董志塬区水土流失治理对策研究

董志塬区水土流失治理对策研究

一、丘陵区地貌单元特征董志干位于甘肃省东部。汉代被称为彭池干、彭源。北起送马关至青城线，南至泾河山谷，东西马连河和浦河。包括庆阳市西峰区全部及庆城、宁县、合水县各一部分,南北长87公里,东西宽36公里左右,面积2765平方公里,塬面海拔1200一1450米,有13条较大河沟呈辐辏状向塬心伸入,分割塬面成多数碎块,一般沟壑深150—200米,大小沟壑占面积的61%,荒坡又占沟壑面积的57%,塬面年降水量约在500毫米左右,年均温度8—1(0℃,无霜期150—180天。董志塬地处黄土高原中心,属黄土高原沟壑区和黄土丘陵沟壑区第二副区,是由于地板裂变挤压垄起和黄土移动堆积形成的,距今已有二百万年历史,因其是黄土高原上保存最完整的一块大平塬,加之黄土堆积厚,农耕历史悠久,故此号称“天下黄土第一塬”。塬区面积占总面积的34.7%,地势开阔平坦,塬与塬之间为河谷与沟谷分割,组成本区地貌单元的有塬面、沟坡、沟谷、河川。塬面是黄土高原沟壑区的主体地貌,地形起伏较小,开阔平坦,塬心地面坡度约在1—2°,塬边向沟谷倾斜,沟坡是塬面和沟谷之间的倾斜面,高程低于塬面,群众称“山地”,坡度一般在7—25°之间,沟谷是沟边线到流水线之间的陡坡地,为水力侵蚀而成,沟谷中常有悬崖陡壁出现,由于长期剧烈的流水侵蚀,沟谷不断下切,沟头不断延伸,谷底多呈“V”形发育。因受水力、重力、风力等多种力量的侵蚀、冲刷、塌陷,董志塬水土流失十分严重。二、侵蚀的形态特征及分布董志塬水土流失面积2735.95平方公里,1985年到2005年的平均侵蚀模数为6150吨/平方公里,年侵蚀量1683万吨。目前,董志塬的东西宽度已减少为18公里,最窄处仅剩50米,每年流失的泥沙达1315万吨,从这里输入黄河的泥沙高达1.684亿吨/年,占黄河流域入黄泥沙的1/10。水土流失主要有水力侵蚀和重力侵蚀两种类型,其中以水力侵蚀为主,水力侵蚀是大雨或暴雨径流挟带地面固体土壤颗粒流失到沟道、河流的过程,是土壤侵蚀的主要形式,按形态特征分为面蚀和沟蚀两种方式,面蚀主要分布在塬面、梁峁顶部、坡面及沟道。重力侵蚀是在外部营力,特别是水力共同作用下,以重力为其主要原因,引起地面物质的移动形式,重力侵蚀主要为泻溜和崩塌,泻溜发生在黄土的泻溜面上,崩塌发生在侵蚀沟谷两侧的悬崖陡壁上,重力侵蚀主要分布在沟岸、陡坡、悬崖及沟头等。土壤侵蚀的分布和分级情况是:无明显流失区29.59平方公里,占水土流失总面积的1%,主要分布在董志塬心的基本农田,坡度一般小于5°;轻度侵蚀区主要分布在董志塬面林地、草地等植被较好的地带,坡度一般在5—10°之间,面积780.42平方公里,占水土流失总面积的28%;中度侵蚀区分布在坡耕地、梁峁等地,坡度一般10—25°之间,面积533.74平方公里,占水土流失总面积的19%;强度侵蚀区分布在崾岘、湾掌、荒坡上,坡度一般在25—35°之间,面积545.08平方公里,占水土流失总面积的20%;极强度侵蚀区分布在沟头、沟边、沟底,坡度一般在35—45°之间,面积495.02平方公里,占水土流失总面积的18%;剧烈侵蚀区主要分布在陡坡及沟头、沟岸、陡崖,坡度一般大于45°,面积381.65平方公里,占水土流失总面积的13%。严重的水土流失导致生态环境恶化、人民群众生活困难,很大程度上制约了区域经济社会的发展,且直接危及到黄河中下游地区的生态安全。三、董志干水土流失的原因(一)地表径流侵蚀力大坡、沟是坡面区和沟道区的主要地形特征,董志塬坡面区和沟道区的面积1805.5平方公里,占总面积的65.3%。