙特征统计

2.3 暴雨条件下灾害特征分析

2.3.1 径流小区细沟侵蚀

2005年，西峰水保站在南小河沟典型小流域内的湫沟布设了坡度分别为5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°的裸地径流小区各2个，长度和宽度水平投影均为20 m和5 m，进行不同降雨条件下不同坡度径流小区水土流失规律的试验观测。在本次暴雨后，通过对14个不同坡度径流小区冲沟的量测，得到图5。当坡度从5°增加到35°时，细沟侵蚀量变化范围在0～214.36 kg之间，并且细沟总侵蚀量与坡度之间存在显著的线性函数关系，R2=0.71。

图5 “20210818”暴雨条件下不同坡度与细沟总侵蚀量关系

2.3.2 梯田损毁

围绕暴雨中心展开了一系列调查，梯田发生土壤侵蚀的主要原因是梯田无边埂，道路和梯田汇水沿着地垄沟流到地势低洼处，形成冲沟，严重处会形成陷穴穿洞，且当下垫面为覆膜玉米地时，地膜会阻止水分入渗，增加地表径流，加剧无边梗梯田侵蚀。而庆城县蔡家庙乡北岔沟村的梯田在2014年修建，有边梗且设计标准高，无水毁现象。调查梯田详情见表2。

表2 不同区域梯田损毁情况

2.3.3 道路损毁

根据不同降雨区间道路水毁情况统计结果，柏油路和硬化道路发生损毁的最主要原因为道路排水不畅。例如镇原县太平镇柳咀村柏油路面，由于道路两侧排水渠设计过窄，呈矩形，沟道和路面来水汇集到排水渠，对排水渠两侧产生严重侵蚀，最终冲毁路基，造成路面悬空。表3为不同区域道路侵蚀特征。

表3 不同区域道路侵蚀特征

2.3.4 工程措施损毁

针对本次暴雨中心影响范围内的水土保持工程措施(涝池、沟头防护工程和淤地坝)，进行了实际淤积和水毁情况调查，共调查涝池8座、沟头防护工程3座、淤地坝1座。涝池和沟道防护工程均未出现冲毁情况，而淤地坝为两大件，无卧管，水面距离溢洪道底部2 m，坝坡有冲沟，整体比较完整，坝体顶部汇水集中，形成长10 m、宽0.6 m、深0.45 m和长10 m、宽0.25 m、深0.18 m的塌陷各一处，侵蚀量分别为3.65和0.61 t，并且溢洪道与坝体结合部位出现冲沟，产生塌陷。

2.3.5 人为活动

人为活动干扰也会造成土壤侵蚀的发生。本次调查中发现西峰区后官寨镇王铁村村民建庙，对700 m2土地进行平整，但没有采取任何水土保持措施，在这次暴雨过程中造成了较严重的土壤侵蚀。经实地测量，冲沟上部长8 m、宽0.5 m、深0.4 m，侵蚀量为0.72 t，下部长5 m、宽2 m、深1.5 m，侵蚀量为6.75 t，总侵蚀量为7.47 t。庆城县蔡家庙乡有作业油井，井场未做边坡防护，造成冲蚀。

2.4 水土保持效益评价

2.4.1 梯田工程建设

本次调查发现，有边埂的梯田基本没有发生损毁，可以很好地拦蓄径流，使降水全部入渗，而没有边埂的梯田则在暴雨冲刷下出现了滑塌；靠近道路的梯田，由于道路汇水流入梯田后沿着地垄沟汇集到地势较低处，形成了淤积或陷穴。这表明梯田工程实施后，及时配置地埂植物带和田坎植物护坡极为必要。

2.4.2 水土保持措施

本次调查发现，水土保持措施减蚀效果显著。林草植被覆盖度高和配置工程措施的地区(已修建水平阶，种植油松、侧柏，盖度已达85%以上)均未发生较明显的侵蚀现象。涝池和沟头防护工程没有被冲毁，坡面林草植被盖度已达到90%以上，能很好地减少径流侵蚀。调查中发现未布设沟头防护工程的沟头，受暴雨径流的冲刷侵蚀剧烈，如西峰区后官寨镇一处沟头，自1988年以来，在下切及重力侵蚀作用下，沟头大量坍塌，不断前进，至调查时沟头已前进23 m，变宽4.5 m，变深8 m，侵蚀量达372.6 t。

2.4.3 治理流域与非治理流域对比分析

杨家沟和董庄沟为南小河沟中的两条小支沟，位置毗邻。从流域治理角度出发，杨家沟小流域以生物措施为主进行了水土保持治理。与未治理的董庄沟相比，杨家沟小流域的径流模数减少了62.12%，侵蚀模数减少了80.03%，减水减沙效果显著。暴雨过程中两条小流域径流及侵蚀情况见表4。

表4 杨家沟、董庄沟径流及侵蚀特性对比

3 结论与建议

3.1 结 论

(1)在南小河沟径流小区坡面中，当裸地小区坡度从5°增加到35°时，细沟总侵蚀量与坡度之间存在显著的线性函数关系，决定系数为0.71。无边梗梯田和排水不畅的土质道路均发生了不同程度的冲毁。

(2)水土保持植物措施和工程措施在此次暴雨中发挥了重要作用，在有林草措施和工程措施的区域基本没有发生侵蚀。治理流域杨家沟与非治理流域董庄沟相比，前者的径流模数和侵蚀模数分别减少了62.12%和80.03%。

3.2 建 议

(1)加大老旧梯田的维修力度，提高新梯田的设计标准。在此次调查中发现，梯田损毁的主要原因是没有边埂，因此应加强老旧梯田的维修力度，同时加强管理和养护，推广地埂的管理养护技术和经验，以减少地埂破坏。

(2)在此次暴雨中，林草措施和工程措施在控制水土流失等方面中发挥了重要作用。因此，要加强水土保持植物措施和工程措施的推广力度，宣传水土保持措施的重要性，提升水土保持工程管理水平与维护力度，实现建管并重，才能持续发挥其应有的功能。急需构建新时期水土保持管理与维护技术体系，为生态文明建设与区域生态安全保驾护航。