平凉市纸坊沟小流域坝系工程效益分析

宋永锋，汝海丽，姚西文

(平凉市水土保持科学研究所，甘肃 平凉 744000)

纸坊沟小流域位于平凉市城南，涉及崆峒镇、峡门乡、柳湖乡3个乡镇的8个行政村，总人口8 798人，流域总面积19.04 km2。流域地形地貌复杂，上游为土石山区，中游为黄土丘陵区，下游为黄土残塬沟壑区。地势南高北低，流域形状系数0.275，最高分水岭处的狼牙山海拔为2 085.00 m，入泾河干流处海拔为1 337.05 m。共有沟道120条，总长57.24 km，其中在八里庙水库以上有东、西2条支沟，东沟长8.38 km，西沟长4.01 km。从东南分水岭到西北主沟道出口，依次分布有黑垆土、草甸土、红黏土、黄绵土、新积土五类土壤。属北温带半干旱大陆性季风气候区，年均气温8.9 ℃，年均降水量516.4 mm，年均蒸发量1 531.6 mm，年均日照时数2 346.8 h，年均无霜期248 d，年均风速1.99 m/s，最大冻土层厚52 cm。主汛期6—9月，平均降水量388.1 mm，占全年降水量的70.7%。

1 坝系概况

纸坊沟小流域土壤侵蚀以水蚀为主，面蚀广泛，局部沟蚀伴有滑坡、泥石流等重力侵蚀[1-2]。流域内山高、坡陡、土松、水急，建坝前每逢暴雨就发生洪水，给下游城区人民的生命和财产安全造成威胁[3]。1954年,纸坊沟小流域被黄河水利委员会选定为重点治理试验区和平凉市区治理洪水灾害的重点区。同年，开始在纸坊沟沟口修建纸坊沟大型土坝，一期坝高24 m，1961—1965年又分3次总共将大坝加高了5.2 m。基于防洪的长远考虑，1966年在纸坊沟水库(一坝)上游4.1 km处修建八里庙水库，1967年夏八里庙大坝(二坝)建成。从1974年起，纸坊沟治理由单坝建设向坝群建设发展，大、小坝并举，主支沟共建，逐步形成坝系。如今，纸坊沟小流域坝系由功能互补、配套齐全、效益突出的大小17座坝组成，包括3座骨干坝，14座小型淤地坝、塘坝。截至2019年底，流域内有267.55 hm2水保林，603.43 hm2梯条田，174 807个水平沟、鱼鳞坑、水簸箕等，580处涝池、水窖，255座沟道谷坊、截水堰，形成了以骨干坝为控制、谷坊及水保林为补充的沟道拦蓄工程防护体系。纸坊沟小流域坝系工程有效遏制了流域水土流失，改善了流域生态环境，保障了下游东城区度汛安全。纸坊沟小流域坝系工程在20世纪60、70年代黄土高原地区小流域沟道治理中具有典型性和代表性，是新中国成立后党带领平凉人民创新治水思路、改善生态环境，治水害、兴水利的最大的民心工程。

2 监测概况

自1955年起，平凉先后设立了纸坊沟水库(一坝)、八里庙水库(二坝)、何家庄、东沟、西沟五个水文观测站，定期对坝系进行大坝位移、沉陷、浸润线、渗流、淤积等方面的观测及全流域径流泥沙观测。2010年建立了纸坊沟水蚀监测点。近年来，为实现纸坊沟流域水文自动化监测，加强了纸坊沟小流域水文观测基础设施建设和自动化监测仪器的购置安装。至今，纸坊沟小流域已经积累了60多年的水文气象资料，汇编出版了《1955—1982年黄河中游泾河纸坊沟流域水土保持径流泥沙整编成果》《1983—2004年黄河中游泾河纸坊沟流域水土保持径流泥沙整编成果》，并在此基础上完成了“纸坊沟流域径流泥沙观测资料成果整编及水土资源高效开发利用模式研究”“平凉市纸坊沟流域水沙特性及水土流失特点研究”两个课题。

3 坝系工程效益分析

3.1 生态效益

纸坊沟水库前期蓄水9年，八里庙水库前期蓄水4年，大拐沟、小拐沟、高庄坝至今仍在蓄水，现蓄水5.63万m3。蓄水对美化环境、增加空气湿度、改变小气候、减少下游河道冲刷、促进周围植物生长等效益显著。坝系可增加入渗水量，这些入渗水量既能补给下游城区地下水源，又能提高两岸沟坡土壤含水量，有利于作物生长。

截至2019年底，10多座水库、淤地坝群年均拦泥量5.21万t，滞洪拦泥库容 269.67万m3，减少了下游河流、渠道和水库的淤积，有利于排洪泄洪。坝系建设抬高了河床、谷坡的侵蚀基点，遏制了库区的冲刷和面蚀，研究表明，梯坝地可削减径流[4-5]。据测算，建坝前流域土壤侵蚀模数为8 245 t/(km2·a)，2019年土壤侵蚀模数为4 500 t/(km2·a)，年均减少沟蚀46 340 t；建坝前主沟道每年冲刷下切0.25～0.40 m，建坝后(1988年)有9.75 km的主沟道停止了冲刷和扩张，水土流失面积减少44 hm2[6];截至2019年底，流域水土流失治理面积达到14.79 km2，流域水土流失治理度由20世纪50年代的11.92%提高到76.2%，流域生态环境趋向良性发展。