沟道数量多、坡度大,据统计目前五百米米以上的沟道3649条,1000米以上的沟道1147条,密度为每平方公里3.8米。地面坡度越陡,地表径流的流速越快,对土壤的冲刷侵蚀力就越强,坡面越长,汇集的地表径流量越多,冲刷力也越强。董志塬丘陵起伏、支离破碎、沟壑纵横,有塬、梁、峁、坪地、细沟、浅沟、切沟、悬沟、冲沟、坳沟(干沟)和河沟、黄土碟、黄土险穴、黄土柱等地貌,这些地貌是坡度和坡长的综合反映,是产生水土流失,引起土壤侵蚀的重要因素。(二)塬面文献,明确出出“沟面生长,沟面缩小,沟面业。”面,沟面缩小,土地扩张,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,塬面损坏,土地加由于地形支离破碎,沟道纵横,虽然塬面平坦,但塬面产生的径流直接流入沟道,水力的作用造成土壤侵蚀,沟头前进,沟岸扩张,塬面崩塌。黄土质地疏松,颗粒多在0.02—0.05毫米之间,粉粒多(60%—70%),粘粒少(10%—20%),土壤有机质缺乏,含量一般在1%以下,孔隙度大(30%—50%),抗蚀性差,抗冲性弱,在产生大面积的径流时,易被水力搬运冲刷,加速了水土流失。(三)水土保持作用草地对防止水土流失,减少地表径流具有显著作用,根据黄土高原水土流失区测定资料,农田比草地的水土流失量高40—100倍,种草的坡地与不种草的坡地相比,地表径流量可减少47倍,冲刷量减少77%,天然草地不仅能截留可观的降水量,而且比空旷地有较高的渗透率,对涵养土壤中的水分有积极作用。森林既是防止地表遭受暴雨打击引起土壤侵蚀的屏障,又是截流雨水、增加地表持水能力、涵养水分的“绿色水库”,据统计,一亩林地年蓄水量可达20000公斤。森林的水土保持效应,是保证流域中、下游地区水资源潜力得到充分发挥,土地资源得到保护的前提,是防治洪涝灾害的关键。树木的叶子、枝干能对降雨进行第一次拦截,使部分雨水残留在其上,一方面延长了雨水降落的时间,另一方面减弱了雨水对地面的直接冲刷,从而减弱了降雨对地面的侵蚀,林地中土壤疏松,有机质丰富,能使落在林地上的水分储存起来不散失。目前,董志塬营造的水保林28827公顷,经济林4248公顷,人工种草2142公顷,治理程度仅为45.6%,且塬区均为人工林,天然植被稀少,植被覆盖率低,拦截降水、固沟保塬、减少流速、分散流量、过滤淤泥、涵养水源等功能差,导致水土流失十分严重。(四)降水受污染严重,降水受限制,降水受限制,降水受限制,降水受限制,降水受限制,降水受对于水土流失严重影响,降水受对于降水较多独特的气候是水土流失的基础,东西走向不断增高的喜马拉雅山挡住了来自印度洋暖蒸气团向北移动,久而久之,使处于中国西北部的董志塬降水越来越稀少,历年平均在548毫米左右,受东南季风和西南季风影响,本区夏季降水不稳定,强度大,七、八、九三个月的降水占全年降水总量的58.5%,泥沙占91.3%,七、八两个月降水量最大,占41.4%,泥沙量也最大占84.1%,造成了严重的水土流失,秋季降水持续时间较长,冬春季降水稀少。西北风与西风一起制造黄土高原的同时,带来了粉沙颗粒,气候的干旱与降水不稳定、黄土及粉沙颗粒不稳定相结合,使本区生态环境十分脆弱。(五)特殊情况下的地下水位下降,成为“发展新的”在城镇建设上,缺少必要的水土保持配套措施,加速了水土流失速度,没处理的污水也影响了流经地的生态平衡;在能源开发上,长庆油田仅在西峰区目前井场站所已达305处,其中206处就分布在耕地内,占用面积达到2860亩,占用的同时伴随着浪费和污染。