水土保持措施对汾河水库泥沙淤积的影响

张建国，赵兴安

（1.山西水利职业技术学院，山西 运城 044004；2.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475001）

0 引言

汾河发源于山西省宁武县管涔山宋家崖，是黄河流域第二大支流，山西省第一大河，其流域面积39 471 km2，占全省面积的25%。 汾河上游段为源头至古交山峡出口的兰村处，河道长217 km，河道比降7‰，流域面积7 750 km2，占整个流域面积的19.6%。 汾河水库位于汾河干流上游段娄烦县下石家庄村，距发源地雷鸣寺122km，距省城太原83 km，是汾河第一座综合利用的大型水利枢纽，也是山西省目前最大的水库。 水库控制流域面积5 268 km2，河网密度为0.35 km/km2， 沟壑密度为5～8 km/km2，沟道纵坡为4.5‰。 流域内较大支流有岚河、碾河、鸣水河、涧河等。

汾河水库上游属温带半干旱大陆性季风气候，春季干旱缺水，夏季短暂、热量不足，秋季低温、霜冻早临，冬季漫长、严寒少雪。 该区多年平均蒸发量为1 812.6 mm；无霜期110～150 d；多年平均降水量为494.2 mm，汛期6～9 月份降水量为全年的75.1%，其中7、8 月份最大，占全年降水量的47.6 %；多年平均来水量3.74×108 m3，汛期来水量占全年来水量的53%；多年平均来沙量1.16×107t，汛期来沙量占全年来沙量的94%[1～2]。

1 汾河水库以上流域水土流失及治理情况

1.1 汾河水库以上流域水土流失情况

汾河从发源地到流入水库，地形破碎、沟壑纵横、坡陡沟深，地面坡度7°～35°的面积占63.2%。 根据地面物质组成及侵蚀特征，该区地貌可分为黄土丘陵沟壑区、土石山区和河谷阶地区3 种类型。流域内，年土壤侵蚀总量为2.37×107t，年均侵蚀模数为4 495 t/km2，年土壤侵蚀模数大于允许值500 t/km2的流域面积为3 688 km2，占控制流域面积的70%。

该流域黄土丘陵沟壑区面积为1 918 km2，占总面积的36.4%，年土壤侵蚀模数为10 820 t/km2，年均侵蚀量为2.08×107t，占控制流域年侵蚀量的87.7%，是水土流失严重地区，即汾河泥沙的主要来源区。土石山区面积为3 061 km2, 占控制流域总面积的58.1%；年土壤侵蚀模数为924 t/km2，年均侵蚀量为2.83×106t，占控制流域年侵蚀量的11.9%。河川阶地面积为289 km2, 占控制流域总面积的5.5%；年土壤侵蚀模数为339 t/km2，年均侵蚀量9.80×104t，占控制流域年侵蚀量的0.4%。

1.2 汾河水库上游流域水土流失治理情况

1988 年以来，在汾河水库上游水土保持总体规划指导下，按照因地制宜的原则，以县乡为依托、以村户为基础、以小流域为单元、以多沙区为重点，对汾河水库上游进行了大规模的水土流失治理。 到2008 年，进行了两期水土流失综合治理，共计完成治理面积1 691km2。其中：建设基本农田382.78 km2，建设淤地坝118 座，控制流域面积787 km2，修梯田303.41 km2，完成河道整治69 km，完成植被建设1 319.33 km2（营 造 水 土 保 持 林1091.22 km2，种 草60.92 km2，栽经济林89.4 km2，封山育林77.79 km2），形成了有效的水土保持综合防治体系， 大大减少了入库泥沙量，取得了显著的生态、经济和社会效益[3]。

2 水土保持措施对水库泥沙淤积的影响

2.1 1962～2008 水库淤积量变化分析

汾河水库于1958 年7 月动工修建，1961 年正式投入使用。 设计库容为7.21×108m3，其中调洪库容1.18×108m3，兴利库容2.40×108m3。汾河水库作为根治黄河淤积和下游防洪减灾的骨干性工程， 投入运行47 年来， 防洪减灾效益50 余亿元， 累计供水140 亿m3，供水效益近70 亿元。但水库建成后，由于大量泥沙淤积，造成库容迅速减少。 到2008 年，总淤积库容已达到3.76×108m3， 占总库容的52.1%。1962～2008 年汾河水库淤积量变化过程如图1 所示。

图1 汾河水库1962-2008 年淤积量变化过程Fig.1 Sediment volume changes of Fen river reservoir in 1962～2008

由图1 可见，水库淤积量有6 个明显峰期，即1967、1974、1978、1982、1988 和1996 年。 其中，1967年淤积量最大，为4.99×107m3。 随着时间推移，累计淤积量增加缓慢，特别是20 世纪90 年代以后，出现的峰值仅有1 次(1996 年)，为1.15×107m3。 这说明，自20 世纪90 年代以后， 进入汾河水库的泥沙量大大减少。 从图1 还可以看出，淤积随时间推移呈现下降趋势。 1962～1984 年的23 年间，汾河水库的累计淤积量为3.06×108m3， 占总淤积量的81.4%；而1985～2008 年的24 年间，累计淤积量为0.70×108m3，仅占总淤积量的18.6%。

2.2 淤积量与水土保持的关系

水库淤积是水库所控制流域自然因素和人为因素引起水土流失综合作用的结果。它不仅受降雨，特别是暴雨时空分布的影响，而且也受人类活动，尤其是水土保持拦蓄作用的影响。

汾河水库淤积随时间推移呈现下降趋势。这虽然有降水量及来水量减少因素的影响，但汾河上游各项水土保持项目的实施也起到了显著作用。 根据人类活动对汾河水库淤积影响及水土保持措施分步实施的阶段，将分析时段划分为3 个时段：1962～1987年（水土保持前期）、1988～1997 年（水土保持一期）和1998～2008（水土保持二期）。 选取汛期降水量与治理期相同或相近的时段进行对比分析，可以看出水土保持措施对水库淤积的影响（如表1 所示）。 从表1 可以看出：1988～1997 年（治理一期）的年均降水量、汛期降水量与1962～1987 年相近，而年淤积量分别为5.00×106m3和1.20×107m3， 减少率达到58.3%，汛期来水量减少22.9%。 1998~2008 年的年降水量和汛期的降水量与1962~1987 年大体相同，而年淤积量分别为1.00×106m3和1.20×107m3，减少率达到91.7%，汛期来水量减少65.4%。 因此，水土保持措施的实施，使入库水量和淤积量明显减少，且水库的淤积量减少明显于来水量的减少， 说明上游水土保持措施起到了拦水拦沙的作用[4～5]。

表2 水土保持措施对汾河水库淤积影响的定量分析Table 2 Quantitative analysis of effect of soil and water conservation measure to Fen river reservoir sediment

3 结语

水土资源是人类生存和发展的重要物质基础，水土保持对于保护水土资源、减少水库淤积和改善生态环境具有重要作用。 对汾河水库1962~2008 年淤积量变化及人为影响因素（即水土保持效果）的分析表明，水库约94%的来沙量来自汛期，汛期的降水量及来水量是造成水库淤积的主要原因。 但水库淤积量总体呈减小趋势，减小幅度最明显的是1998年以后。 这说明汾河上游水土保持项目的实施发挥了显著作用[6]。

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[5] 杜向润. 从汾河水库上游泥沙淤积变化看上游水保治理成效[J]. 山西水利科技，2002，（4）:74-75.

[6] 张显双，李秋梅，李红蕊，等. 水土保持是水土资源可持续利用的基础[J]. 水土保持研究，2007，14（6）:79-80.