城西川小流域坡面治理措施与坝系工程拦沙效果分析

周子渊,张 富,马乐群

(1.甘肃农业大学 林学院，甘肃 兰州730070；2.黄河水利委员会 天水水土保持科学试验站，甘肃 天水 741000； 3.西北农林科技大学，陕西 杨凌710021)

1 小流域概况及治理情况

城西川小流域位于环县县城西北部，属黄土高塬丘陵沟壑区第五副区，涉及环城、虎洞两个乡镇，是环江右岸的一条支沟。流域总面积79.6 km2，有水土流失面积79.6 km2。介于东经106°52′—107°17′、北纬36°21′—36°35′之间。海拔1 254—1 707 m。地形西高东低，地貌以梁峁为主，残塬、梁峁、沟谷、川台、湾掌并存。较大的沟谷已侵蚀到塬心，塬面支离破碎。沟壑密度2.9 km/km2。年均径流模数2.27万m3/km2，侵蚀模数8 000 t/km2。属典型的干旱和半干旱大陆性气候区，多年平均气温8.7℃，年日照时数2 482.3 h，无霜期166 d。多年平均降水量426 mm，降水分布不均，主要集中在7—9月[1]，期间降水量占全年降水量的65%以上，且多以暴雨形式出现，这是造成水土流失的主要原因之一，也是导致沟头不断扩张，川台、掌地不断减少的诱因之一。流域植被稀少，主要是荒坡牧草，其次是灌木林。土壤主要有黄绵土、黑垆土、红黏土和新积土4种。侵蚀形式主要是水力侵蚀和重力侵蚀，包括面蚀、沟蚀、崩塌、泻溜、滑塌等[2]。面蚀主要发生在梁峁顶、梁峁坡，最为严重的是坡耕地。沟蚀主要出现在陡坡地，最为严重的是谷坡的沟床。重力侵蚀在谷坡表现为泻溜、滑塌，在沟岸表现为崩塌。

2006—2010年，该小流域遵照“梁峁顶植树造林，梁峁坡陡坡耕地退耕还草，梁峁坡缓坡耕地修建水平梯田，沟台地和旱川地搞综合开发，沟谷建坝蓄水”的治理模式开展综合治理[3]，5年间坡面治理措施增加1 787.9 hm2，累计达4 102.35 hm2，其中梯田新增697.5 hm2，造林新增668.4 hm2，种草新增422.0 hm2，坡面治理程度达到56.65%。截至2010年底，该流域已建成淤地坝60座，其中骨干坝10座、中型淤地坝8座、小型淤地坝42座，坝控总面积72.42 km2、总库容767.06万m3。

为了解和掌握城西川小流域坡面治理措施和坝系工程的治理效果，我们于2006年开始，对该流域坡面治理措施(梯田、造林、种草)和坝系工程(骨干坝、中型坝、小型坝)的拦沙效果进行了连续5年的监测。

2 监测方法与内容

2.1 坡面治理措施监测方法与内容

坡面治理措施监测采取实地测量、调查和计算的方法。2006—2010年每年开展一次坡面治理措施监测。主要监测内容是坡面治理措施的数量及变化情况，即梯田、造林、种草等坡面治理措施的年新增及累计治理面积和拦沙情况。

2.2 坝系工程监测方法、内容

(1)坝系工程动态监测。主要采用调查统计的方法，具体为在1/10 000地形图上绘制小流域坝系工程平面布置图，并单独建立监测台账，2006—2010年每年一次，详细记录每座淤地坝的坝名、地理位置、坝型、控制面积、坝高、库容、开工时间、竣工时间等。

(2)拦沙量监测。布设拦沙监测点66个。拦沙量主要是在库内水面封冻后采用“平均淤积高程法”破冰进行测算[4]。监测内容是流域坝库内的泥沙淤积情况，2006—2010年每年对60座坝进行一次全面监测。

2.3 小流域输沙量监测

在流域出口河段布设测验断面(抛物线量水堰)进行人工观测[5]。主要监测流域出口的流量、含沙量，进而推算次洪水的径流量和输沙量，每年5—10月进行监测。

3 主要成果及分析

3.1 坡面治理措施及拦沙量动态变化

(1)坡面治理措施动态变化。2010年城西川小流域坡面治理面积较2006年增加了1 024.9 hm2，其中梯田增加了467.5 hm2、造林增加了315.4 hm2、种草增加了242 hm2。详见表1。

