干旱风沙区水库边缘防风林带减沙效益研究

何有华，张晓虹，孙浩峰，徐 裕

（甘肃省水土保持科学研究所，730020，兰州）

甘肃河西走廊地区干旱少雨、风大沙多，风力作用是塑造地貌的主要外营力，因有了水库的调节作用，才有了绿洲平原的繁荣稳定。但因风沙灾害，河西走廊部分水利设施长期遭受风沙填埋，使水库有效库容减少，调蓄功能降低。对水库边缘的风沙灾害进行有效治理，是保障整个绿洲灌区可持续发展的重要措施。在水库边缘建植配套滴灌设施的防风固沙林带，取水方便，成活率、保存率高，阻沙、固沙效益显著。但并不是林带越宽越好，一方面，在生态林需要灌溉的季节，也是绿洲区农业生产需水的关键期，规模过大，会产生上游生态与下游灌区生产之间争水的矛盾；另一方面，如果规模过大，不但林带建设投资大，而且包括电费、人工费、灌溉管网维修更换等费用在内的建后管护费用高，在达到减少风沙入库目的的同时，也给建设单位造成了一定的经济负担。通过分析水库防护林带的减沙效益，以期能为合理确定防护林带建设规模发挥指导性作用。

一、研究区域概况

研究区域选择在金塔县鸳鸯池水库西岸、白水泉沙系东南端，东北距金塔县城12 km。根据金塔气象站资料，当地多年平均降雨量为54 mm，多年平均蒸发量为2 466 mm，多年平均风速3.3 m/s，春季平均风速为4.0 m/s，全年大风日数25天，全年起沙风出现次数235次，最大风速31 m/s，主导风向为西北西风。干旱少雨、风大且频繁、日照充足、昼夜温差大是当地的主要气候特点。水库西岸地貌类型为风蚀戈壁地貌，地形由西南向东北倾斜，自水库正常蓄水位至坡顶，海拔高程在1 330～1 379 m之间，相对高差49 m。水库东岸的夹山为石质山地，加之其处于下风向，所以不考虑东岸风沙对水库的影响。土壤以灰棕漠土和风沙土为主，自然植被覆盖率5%～10%，植被类型以旱生、超旱生种类为主。鸳鸯池水库始建于1943年，总库容为1.048亿m3。据金塔县水务局监测，至2007年，因风沙填淤，鸳鸯池水库有效库容减少了4 700万m3，占总库容的45%，风沙主要以风沙流的形式从水库西岸和上游河道进入水库。针对风沙持续填淤水库的实际危害，金塔县水土保持部门于2003—2004年在水库西岸营造了灌木防护林135 hm2，树种为花棒、毛条、甘蒙柽柳，混交方式为行间混交，株距行距2 m×3 m，林带最宽处820 m，最窄处345 m，并用水泵从鸳鸯池水库提水至高位水池，为防护林配套滴灌管网灌溉，至2013年5月份调查时，株高140～170 cm。

二、减沙效益监测

1.监测方法

监测时段：自2010年5月5日至2013年4月30日，共监测3个风季。

监测方法：在水库风沙灾害主风方向的林带外缘裸地和内部不同宽度位置布设积沙缸，进行风沙沉积量的监测。因水库的阻隔与沉积作用，只考虑主风向西北方向风沙对水库的影响。选择无盖塑料桶作为积沙缸，分别布设在林带外侧裸地和林带内不同宽度位置，积沙缸上口径20 cm，底部直径18 cm，深30 cm。在布设积沙缸时，先选好布设地点，再在布设地点挖穴，将积沙缸置入穴内，使积沙缸上沿与原地面持平后，再将积沙缸周围填平。每组3个，共设8组24个积沙缸，其中原戈壁地貌一组布设在林带外侧边缘西北方向10 m处，此处林带宽度表示为0，在林带内每隔10行林带布设一组，共布设7组，布设宽度为210 m。为方便取样，在布设积沙缸时，将2个缸套在一起置入穴内，在取样时，只取出里层缸收集样土，取样后将积沙缸放回原处，以便下次取样。积沙缸于2010年5月5日布设，监测至2013年4月30日，共监测了3个风季的积沙情况，将样土收集后烘干称重，每组的3个积沙缸样土称重后取平均值即为不同林带宽度处单缸的平均风沙沉积量，以此作为原始数据分析不同林带宽度的减沙效益。

