水库工程水土保持综合治理与效益评价

黄海云

（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东 中山 528405）

随着人类活动的日益频繁，越来越多的植被受到侵害，虽然近年来国家政府已经开始重视环境保护问题，但整体情况依旧不容乐观，水土流失问题还相对严重。一般来说，对于水库工程而言可选择的水土保持对策包括了两个方面的措施：一方面是工程对策，为防止出现较大程度的水土流失现象，科学开发利用地方水资源，可选择修建排水系统、灌溉系统等方式；另一方面是生物措施，可适当提升水库周边的植被覆盖率，增强土地生产计划，大力推进植树造林和退耕还林工作。该文结合水库实例，通过科学合理地配置，各项防治措施效果良好，生态景观得到升级，弃渣取料场地得到了及时有效防护，施工区植被得到较好的恢复，水土流失得到有效控制，生态环境得到明显改善。

1 工程概况

某水库工程的设计采用了点线结合的形式，水库的有效库容为103.25×121m3，每年的供水量为0.892×121m3，可以灌溉区域118hm2。工程为IV 等别、小（1）型规模，主要构筑物为Ⅳ级，次要建筑物为Ⅴ级。整个工程包括灌溉供水与枢纽两部分。水库占地面积为21.14hm2。枢纽工程的核心为坝体、导流隧洞、泄洪道。坝体材料选择了黏土心墙风化料，坝顶为5m 宽，坝体全长134m，坝体最高处为45.03米，宽5.5m，坝长133.0m，坝体最高点44.12m，泄洪道的结合为开敞式，为钢筋混凝土矩形断面，总长为218.0m。输水导流隧洞设计为曲线的平面布置，总隧洞长337.33m。2条管道构成灌溉供水工程。工程所区域地质结构为水力侵蚀性土壤，水土流失轻度，容许土壤流失量小于510t/(km2a)。

2 水土保持措施

该文研究的课题可根据工程区域的分析结果，对不同建设区域作业过程中极易发生的水土流失进行全面预测，以此为基础对工程建设水土流失防治方案进行补充和优化。水库项目设计的水土保持方案包括斜坡防护、河道整治、洪水疏导、拦渣、植被恢复等[1]。具体划分如下。1）工程主体治理区域：在坝体周边构建绿篱，可以采用将不同树种穿插种植的方式；培育防护林可以选择杉木；针对裸露地面植被覆盖的治理可以采用不同草种混合撒播的方式，以保证植的恢复效果。2）弃渣场的治理：根据水土保持的相关标准，为了尽快恢复土地植被的生态功能，在弃渣体的表面可以种植一些易于成活的植物。首先，按照稳定边坡坡度堆放弃渣，在很多时候，水库工程弃渣主要为土石混合料，通常情况下其最陡稳定边坡的坡度系数为1︰1.5，因此水土保持措施的选择需要结合稳定边坡弃渣堆放情况来确定，力求把坡度控制在1︰2 左右。其次，设置排水系统，为避免山坡地表径流进入冲沟内的堆渣中，应顺着弃渣场地边缘附近建设一排临时排水截水沟，确保坡面洪水的合理引导。最后，做好坡面以及地面的水土防护作业，弃渣场裸露表面往往会受到降水以及地表径流的双重影响，弃渣场应将表面腐殖土推到其他区域进行堆放并采取一定的防护措施，等待堆渣符合最终高程后将弃渣场表面进行压实，随后回填腐殖土。3）料场治理区域：基于山区不良的施工环境，工程主体区的治理可采用永久与临时加以混合的方式，结合料场特点规划设计耕地恢复方式以及道路排水措施。料场的树种可以选择香樟和桂花。边坡防护可以采取狗牙根与爬藤油麻藤混合栽种的方式，以实现加固路基的作用。4）工程附属企业治理区域：将防洪排导设施布置在各建筑物周边以后，就要对工程扰动的范围内进行植被的恢复。5）工程建设道路治理区域：针对下坡的道路，要在道路的一侧进行临时挡护，同时要规划恢复道路周边扰动区域的植被恢复措施。6）施工生产生活区域：水库工程施工作业开始前需要剥离表土进行临时堆存，同时选择有针对性的水保对策予以防护，施工完成后需要第一时间平整施工现场并覆土，按照“宜农则农、宜林则林”的基本原则，占耕地应选择全面整地的方式实现农业复垦，占用其他区域应选择乔灌草结合的办法恢复植被，提升地表的水保能力，还可设计临时排水沟和拦挡等。