3.2 经济效益

纸坊沟小流域17座淤地坝和塘坝，除有3座塘坝仍在蓄水外，其余14座坝已淤积成坝地，原来迂回曲折的沟道变成宽、平、缓的沟坝地，截至2019年底，流域内共有沟坝地54 hm2。淤成的沟坝地除增加耕地面积外，还提高了地力。据测定，沟坝地有机质含量较一般沟地高，速效磷含量达12.84 mg/kg、速效钾含量达75.14 mg/kg，是旱涝保收的基本农田。纸坊沟水库以下至沟口的两岸城区，因河道逐年淤积，增加土地面积5.3 hm2，现已全部用于建设工厂和居民点。

淤地坝建设及坝地淤积使坝地两面沟坡上的梯田种植作物的适宜性提高，农产品种类也随之增加，产量大幅度提高，农民生活水平也大幅提升[7]。1964年以来，沟坝地陆续种植利用，逐步投入农林牧业生产，提高了流域内粮食、油料、水果、蔬菜产量和牲畜出栏率，既解决了流域内群众温饱，又增加了经济收入。目前，流域内部分农户依托区位优势，开展坝地多元化种植，发展庭院经济，截至2019年底，已建葡萄园 12.5 hm2、桃园 8.2 hm2、苹果园7.4 hm2，坝地年产值达到898.26万元。

另外，上游坝系拦蓄了水沙、分散了洪水、减轻了洪水危害的同时，还减轻了下游河道治理和配套设施建设的压力。纸坊沟下游排洪渠通过市区，按城防要求应按50年一遇洪水设计，100～200年一遇洪水校核，纸坊沟小流域建坝系后，经过滞洪调节，使纸坊沟流域50年一遇的洪峰流量由161.28 m3/s减小到30 m3/s，200年一遇的洪峰流量由376.55 m3/s减小到152.00 m3/s，大大减小了过水断面，减少了下游河道治理工程量，节约了资金。由于纸坊沟小流域坝系的滞洪削峰作用，排洪渠上桥梁的设计规模降低，桥长由40 m缩减到20 m，双跨变为单跨，节省了人力、物力、财力。

3.3 社会效益

历史上由于严重的水土流失，纸坊沟是危害平凉城区安全的最大害沟。据府志记载，“明嘉靖六年(1527年)六月，大雨、雷、昼晦，浚谷(今纸坊沟)水暴涨，坏东廓(今中山桥东)、自新街、太平桥、儒学、税务厢等，东及组谷(今水桥沟)，楼观、室、屋皆漂没，垫士女工贾以万计，或漂至西安之泾阳，高陵交口，得其赀货尸。”[6]此段府志证实了1527年洪水曾淹没半个平凉城，此后历代地方官视在南河道(今纸坊沟经城区段)筑城御水为德政。然洪水危害仍不止，据史料统计，清道光年间，洪水暴发一次就致死100余人；1947年7月洪水冲走数百人，死亡13人，冲倒房屋无数，损失惨重[6]。

根据《平凉地区水利志》记载，新中国成立以来，平凉地区共有两次特大暴雨，一次为1957年7月24日50年一遇的大暴雨，一次为1996年7月26日100年一遇的特大暴雨，其余年份暴雨强度相对较小。其中，1957年7月24日大暴雨，7 h降雨122 mm，最大降雨强度2 mm/min，洪峰流量达到158 m3/s，纸坊沟水库坝前水深20.6 m，泄水洞、溢洪道全闸泄洪，刚修建的一坝经受住了大暴雨的考验，水库储蓄了大量的雨水径流，大坝拦减了下泄洪量，下游无经济损失；1996年7月26日特大暴雨，10 h降雨153.3 mm，最大降雨强度2 mm/min，平凉城区部分地段遭受洪水侵袭，倒塌房屋345间，冲毁公路和城市基础设施多处，直接经济损失达4 800余万元，但由于纸坊沟小流域坝系的滞洪削峰作用，没有对下游造成灾害。虽遭受两次特大暴雨，但无人员伤亡，有效地保证了平凉城区人民群众的生命安全。纸坊沟是一条害沟的印象已在平凉市人民记忆中消失，这方面的社会效益是不可估量的。

纸坊沟小流域内过去交通极为不便，通行道路为羊肠小路，除人担畜驮外，车辆根本无法通行，严重影响了当地经济的发展。坝群建成后，许多阻隔交通的大小沟壑由坝体将两岸连通，汽车、拖拉机畅行无阻，至2019年底，流域内已建连村景观路12 km、连户路31 km、连城路4 km，内外交通极为方便。

4 结 语

纸坊沟小流域坝群防御体系运行了60多年，达到了原设计防洪拦泥的目的，是一项防治洪水灾害、保障平凉东城区10万余人生命财产安全、有利于当地城乡建设的小流域综合治理工程。近年来，平凉市多方筹措资金，实施了水库除险加固工程、山洪沟道治理工程、人畜饮水工程、以坝代路工程等，保障了平凉东城区防洪安全，促进了地方经济发展，对实施黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略具有一定的借鉴意义。