不同历史时期坡面措施减沙效果综合评价研究

马三保 王 婷 丁加林

(黄河水利委员会绥德水土保持科学试验站)

黄河中游多沙粗沙区面积7.86万km2，占黄河流域总面积的11%，而多年平均输沙量却占全流域输沙量的62.8%，其中粗泥沙量占72.5%。该区域是黄河流域水土流失最为严重的区域，是黄河下游主河道淤积泥沙的主要来源区，20世纪80年代以来，一直受到国家相关部门和当地政府的高度关注。结合泥沙来源和区域地形地貌特点，多沙粗沙区地形大致可以划分为梁峁坡和沟谷两大类型，其坡、沟所占面积比例为6∶4，坡的面积大，所以坡面水土流失治理在该区域具有重要的作用。根据多年治理实践，坡面水土保持治理总体上包括人工修筑梯田、栽植乔灌木林和种草三大类型措施。但针对某条流域，其各类措施配置的数量及其最佳比例应该如何进行评价，本文借助多沙粗沙区4条流域的长期治理实践和观测资料，采取综合评分指标体系进行分析，以探讨多沙粗沙区坡面措施的有效配置模式。

1 研究区概况

研究区位于黄河中游多沙粗沙区腹地无定河流域的韭园沟、王峁沟、辛店沟和裴家峁沟4条流域，流域面积分别为 70.1 km2、5.97 km2、1.77 km2和39.3 km2。除裴家峁沟为非治理沟流域外，其他3条流域均为黄土丘陵沟壑区第一副区水土保持综合治理的典型代表流域。从1953年开始治理实践，近60 a来经过了峁坡林草、梯田到沟道淤地坝工程等单项措施到综合治理的循序渐进过程，使小流域的水土流失在不同历史时期得到不同程度的挟制。通过坡面措施将坡地改造为梯田和种树、种草等方式，在一定程度上减少了流域坡面的侵蚀源，从而改变产流、侵蚀和产沙过程。本项研究将根据4条流域在50年代初治理期、80年代初治理显著提高期和2010年措施完善期三个历史时期，通过分析探讨综合治程度来综合评价小流域的减沙效果。

2 4条小流域不同历史时期坡面措施布局

2.1 小流域坡面治理前期水土流失情况

4条流域均为黄土丘陵沟壑区第一副区进行长期水土流失观测的典型小流域，距离绥德县城5－10 km。流域地形地貌基本相同，自分水岭到沟底可分为梁峁坡、沟谷坡和沟底三部分，梁峁坡占总土地面积的50% －54%，沟谷坡占42% －45%，沟谷底占1% －8%。沟壑密度5－6 km/km2。梁峁坡位于峁边线以上，坡面较完整，以面蚀和细沟侵蚀为主。梁峁顶部较平坦，宽度一般5－30 m，一般坡度在15°以下，侵蚀较轻。梁峁坡斜长50－150 m左右，坡度15°－30°，一般上部坡度较陡，侵蚀较重，靠近峁边线部分坡度较缓，有淤有冲，整个坡面暴雨后冲成无数细沟和浅沟，甚至形成切沟。峁边线以下急转为陡坡，有明显的波折，暴雨径流趁此地形加大侵蚀，坡度多在25°以上，构成沟谷坡，是冲沟、崩塌、滑塌及多种重力侵蚀最活跃的地方，坡面非常破碎。根据当时小区观测数据，土壤侵蚀模数:峁坡15 000－19 000 t/km2，沟坡28 000－30 000 t/km2。4条流域1953年坡面措施详见表1。

表1 1953年4条流域坡面治理措施情况表

2.2 研究区20世纪80年代坡面措施布局情况

4条流域，除裴家峁流域从1953－1981年期间未开展规模性小流域综合治理措施外，其他3条流域都进行了综合规划和有效的坡面措施配置，从峁顶到沟坡均开展了梯林草防线式治理模式，坡面水土流失本期基本得到有效防治。具体各流域措施配置情况详见表2。

表2 1981年4条流域坡面治理措施情况表

2.3 研究区2010年坡面措施布局情况

20世纪80年代以后，各治理小流域的水土流失得到有效控制，水土保持效果显著提高。为此，水土保持实践和理论得到进一步发展，各类措施配置从80年代之前注重经济效益的基础上兼顾生态效益，小流域治理由经济型转向生态环境建设类型，坡面治理在完善措施配置的基础上，进一步提高措施的质量标准，同时加强了沟道泥沙拦截工程。2010年各流域坡面措施治理情况详见表3。

表3 2010年4条流域坡面治理措施情况表

3 小流域不同坡面措施减沙效益综合评价

根据综合评分指标体系评价方法:

式中:Pi—坡面减沙措施;Xi—对应措施减沙指数。

根据不同措施多年减沙程度观测研究成果，梯田减沙指数为1，其他措施依次减沙程度为:隔坡梯田0.7、造林0.9、草地0.6、农坡沟道0。以此为依据，采用以上综合指标体系评价方法分析计算4条流域在不同历史时期坡面措施的减沙效益(详见表4)。由表4可以看出，非治理沟裴家峁小流域20世纪50－80年代其坡面减沙综合指标不足0.1，进入21世纪减沙综合指标迅速提高到0.43，与其沟口水沙观测站观测出的暴雨泥沙急剧减少相吻合。两个时期类似降雨量和雨强实测数据，1963年7月6日1次降雨54.8 mm，强度为4.2 mm/h，其流域输沙量达1.29万t;而2009年7月19日1次降雨44.9 mm，强度为5.2 mm/h，输沙量只有83.32 t，即相同频率次暴雨输沙量显著下降。其他3条流域20世纪50年代综合减沙指标不足0.1，80年代为0.3－0.45，进入21世纪已经达到0.55以上。根据各流域沟口水沙观测站的观测数据记载，50－60年代流域输沙模数在6 000 t/km2·a以上;1981年以后，输沙模数在800 t/km2·a以下;2000－2011年，3条流域沟口输沙模数在300 t/km2·a以下。因此，坡面微地貌特征如坡度、植被等综合评价指标提高，将显著减少了流域土壤流失量。根据综合评价指标结合实测数据显示，流域坡面综合评价指标达到0.3以上，流域输沙模数可减少到1 000 t/km2·a以下，达到多沙粗沙地区容许土壤流失量的范围;综合评价指标达到0.55以上，流域水土流失基本得到控制。

表4 4条流域不同时期坡面措施减沙评价指标

4 结论

(1)根据粗泥沙集中来源区黄土丘陵沟壑区第一副区4条流域坡面水土保持措施综合减沙指标评价，表明60 a来该区小流域坡面水土流失防治水平呈现出阶段性，同时坡面措施综合减沙指标必须达到一定程度才能对水土流失起到显著的挟制作用。

(2)根据4条流域不同坡面措施减沙效益综合评价结果，坡面综合评价指标20世纪50年代与21世纪初相比提高5倍，其减沙效果提高100倍以上。同时表明，小流域坡面综合评价指标达到0.3以上，流域输沙可减少到1 000 t/km2·a以下，达到多沙粗沙地区容许土壤流失量的范围;综合评价指标达到0.55以上，流域水土流失得到有效控制，将基本不向下游河道输送泥沙。因此，坡面措施治理需结合当地地形地貌特征，进行综合规划，有效提高流域梯、林、草各类防治措施的综合性和各指标权重值数量，才能有效挟制小流域泥沙输出。