宁夏红寺堡移民开发区土壤侵蚀监测与评价

张勋瑞，董平章，于子江，梁军泰，刘月红，顾军虎

(1.宁夏清溪水土保持技术服务中心，宁夏银川750001;2.隆德县水务局，宁夏隆德756300)

宁夏红寺堡移民开发区位于宁夏回族自治区中部的干旱草原区，地理位置介于东经 105°45'—106°30'、北纬 37°10'—37°39'之间，海拔1 240—1 450 m，土地总面积 881 km2，行政区域涉及红寺堡镇、太阳山镇和大河乡、南川乡2镇2乡。开发区于1997年5月11日奠基开工，2005年10月18日水利工程建成试通水，2007年11月30日土地开发与水利工程通过自治区政府组织的联合验收，监测工作于2000年5月开始至2010年12月结束。

1 开发区自然状况与项目建设概况

1.1 自然状况

红寺堡移民开发区地处温带大陆性季风气候区，年均气温8.4℃，年均降水量188.7 mm，7—9月降水量占61.8%，年水面蒸发量1 500 mm，全年日照时数3 036.4 h，无霜期140～170 d，年大风日数31 d，最大风速38 m/s;主要气象灾害有干旱、沙暴、霜冻、冰雹等。土壤主要为灰钙土和淡灰钙土;植被类型为干旱风沙荒漠草原植被，开发前平均植被覆盖度为15%。

1.2 项目建设概况

红寺堡移民开发区开发利用面积681 km2，灌溉净面积5万hm2，灌区控制高程1 450 m，设计引水流量25 m3/s，累计净扬程266.35 m，总装机容量10.16万kW，年引水量3.04亿m3，水源取之于宁夏中宁县黄河干流。水利工程建设的主要内容有:主、支级泵站14座，扬水干渠5条长97 km，支干渠9条长181.42 km;各类水工建筑物580座，金属结构安装10 826.13 t;布置斗渠1 817条长948 km、农渠5 545条长2 291 km;动用土石方5 477.62万m3，总投资36.69亿元。项目建成后，安置宁夏“西海固”山区8县移民31万人，人均有水地0.1 hm2，建设114个中心村，建设公路195.2 km、乡村道路3 205.88 km。规划灌区农业种植用地占80%，农田防护林及经济林等用地占20%。

1.3 开发建设引起的水土流失问题

项目开发面积占开发区总面积的77.3%。开发中水利、移民、整地、道路和供电设施等建设扰动面积大、强度高，使地表原有的结皮和植被遭到破坏，土地裸露，加大了区内水土流失;由于项目区以风蚀为主，工程开挖和堆弃改变了微地形，造成松散碎屑物大量存在，加大了风蚀，使原有的土壤侵蚀模数2 600 t/(km2·a)﹝其中水蚀600 t/(km2·a)，风蚀2 000 t/(km2·a)﹞成倍增加。

2 防治责任范围及防治措施布局

2.1 防治责任及监测范围

由宁夏水利厅2000年3月批准的水土保持方案中确定的水土流失防治责任范围总面积681 km2，其中建设区面积365 km2，包括土地整治直接影响区面积316 km2。本项目监测区面积为365 km2。

2.2 水土保持防治措施完成及布局情况

2.2.1 工程措施

按照防治分区，工程措施可分为水源区、灌区、供电工程区、移民工程区，各类工程措施完成情况见表1。

表1 监测区各类工程措施完成情况

2.2.2 植物措施

在完成的水土保持植物措施中，造林成活率为87%，种草成活率为95%，建设区林草覆盖率为23.1%。植物措施完成情况见表2。

表2 监测区植物措施完成情况

2.2.3 临时措施

临时措施主要采取了洒水、彩钢板拦挡措施和施工场地及道路镇压覆沙措施。

3 土壤侵蚀监测方法

3.1 监测点布设

根据批复的水土保持方案，针对主体工程建设的内容和特点，开展的监测面积为365 km2，其水土流失监测点总体布局见表3。

表3 监测区水土流失监测点总体布局 个

3.2 监测方法

3.2.1 土壤流失监测

采取地面监测、调查监测和巡查监测相结合的方法进行土壤流失监测。面积监测主要利用GPS进行定位控制，土壤流失量采取径流小区、风蚀小区、卡口径流站法和侵蚀沟量测法进行监测。

(1)径流小区法。针对已经扰动的开挖面和堆填坡面修建径流观测小区;侵蚀背景值监测选择在坡耕地、草地布设径流小区，坡度取灌区原地面坡度的平均值。径流小区长20 m、宽5 m，面积100 m2。