2.监测结果

将不同林带宽度处积沙缸内的风沙沉积量监测平均值汇总于表1。从监测结果可以看到，林带外戈壁裸地的沉积量为473 g，是210 m林带宽度处139 g的3.40倍，风沙土容重按1.5 g/cm3计算，林带外戈壁裸地和210 m林带宽度处的年均沉积厚度分别为3.35 mm、0.98 mm。从现场调查情况分析，原地貌为戈壁地貌，无明显积沙，即可设定为当地风积量与风蚀量是处于动态平衡状态，风沙沉积厚度与风蚀厚度相同，沉积量等于侵蚀量，则当林带宽度达到90 m处时，侵蚀模数由原地貌的 5 021 t/（km2·a）降至 2 166 t/（km2·a），侵蚀强度由原地貌的强度侵蚀降至轻度侵蚀，当林带宽度达到210m时，侵蚀模数降至1476t/（km2·a），但仍属轻度侵蚀等级范围。依据《土壤侵蚀分类分级标准》（SL 190—2007），甘肃河西走廊地区风蚀区容许侵蚀量通常取 1 500 t/（km2·a），则侵蚀量降至土壤容许侵蚀量以下。

三、减蚀效益分析

1.减蚀率分析

以减蚀率指标分析不同宽度林带减少风沙沉积量的效果，用于分析每增加一定宽度时林带所减少风沙沉积量的程度，计算表达式如下：

式中，Ri为第i监测点减蚀率 （%）；Gi为第i监测点的风沙沉积量（g）。

分析结果表明，前30 m林带的减蚀效果最为明显，沉积量较戈壁裸地减少30.87%；在60 m林带宽度处较30 m宽度处沉积量减少23.55%，较戈壁裸地减少47.15%；林带宽度在210 m处的沉积量139 g，较裸地减少70.61%，较180 m处仅减少5.44%，减蚀效果不再明显。

表1 鸳鸯池水库防风林带减沙效益分析

2.边际效益分析

边际效益是假定在其他生产要素不变的情况下，用于分析收益随某一投入要素增加而发生变化程度的指标，通常是企业为追求最大的利润，多次进行扩大生产，每一次投资所产生的效益与上一次投资产生效益的差值即为边际效益。本文以各监测点位处林带的宽度为投入变量，以积沙缸内收集到的风沙沉积量G为收益量，则第i监测点林带减沙边际效益的计算表达式如下：

式中，Bi为第i测点位处的边际效益（g）；Gi为第 i监测点的风沙沉积量（g）。

分析结果表明，随林带宽度的增加，其减沙的边际效益明显下降，由林带30 m宽处的146 g降至210 m宽处的8 g，在150～210 m宽度处林带减沙的边际效益已不明显。

四、结论与讨论

滴灌生物工程治沙被认为是最有效的防治措施，水利工程沙害防治较其他防护对象而言，利用滴灌生物工程治沙的生态用水较易得到保障，但并不是规模越大越好。如果面积过大，则耗水量大，不但会影响下游绿洲灌区用水，同时还会增加林带运行管护费用。从鸳鸯池水库边缘防风林带减沙效益的监测结果看，合理的林带宽度应为150 m左右，最宽不宜超过200 m。

由于风沙运动的随意性和无边界性，监测结果会因监测时段不同、积沙缸口径不同而有出入，但总体能反映出积沙量随林带宽度而变化的趋势。

水库风沙淤积是一种自然现象，即使水库边缘林带很宽，林地内本身的侵蚀现象不可能完全消除，因为防风林带的减蚀效益及林带内部风蚀量除林带宽度外，还与林带的结构、带间距、造林密度、株高、林下植被等诸多因素有关，在水库边缘建植防风林带应控制在一定宽度范围内，以不至于在水库设计使用期限内，影响水库正常调蓄功能为原则。

当林带高度达到能够起到阻沙的功能时，应控制灌水量，限制其生长，以节约运行管护费用，所以，保持林带一定高度的临界灌水量是需要继续研究的内容。

[1]赵松乔.中国干旱地区自然地理[M].北京：科学出版社，1985.

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