董志塬浅层水是塬区近百万群众和城市居民赖以生存的主要水源,目前西峰油田的开发主要用浅层水,塬区部分区域也因油田回注水造成局部地下水层串层紊乱,按出一吨油耗5方水计算,开采西峰油田共需水21.75亿立方,而董志塬浅层水只有2.6亿立方,仅占需水量的11%,油田开发两年时间地下水位就开始快速下降,其中驿熊工程地下水位已经下降了16米,塬区群众自打的水井有的已经干涸,这种情况若持续下去后果不堪设想;在人工治理上由于工程浩繁、投资巨大,无力开展大规模治理;在管理制度上由于重栽轻管,造林成活率很低,重治轻防,生态环境修复后又被破坏,落后的治理措施,较低的防护力度,使该区水土流失得不到及时有效防治。四、董志干水土流失的严重性(一)自然灾害频繁发生水土流失使土壤肥力下降,土质贫瘠,土地沙化,土壤的保土保水性变差,植物生长条件受到破坏,植被逐年稀疏退化,出现裸露地面,土表裸露更加速了水土流失,沟床下切,沟岸扩展,塬面萎缩,土地减少,水、旱等自然灾害频繁发生,使生态环境走上了恶性循环之路。据史料记载唐代后期的董志塬面是完整的,南北长42公里,东西宽32公里,如今南北变化不大,东西最宽处仅18公里,最窄处已不足1公里,以最大宽度计,其面积已由1344平方公里变为756平方公里,1300年来,至少已损失土地588平方公里,合882000亩,平均每年损失良田678亩,相当于每平方公里损失良田1亩,长此以往,百万年堆积的黄土恐怕在今后三千年内冲刷殆尽。(二)—加剧了区域贫困严重的水土流失导致自然生态平衡失调,土壤肥力衰退,自然灾害加剧,粮食产量低而不稳,坡耕地小麦亩产量在50—100千克左右。部分群众长期处在贫困线上,交通、文化、教育等得不到应有的发展,加剧了区域贫困,一些大型能源企业觉得董志塬水土流失大、环境差、面积小、缺水、经济社会发育程度低、交通不便、信息不灵、不愿意在董志塬安家落户,原有的中央驻庆企业也不愿意在此发展,董志塬经济社会的发展错失了一次次大好机遇。(三)流滚动田块,影响水资源开发利用董志塬区由于降水集中,强度大,系统的水保设施没有建立起来,集中降雨期大雨来临,洪流滚滚,冲向沟沟岔岔,毁坏田地,灌溉水、人蓄饮水等又得不到保障,春秋两季会出现旱情,加上水质日益恶化,影响了水资源综合开发利用。马莲河、蒲河两大河流是该区主要生产生活用水来源,由于降水相对集中,造成水源浑浊,影响着城镇居民的饮水安全和生活质量。(四)两岸居民及其农业生产的灾害董志塬每年输入马莲河和蒲河的泥沙直接充斥着河道及农业灌溉渠道,使河流中下游河床抬高,汛期极易发生洪水,对两岸居民及其农业生产造成巨大的灾害。严重的水土流失,致使库渠淤积,影响水利设施效益,如蒲河巴家嘴水库1962年建成,原设计库容3.57亿立方米,十年时间就淤积了泥沙1.59亿立方米,占设计总库容的43.5%,由于库容不够,影响防洪安全,又在1965年、1973年、1980年、1999年分别进行加高加固。五、董志琦的水土保持需求(一)庆阳市石油开采的现状在未来几年,庆阳市要率先建成国家级能源化工基地、西电东送基地、西气东输基地、全国重要的战略能源开发接替地之一。近年庆阳全力支持中石油、中石化、华能、中铝等大型央企加快开发建设,积极引进中化、华电、晋煤等大型企业集团参与庆阳市石油煤炭资源开发,实行大区域布局、大企业引领、大项目支撑、大园区承载,以优势资源的大开发推进工业经济的大跨越,庆阳又是陕甘宁三省唯一重点建设的区域中心城市,庆阳市的南边是西安,北面是银川,东面是延安,西面是兰州,中间没有一个区域性城市,庆阳的强力发展对推进陕甘宁三省的发展、改变区域落后面貌具有不可替代的作用,也是国家和人民的长久期盼。