称钩河流域水土保持监测和坝系工程建设评价

李晓兰

(定西市安定区水土保持局，甘肃定西743000)

1 小流域概况

称钩河流域位于甘肃省定西市安定区西北部，为黄河流域祖厉河水系二级支流，属黄土丘陵沟壑区第五副区，流域面积118 km2，主沟长17.5 km，平均比降 1/230，海拔 1957—2273 m;属中温带半干旱气候区，年均气温6.3℃，年降水量380 mm，降雨多集中在7—9月，且多以暴雨形式出现，年蒸发量1500 mm以上;流域内梁峁起伏，沟壑纵横，地形破碎，土质疏松，抗蚀性差，水土流失严重导致的土地生产力下降、生态环境恶化影响了当地的农业生产。近年来，通过实施坡改梯、荒山整地造林、退耕还林(草)等水土保持综合治理措施，流域内的水土流失状况得到了有效遏制。截至2008年年底，共建成淤地坝74座，其中骨干坝20座、中型坝22座、小型坝32座。目前坝系工程运行正常。

2 监测内容和方法

2.1 工程建设动态监测

(1)坡面治理动态监测。2006年在地形图上勾绘坡面地类，2007—2010年对新增措施进行补绘。具体做法是:在1∶1万地形图上对大面积连片的地类进行勾绘，用GIS软件进行图斑面积量算和分类汇总，对坟地等比较零散且面积较小的地块进行实地丈量或面积估算，在大图斑中扣除。

(2)沟道工程建设动态监测。采取统计调查和跟踪监测的方法，监测淤地坝建设进度，掌握已建、在建数量及其结构比。

2.2 拦沙蓄水监测

(1)拦沙量监测。按规划竣工次序，每年冬季在拦沙坝内蓄水封冻后破冰监测1次。首先，采用平均淤积高程法计算每个断面的平均高程，根据断面高程推算坝内淤积面的平均高程(从坝前到淤积末端);其次，为控制淤积体平面变化，按相邻间距小于淤积长度1/6(中小型淤地坝)或1/8(骨干坝)布设若干个断面，并测量断面间距;再次，在每一断面布设若干个测点，测量各测点冰面高程，再破冰测量各测点冰面至泥面的垂直距离，计算各测点的泥面高程，并测量测点间的水平距离;最后，根据水位—库容—淤积量关系曲线推求淤积量，计算拦沙量。其计算公式为

式中:Z为坝区淤积面的平均高程，m;Zi为第i断面的平均淤积高程，m;Zj为第i断面第j测点的淤积高程，m;ΔLi为相邻断面的间距，m;L为坝前到淤积末端的长度为第i断面相邻测点间的水平距离，m;Bi为第i断面淤积面的宽度

对于测出的湿泥淤积体体积，应根据泥沙容重换算成重量，在测量时一并调查测算人工回填的土方量，在淤积量中予以扣除。

(2)蓄水用水监测。按照监测设计，主要对高家岔等10座淤地坝进行监测。具体方法是:在拦沙监测过程中测量水面面积和水面高程，根据库容曲线推算年末蓄水量;通过记录每次单位时间的排、用水量和排、用水时段，计算出每次的排、用水总量，最后对全年的排、用水总量进行汇总;对需饮用坝内蓄水的牲畜量进行统计，按日用水量估算全年牲畜饮用水量。

(3)径流泥沙监测。水位观测按照《水位观测标准》(GBJ 138—90)，流量测量按照《河流流量测验规范》(GB 50179—93)，泥沙观测按照《河流悬移质泥沙测验规范》(GB 50159—92)实施。

(4)降雨量观测。委托当地农民在阳山嘴、别杜川、高家岔等3个雨量站进行雨量观测。简易雨量筒是在有降雨时按8时、14时、20时、2时分4个时段观测，自记雨量计是按《降雨量观测规范》(SL 21—90)实施。

2.3 坝系工程安全监测

坝系安全监测每年汛前、汛后各1次，并根据降雨等情况随时检查。

2.4 监测时段

监测时段为2006—2010年。

3 监测结果分析

3.1 工程建设

(1)坡面治理。2006—2010年流域内每年新增梯田面积分别为 22.04、15.68、12.48、36.61、65.57 hm2，目前水土流失治理程度达到66.06%。

(2)沟道工程建设。2006年有淤地坝21座，其中骨干坝9座、中型坝6座、小型坝6座，结构比为1∶0.67∶0.67;2006—2008年新建骨干坝11座、中型坝16座、小型坝26座，结构比为 1∶1.1∶1.6。

3.2 拦沙蓄水

(1)降雨。流域内3个雨量站降雨观测资料见表1，其中汛期为6—10月。

表1 雨量站降雨特征值

(2)拦沙。对流域内部分淤地坝进行了拦沙监测，包括所有骨干坝和中型坝，以及选取的10座小型坝，根据淤地坝建设情况，2006年监测淤地坝23座，2007年45座，2008、2009和2010年均为52座。同时，根据控制面积与拦沙量关系，对2009—2010年所有的小型拦沙坝进行推算。坝系工程拦沙量监测结果见表2。由表2知，2008年坝系拦沙率较高，其原因除与降雨等因素有关外，主要是由于2007年新建淤地坝数量较多，对其控制范围内土壤扰动大，易引起水土流失。