3 水土保持综合效益评价

3.1 保持水土效益分析

3.1.1 计算保水效益

增加林草植被是保水的最有效措施，植被可以增强土壤里的孔隙度，提高土壤蓄水功能，最主要的功能是植被自身特殊的生物属性蕴涵着丰富的水分，能够有效地涵养水源[2]。

具体的计算方式可以根据水量平衡的规则计算水土保护方案实施前和实施后水量的变化值。

式中：Y代表植被模式具体的涵养水量，P0'是项目区域效益评价前期的年均降水量，P0则是后期的降水量，ETi'为项目区域内进行植被恢复措施前不同土地利用类型的蒸散总量，ETi则是恢复措施后的蒸散总量，Ci'为项目区域内植被恢复措施实施前不同土地利用类型的地表径流量，Ci则是措施实施后的地表径流总量。

对植被恢复措施具体涵养水量确定后，可以利用影子工程措施，确定水土保持林草措施实际的涵养水源量后，可采用影子工程法，根据同库容水库工程建设成本计算节水效益

式中：V6表示水源的涵养效益，G表示修建水库单位库容的成本。

3.1.2 拦泥保土效益计算

可利用价格替代法，减少泥沙淤积的人工清淤成本。

式中：V4为泥沙淤积效益减少值，ΔM为恢复措施进行前、后的土壤侵蚀强度变化，S为有效措施面积。λ为侵蚀泥沙淤积比，β为泥沙人工清除费用。

3.2 生态效益

3.2.1 植被恢复后产生的效益

生态治理方案实施后，合理处理了工程开挖面，解决了水土保养问题。采取绿化措施能够起到蓄水保植、改善水土流失的作用。项目区实施的林草植被方案种植的林草呈现良好的生长状态，达到了81%的植被覆盖率，相对于建设期，枢纽区表现出明显的小气候特征，项目区域内本地乡土树种占据总体比例为88%，乔、灌草混合而成的多样性植被郁闭度明显提高。

3.2.2 旅游景观提升效益

该水库利用打造库区的生态景观，工程区内四季都风光旖旎，千姿百态，具备超强的空间层次感，让工程区域内可观赏性显著提升。该水库水环境为基础的生态景观建设带动了当地旅游产业的蓬勃发展[3]。据不完全统计，仅项目区域周围的县的旅游业的从业者达7000 人以上，旅游景点13处，旅游业已逐渐发展为当地支柱产业。2019 年的数据表明，旅游产业的规模达到了8.6 亿元。

3.3 社会经济效益

该水库是公益性的水利工程，集抗旱、灌溉、防洪景观建设多种功能于一身。工程建设部门制定了全面的植被恢复方案，占用土地都进行了林果和草木种植，可以有效控制了由于施工引发的水土流失问题，工程区域周围自然环境得到净化；采用水土保持方案有效改善了区域生态环境，可以有效治理施工对自然环境的破坏，解决了工程施工产生的弃渣问题，生态环境得以改善。该项目中，植被覆盖面积为7.20hm2，植被恢复比例为97.96%，植被的覆盖率为78%。植物多样性改善了区域小气候，增加了湿度，提升了地下水位[4]。

3.4 水土保持效益综合评价

3.4.1 评价体系建立

层次分析法的应用。对于治理方案实施后效益加以评价，选择相应的指标加以对比分析，构建出水土保持效益评价体系，内容包括X为目标层，指标中将水土保持治理效果作为目标；Y为指标层，细分为生态效益、经济效益、社会效益；Z为因子层，分为15 个因子，依次为Z1～Z15；评估层。评估层细分为坡耕地、坡式梯田、复式梯田、绿篱等六种类型。水库综合治理的评价指标体系如图1 所示。