表1 城西川小流域坡面治理措施动态变化情况 hm2

(2)坡面措施拦沙动态变化。2006—2010年，坡面治理措施累计拦沙32.94万t，其中梯田拦沙最多，为19.02万t。计算时参考《人民治黄五十年水土保持效益分析》(1996，黄河水利委员会)中所提出的坡面工程拦沙计算标准及方法。详见表2。

表2 城西川小流域坡面治理措施拦沙量 万t

3.2 坝系工程及拦沙量动态变化

(1)坝系工程动态变化情况。2006—2010年城西川小流域共建成骨干坝10座、中型坝8座和小型坝42座。详见表3。

表3 城西川小流域坝系工程动态变化情况

(2)坝系工程拦沙量动态变化。2006—2010年，坝系工程共拦沙297.46万t，其中骨干坝拦沙159.04万t、中型坝拦沙65.89万t、小型坝拦沙72.53万t。中型坝的单位面积拦沙量较大。详见表4。

表4 城西川小流域坝系工程拦沙量动态变化情况

3.3 小流域总输沙量动态变化情况

2006—2010年，城西川小流域径流总量为518万m3，输沙总量27.55万t。详见表5。

表5 城西川小流域输沙量动态变化情况

3.4 小流域总产沙量与拦沙输沙量动态分析

全流域产沙量包括坝系工程拦沙量、坡面措施拦沙量、把口站输沙量三部分[6]。根据《(黄河流域水土保持小流域坝系监测导则(试行)》(2004，黄河水利委员会)，采用下式推算：

WC=WS+WP+W0

式中：WC为小流域年产沙量；WS为坝系年拦沙量；WP为坡面措施年拦沙量；W0为把口站年输沙量。

表6为城西川小流域产沙、拦沙、输沙情况。由表6可以看出，2006—2010年，城西川小流域总产沙量为357.93万t，坝系工程拦沙量大于坡面措施，其中坡面措施拦沙量为32.94万t，拦沙率为9.21%；坝系工程拦沙量为297.46万t，拦沙率为83.11%；输沙量为27.55万t。

从表6可以看出，2006—2010年，坡面措施拦沙量和坝系工程拦沙量逐年增加，坝系工程拦沙率也逐年增加；输沙量基本保持在4.76万—5.91万t之间。由此可以看出，坝系工程对小流域拦沙起主要作用。

表6 城西川小流域产沙、拦沙、输沙情况

4 结 语

从城西川小流域5年的拦沙输沙监测结果来看，经综合治理后小流域的拦沙保土能力逐渐增强，其中坝系工程起主要作用，这是由于流域坡面治理程度低、林草措施的拦沙能力尚不能充分发挥，而坝系工程抬高了侵蚀基准面，控制了沟床下切和沟岸扩张，可直接拦蓄泥沙。本次监测成果可为开展黄土高原小流域综合治理效益评价等提供数据参考。

由于本次研究只利用了城西川小流域5年的监测数据，在成果分析上有一定的局限性和不足，因暂时还无法分析历年小流域把口站输沙量的变化趋势、汛期输出洪水径流量的变化趋势等，建议在后续的项目和课题中延续监测年限，以弥补本次的不足。

[参考文献]

[1] 毕慈芬，郑新民,李欣，等. 黄土高原淤地坝建设对水环境的调节作用[J].人民黄河，2009 (11):85-86.

[2] 李敏.淤地坝在黄河中游水土流失防治中的作用[J].人民黄河，2003(12):25-26.

[3] 畅春辉.黄土高原地区淤地坝建设前景展望[J].山西水土保持科技，2011(1):31-33.

[4] 左仲国,陈鸿,王笑冰，等. 黄河中游多沙粗沙区淤地坝对泥沙的分选作用[J].人民黄河，2007(2)：64-65.

[5] 杜锋,张胜利. 浅谈黄土高原丘陵沟壑区的淤地坝建设[J].科技资讯，2011(4)：108.

[6] 郑宝明.多沙粗沙区淤地坝建设研究[J].人民黄河，2003(7):33-34.