表2 坝系工程拦沙量监测

(3)径流输沙。输沙量监测从2007年7月18日开始，2007年观测期为7月18日至12月31日。坝系工程径流、泥沙监测结果见表3。

表3 坝系工程径流、泥沙监测结果

(4)蓄水用水。对重点蓄水用水淤地坝进行监测，2006—2008年监测淤地坝数量分别为5、9、10座。2006、2007年进行了试灌溉，但由于碱度过大，2007年以后不再灌溉，因此淤地坝内蓄水主要用于解决牲畜饮水。2006—2010年总蓄水量分别为55.05、32.43、30.77、3.8、3.28 万 m3，年末水面面积分别为12.2 、17.6、13.59、5.53、3.51 hm2，总用水量分别为 13.88、12.36、0.45、0.29、0.26 万 m3，用水量变化率分别为 20.1%、27.6%、1.4%、7.1%、7.3%，蓄水用水资料见表4。

从表4可以看出，虽然近年来淤地坝数量增多，但由于降水量少、蒸发量大，加之为确保安全度汛，汛期到来前人为排水使得蓄水总量不断减少。到2009年末，蓄水总量由2006年末的55.05万m3(5座骨干坝)减少到3.8万m3，10座骨干坝中4座有少量蓄水，5座蓄水耗尽，1座自建成以来一直没有蓄水。由于高家岔、旧庄嘴、花郎岔等3座骨干坝的坝内蓄水于本年耗尽，因此其当年用水量变化率高达100%。在用水方面，2006—2007年存在灌溉用水，因此用水总量较大，用水量变化率也相应较大;2008—2010年坝内的蓄水主要用于牲畜饮水，用水量较小，用水量变化率也较小，不到10%。

3.3 坝系工程安全

2006—2007年所有淤地坝坝体及泄水建筑物完好，运行正常。自2008年年末到2010年年末，流域内没有病险坝和毁坏坝。

表4 蓄水、用水量监测m3

4 淤地坝建设评价

4.1 拦沙效果

监测显示，坝系建成后正常年份流域年产沙量约为56.52万t，其中坡面工程年均拦沙量约为46.10万t，坝系年均拦沙量约为10.07万t，把口站年均输沙量约为0.35万t，分别占总拦沙量的81.6%、17.8%和0.6%。流域内整体拦沙率达到99.38%，基本做到了泥不出沟。

4.2 建设模式

(1)淤地坝建设规模适当。流域坝系规模是否适当主要体现在工程数量与坝系控制面积、安全标准等几个方面的匹配性。流域总面积118 km2范围内建成淤地坝74座，其中20座骨干坝控制面积88.15 km2，平均每座控制面积4.41 km2，总库容1288.46万m3(拦泥库容632.21万m3，滞洪库容656.25万m3)，平均库容64.42万m3(平均拦泥库容31.61万m3，平均滞洪库容32.81万m3);22座中型淤地坝控制面积26.87 km2，平均每座控制面积1.22 km2，总库容262.94万 m3(拦泥库容115.75万m3，滞洪库容147.19万m3)，平均库容11.95万m3(平均拦泥库容5.26万m3，平均滞洪库容6.69万m3);32座小型淤地坝总控制面积21.39 km2，平均控制面积0.67 km2，总库容147.87万 m3(拦泥库容46.04万 m3，滞洪库容101.83万m3)，平均库容4.62万m3(平均拦泥库容1.44万m3，平均滞洪库容3.18万m3)。从监测结果看，骨干坝及中、小型淤地坝的年淤积深度分别为0.14、0.23、0.23 m，基本满足设计年限的防洪和淤积要求。

(2)淤地坝结构基本合理。称钩河坝系结构是否合理体现在流域内骨干坝和中、小型淤地坝在分层组合关系、数量配置比例等方面的适宜性。称钩河流域有大于3 km2的支沟14条，小于3 km2的24条，沟壑密度为2.72 km/km2。根据土壤、气象及地质地貌特征，流域内骨干坝与中、小型坝的数量结构比为 1∶1.1∶1.6，布坝密度为 0.63 座/km2。

(3)淤地坝建设布局比较科学。坝系布局是否科学主要体现在以流域为系统，以骨干坝为骨架，中小型淤地坝相结合，既满足了层层拦蓄调洪和不同地域群众的利益要求，具有层次性，又将整个坝系连接起来，共同构筑了沟道防护体系，具有整体性。称钩河坝系在规划上还体现了全局观念，以水沙淤积相对平衡为目标，泥沙尽量拦截，水土资源兼顾当地和下游地区利益以及不浪费的原则，实现流域内天然降水的充分合理利用。

5 结语

水土保持监测能够反映水土流失治理措施的作用，为水土保持生态建设提供了科学决策依据。监测数据表明，称钩河流域坝系的全面建成，在控制水土流失、蓄洪滞洪、提高水土资源利用、保护下游安全、解决群众交通困难、改善农村生产条件和生态环境、增加农民收入、促进农村经济发展等方面发挥了重要作用，使流域的综合治理水平得到了明显提升。