3.4.2 指标权重确定及评价方法

研究各个评价因子的权重是评价实施中的关键。层次分析法的应用体现出多层次、多要素的特点，指标的权重体现出逻辑性、系统性、实用性。指标数据简单，具有可操作性。通过专家对比，建立对比较矩阵，计算出单排序与总排序，分析判断矩阵与群组决策是否具有一致性，计算得出各评价因子与X层存在的权重关系[5]。层次分析法的计算方法较为烦琐，本次应用了yaahp 专业软件取代人工计算，经一致性检验明确了各因素层与指标的权重。借助对数效用函数分解，对各个指标实施无量纲化处理分析，获得水库工程水土保持综合治理效益评价因素的权重值，见表1。

表1 水库工程水土保持综合治理评价因子权重值

图1 的综合权重排列顺序表明，影响小流域综合治理的效果直接影响因素包括地表径流、土壤侵蚀、植被覆盖等，这些指标权重累计为61%。

图1 水库工程水土保持综合治理效益评价指标体系

3.4.3 不同水土保持措施效益分析

效益指标包括坡耕地、坡式梯田、复式梯田、绿篱、经济林、水源林。数据见表3。综合效益从高到低排列分别为水源林、经济林、复式梯田、坡式梯田、绿篱、坡耕地，说明水保林与经济林的种植对于维护生态环境可以发挥较好的效果。单从经济效益比较，从高向低排列顺序为经济林、坡式梯田、绿篱、复式梯田、水保林、坡耕地，这也表明经济林与坡式梯田具有良好的经济效益，绿篱也较好，这是由于绿篱的投资不多，并且在回收期方面具有优势，可以保证短期内收益。复式梯田的投资较大，不同于其他耕作措施，在经济效益方面缺少优势，并且投资回收周期长。此荐研究选择的水源林地的主要种植作物为枇杷。枇杷的种植成本相对高，并且成果时间较长，在短期内难以体现出经济效益。而坡耕地如果不采用措施会导致严重的水土流失现象。随着时间推移，区域土层逐渐变薄，作物的产量及收益会受到影响。6 项措施中，效益从高到低的排列顺序依次为复式梯田，坡式梯田，经济林，水源林，绿篱，坡耕地。采用复式梯田不仅可以改善耕作条件，还可以推动水系、道路等基础设施的完善，还可以解决当地的就业问题。

6 项措施中，从高到低排列综合效益分别为经济林、水源林、坡式梯田、复式梯田、绿篱、坡耕地。数据表明，经济林具有保持土壤、涵养水源的功能，可以保证经济收益，体现出综合经济效益；采用坡式梯田的优势是可以缓解坡耕地水土流失，可以提高旱地的种植效益，体现出投资少、见效快的特点；采用复式梯田可以有效防治水土流失，但是其缺陷是造价较高，不适用于坡度较陡或土石山区。修筑土坎梯田要考虑到地区的地形特点。绿篱的特点是造价低，易于管护，但是其缺陷仍需要采用斜坡耕作，会引发水土流失。库区所在地的特点是人多地少，在坡耕地种植是粮食的主要来源，对于库区的农业生产，采用坡式梯田与复式梯田有利于保障粮食安全，并且保证经济效益，解决水土流失问题，体现出生态效益。水源林的缺陷是经济效益不高，如果要大幅提高经济收益，要扩大经济林的种植面积[6]。水库区针对水土保持进行综合治理要发挥种植经济林的优势，改善坡耕地现状，将坡式梯田作为主要方式，另外可以发挥复式梯田和绿篱的补充作用。

4 结语

水库工程的建设与运行中往往容易出现水土流失的现象，进而对地方生态环境的持续健康发展带来非常大的影响。因此，水土保持综合治理效益评价对于水土保持综合治理工作非常重要。该水库项目经过对工程措施、临时措施、植被措施的科学合理配置，在合理管理制度的配合下，科学有效地治理了项目区域内的水土流失，基本上实现了项目制定的保护自然生态的目标。在工程运行期间，与本地农业经济模式有机结合，大力发展项目区园林经济，在提升植被覆盖率的同时，获得了可观的经济效益。

表2 水库工程不同水土保持措施效益指标数值