董志塬是庆阳市委市政府所在地,是能化工业集聚区,因此水土治理工作不但必要而且迫切,试想,一个地面裸露、沟壑纵横、夏季洪水四溢、其他季节干旱、面积快速萎缩的黄土小塬如果不及时综合治理,如何能承载起这样重要的经济社会功能。(二)出口贸易企业的基本情况董志塬是全省重要的特色农产品种植加工基地,生产的黄豆、油料、小米、曹杏、黄柑桃等享誉全国,是“中国优质苹果之乡”、“中国黄花菜之乡”、“中国小杂粮之乡”、“中国医药之乡”,以董志塬北部的一个普通乡镇——驿马镇为例:驿马镇总面积272平方公里,总耕地面积11.4万亩,共辖20个村委会(含1个办事处),168个自然村,人口9827户,47510人,农业人口占78%,人均纯收入2075元,目前共有各类企业、个体工商户741户(从事农副产品加工贸易企业147户),百万元以上企业91户,千万元以上企业9户,外向型企业47户,具有进出口经营资格的企业9户,从业人员6200多人,年创劳务收入5100多万元,占农民家庭收入的53%,初步形成了以驿马为中心,辐射白马、彭原、董志等周边乡镇的出口贸易区,主要出口产品有白瓜籽仁、油葵仁、黄花菜、苹果圈、甘草酸、桃脯、杏脯、苦杏仁等9大类、30多个品种,产品远销英、法、东南亚、北美及东欧等20多个国家和地区,白瓜籽的出口量占全国总量的70%以上。如果董志塬水土保持的对策能够很快实施,将为董志塬特色农产品产业的深度发展铺垫好坚实的的基础,否则董志塬的绿色产业将会逐步衰退。(三)森林、草原的原因黄土高原面积广阔,北起长城,南达秦岭,西抵祁连山,东至太行山,横跨陕西、山西等六个省区,总面积达58万平方公里,黄土层厚度达100米左右,最厚的地方可达200米以上,降水多集中在夏秋季节,多暴雨,加上森林和草原遭到历代不合理利用和破坏,所以水土流失非常严重,流水把高原侵蚀切割成许多沟壑纵横的黄土地貌,黄土高原绝大部分地区已成为千沟万壑、支离破碎的丘陵沟谷区。被冲走的土壤,顺着黄河的大小支流,带到下游,淤塞了河道,造成黄河下游的洪涝灾害,统计流失面积达45.4万平方公里,其中年侵蚀模数大于5000吨/平方公里的水蚀面积为14.65万平方公里,占全国同类面积的38.8%,年侵蚀模数大于15000吨/平方公里的剧烈水蚀面积为3.67万平方公里,占全国同类面积的89%,所以,对黄土高原进行综合治理是改善黄河流域水土流失的重要举措,而董志塬的治理措施,治理效果,治理成本无疑是最好的“试验田”。六、董志琦水土保护对策(一)“井田”的概念1“井田”工程。纵横交错的路网将整个塬面分隔成一片一片的块状地(为了论述方便,我们称这些块状地为“井田”),以这些“井田”为单元,以原有地势为基础平整为一片平展的土地,在每块“井田”内依据水流需要和原有地貌修筑人工湖、水塘、涝池、集雨水窖,做到水不出“井田”,就近汇集、利用、下渗。(二)黄土高原周边地区管理对策1.防冲带和地下水沿董志塬边(当地老百姓俗称沟边)密植一大圈防冲林带可以截流、吸墒、保土、固原,有效防止径流冲刷、沟头延伸、沟岸扩张,防冲林带纵深可以尽量宽一些,形成一圈绿色长城。据测算,无林坡地的土壤只能吸收降水的56%,但10米宽的林带则可吸收84%,如林带宽达80米,地表径流则可以完全转化为地下水。在湖、池、塘周围载植生态林或经济林木,充分利用不方便耕种的低湿地和凸凹地改善生态,发展经济。2.池、池塘里去在塬边构筑堤坝,阻挡水流下塬;修建水渠引导水流到预先设计好的涝池、池塘里去;根据需要规划、修建足够多的湖、池、塘、窖,让堤坝挡回的水、水渠引来的水在塬面部分就地下渗、利用。现在董志塬边的个别地方可见引水渠和挡水堤坝,但渗水设施不配套,达不到预期目的。