(2)风蚀小区法。小区长20 m、宽10 m，面积200 m2。

(3)控制断面卡口径流站法。根据沟道水位观测结果和三角量水堰计算流量，三角量水堰设计按有关技术手册进行。

(4)点工程和线工程土壤流失调查法。水力侵蚀土壤流失量采用侵蚀沟样方测量法;风力侵蚀土壤流失量选择插钎法，其计算式为

式中:A为土壤流失量，t;Z为土壤侵蚀深度，mm;S为侵蚀面积，m2;γ 为土壤容重，t/m3;φ 为坡度，(°)。

3.2.2 环境变化监测

工程建设引起的地形地貌、植被、水流等变化情况，占用、扰动土地面积，工程挖填方数量、弃土弃渣数量等，采用先从设计图纸、主体工程报告中寻找，然后到实地落实其数量及变化的办法。监测中，如灌区水地改造填埋了部分小侵蚀沟、改变了少部分水系原汇流路线等，都应记录在档案中。

3.2.3 水土流失危害监测

水土流失危害监测内容主要包括重力侵蚀、泥石流、土地沙化、干支渠道风蚀掩埋和水力冲毁等调查，采用典型调查和定点观测相结合的方法。

3.3 监测时段及频次

根据工程类型、特征和建设进度及监测要求等确定监测时段及频次:①项目占地面积、扰动面积、弃渣及堆土情况，于每年的 2、3、4、6、8、9、10、12 月月底各实地调查 1 次，重点监测期为施工期4年和植被恢复期3年，连续监测7年。②各项水土保持措施实施情况，在措施实施时调查基本情况，12月底调查完成情况，次年8月调查保存情况。由于林草措施完成较晚，每年4、8、12月月底各监测1次，连续监测10年。③弃渣流失量在每年的4、6、8、12月月底各监测1次，根据工程建设情况连续监测7年。④土壤流失量在每年2、4、6、8、12月月底各监测1次，如遇大风或暴雨，应于大风或暴雨后及时增加监测次数，连续监测10年。⑤各项防护措施的完好程度于每年的汛前、汛后和年底各监测1次，连续监测10年。⑥土地整治面积于工程开工前和结束后各监测1次。

4 监测评价

4.1 土壤流失量及土壤侵蚀模数变化

对2003—2010年土壤流失监测情况(表4)进行分析的结果表明，监测区土壤流失量随着扰动程度的减弱和林草植被的恢复而显著减少。

对2003—2010年土壤侵蚀模数递减变化情况(表5和图

表4 土壤流失量及其随时间的变化

1)进行分析可知，土壤侵蚀模数随着扰动程度的减弱和林草植 被的逐渐恢复而下降。

表5 监测区土壤侵蚀模数变化t/(km2·a)

图1 监测区土壤侵蚀模数变化

4.2 水土保持措施的减沙效果

根据监测期土壤侵蚀模数值(表6)分析，不同水土保持措施的减沙效果为:土地整治减沙率为19.57%，工程护坡为50.00%，造林为65.22%，种草为71.52%。

表6 不同水土保持措施的减沙效果 t/(km2·a)

4.3 起沙风速值

使用定点固定和手持风速仪观测距地面2 m处的风速，通过对地面组成物质尤其是对风沙土粒径的研究，可知0.1—1 mm粒径风沙土的起动风速为4.0～7.2 m/s。红寺堡开发区起沙风速监测值见表7。

表7 监测区起沙风速值

5 几点建议

(1)加强开发区农业耕作措施。在水土保持治理中，除继续搞好防护工程和林草建设外，建议耕作中采用深松改垄、作物间作套种、增加地面覆盖、农林间作及留茬免耕等耕作技术，实行综合治理，以有效防治水土流失。

(2)继续实行生态修复。红寺堡开发区自2002年实施生态修复后，植被自然恢复效果明显，覆盖率由禁牧前的15%提高到2010年的32.8%，生态环境趋于良性发展。在今后的工作中，要加强新的水土保持法宣传，实施建章立制、封山禁牧并辅之人工补植林草等生态修复措施，以便尽快改善区域生态环境。

(3)大力推广以煤代柴、以沼代煤和发展太阳灶，做到有效保护植被。红寺堡移民开发区附近有煤矿且交通便利，从保护生态角度考虑，特建议实行以煤代柴，大力发展沼气和太阳灶、节能炕灶，以防止乱砍滥伐现象发生，做到有效保护植被，促进生态环境的快速恢复。