3.小样本农田的降水作用塬面边缘地区呈现出明显的外低内高地势,修平整的梯田经过一个时期的雨水冲刷又变成了外低内高的坡状梯田,随着坡度加大,水流加速,时间一长,耗时费工修建出来的梯田就会变成废田,遇上大雨整个梯田都会冲跨,如果在梯田内依照地形的自然形状修建环形渗水壕沟,使该块梯田的地面降水就地下渗,可以起到保土、保肥、保水、保田的作用。沟边的农民常在小块梯田上用这种方法拦水保田,效果较好,建议完善推广。4.干草地、荒海造地塬边有众多的支毛沟渠、沟圈、沟道、胡同深入塬心,这些凹渠有些依然是塬面径流泻向沟底的通道,有些早已干涸、废弃、荒芜,因渠造地可以增加土地面积,有些沟道可以筑堤拦洪、淤泥造地,有些可以指定为草地、林地,分给自然村看管,只许种草种树,不许翻土垦殖。位于董志塬西部边缘的坝沟咀沟道,原来绵延几十里,伸入到西峰城区附近,经过几十年的填埋平整,现在位于西坡、东坡两个自然村内的沟道部分已经完全变成了基本农田。5.单元治理问题塬边有些地形区的水流逐渐往一块儿汇集,最后集中泻向一个沟头,我们把这个地形区称为“汇水单元”,汇水单元面积大的沟头溯源侵蚀剧烈,沟岸扩张和沟床下切严重,应作为重点治理单元,以一个汇水单元为治理区块,设计科学合理的工程措施、生物措施,充分利用地表水,增加土地面积,提高土地的生产力,是被实践证明了的很好的水保措施。如面积为36.3平方公里的南小河沟流域就划分了71个汇水单元,其中19个比较大的汇水单元是治理的重点。在黄河水土保持生态工程齐家川示范区径流高效利用示范村(崔沟村)建设中,将全村10.83平方公里的土地划分为25个相对独立的汇水单元,其中6个比较大的汇水单元进行重点治理,使地表水资源利用率提高了16.6%、地下水资源利用率提高了19.4%,取得了显著成效。(三)板层处理对策1.开地皮的修建梯田是缓坡区的主要农耕土地,传统的梯田是由人力和畜力修建的,面积太小,现代农机无法耕作,生产率低,每年耕开地皮任由洪水冲刷,遇上大雨整个梯田都被洪水冲塌或泻溜,把梯田修大一些可以发挥规模效益,使用各种现代农机,在梯田中间修建较大的环形渗水壕沟,把梯田中的降雨就地收渗,面积太小的梯田坚决放弃,确定为植被区,不准耕种,只准密植植被树、植被草,不适合修建大面积梯田的缓坡地确定为永久性植被区,密植覆盖性强的草种和灌木林。2.陡坡上种植林地草精选覆盖性好、繁殖力强、保土能力好的草种树种反复播籽密植,坚决禁牧、禁砍,做到厚草密树夯实坡面,下大雨时能够拦洪、保土、收墒。3.洪水引导坡面区域的洪水在陡坡区顺着水流方向修建渗水涝池或依地形地势,把坡面上下泻的洪水引导到坡凹坑沟,让坡面部分的水流就地下渗,不流到沟底去,由于坡面部分面积大,渗水涝池数量要多,容积要大,但充分利用坡面区的自然沟凹因势利导是很好的水利工程。(四)防止沟底下切、稳定沟坡的主要措施1.分级筑坝、拦泥填沟、抬高河床。对支干沟,上下游进行全面规划,节节筑坝拦蓄,淤积成不同面积的沟坝地,根据原沟道地形特征淤地坝以小型为主,成阶梯状分布,配合骨干工程,形成拦蓄、生产、防洪,灌溉相结合的完整体系。可以一次修成,也可以一次设计多次加高,边淤积、边利用、边加高的方法安全、省工,现有的淤地坝在保土治水发展生产方面发挥了很好的示范效益。如正宁县永正乡友好沟,流域面积17.20平方公里,打淤地坝5座,发展水产560亩,基本实现了沟道川台化,做到了泥不出沟。2.对耕作效益差,地基不牢固的小块地密植灌木林和保土性能强的草种,巩固拦泥填沟形成的平地。3.在侵蚀活跃的支毛沟沟底修筑谷坊(可分为土谷坊、石谷坊、土柳谷坊等)是防止沟底下切、稳