青杠扒流域水土流失特征及综合治理评价

杨 柳，王玉英

(1.南阳市水土保持监督监测站，河南 南阳 473000;2.南召县水土保持科学试验站，河南 南召 474650)

1 流域概况

青杠扒流域位于南召县四棵树乡西部，属长江流域唐白河水系，流域面积19.8km2。流域上宽下窄，为一扇形闭合集水单元，由和平沟和新寺沟两条“人”字形的干沟组成，干流长 9km，海拔 213—939 m，山坡平均坡度 27°。流域内岩性为斑状花岗岩和花岗片麻岩，岩石极易风化，土壤多为山地黄棕壤，p H值为5.5～7.5。流域地处亚热带与暖温带的过渡带，四季分明，降雨充沛，年均降雨量 989mm，年最大降雨量1994 mm，年最小降雨量 544mm，年均气温14.8℃ ，年均蒸发量1340mm，年日照时数为1978 h，无霜期 220d。

综合治理前，由于历史的原因，青杠扒流域生态环境十分脆弱，20世纪50年代流域年均侵蚀模数为3380t/(km2◦a)，年流失土壤约 6.7万t，20年一遇暴雨的地表径流系数达0.81，许多坡面土壤的 A层、B层被剥蚀殆尽，C层出露。流域内土壤母质风吹即散、手搓即碎，抗蚀力极差，这就进一步加剧了土壤流失。如1957年 7月14日一次降雨170mm，引起山洪和泥石流暴发，冲毁耕地1.2hm2、河堤 5道，经济损失十分严重。

青杠扒流域自1958年开始治理，至1986年年均侵蚀模数下降到1170t/(km2◦a)，1987年以来在已有的基础上进一步完善提高，目前已治理水土流失面积17.29km2，占总面积的87.3%，其中改河造地19.3hm2，闸沟淤地37.7hm2，修筑梯田13.9hm2，修建谷坊 2.4万座、山塘 60座、小水库 2座、河堤8500m、排洪渠 2.9万m、渠道 7500m，完成造林 446.7hm2、封山育林349.6hm2、改造残次柞坡 666.2hm2。经过 40余年的连续治理、综合治理，流域内已形成了较为完善的水土流失综合防护体系，各业经济得到了全面发展，群众生活水平显著提高，生态环境趋于良性循环。至1999年首批全国水土保持生态环境建设“十百千”示范小流域验收时，该流域已达到国家要求的小流域综合治理一级标准。

2 流域水沙特征

南召县水土保持科学试验站在青杠扒流域的和平沟(控制面积 9.62km2)和新寺沟(控制面积 5.78km2)分别布设有径流观测站及基本雨量站，两沟的观测资料系列相同且资料完整。因和平沟控制流域面积较大，其立地条件及治理措施布局在唐白河水系具有代表性，故本研究以和平沟水沙变化为主来研究青杠扒流域水土流失特征及综合治理效益。降雨资料采用1984—2006年实际观测资料。

2.1 水沙特性分析

据统计，1984—2006年的 23年间，青杠扒流域年均降雨量1016.6mm，年最大降雨量1763.8mm，年最小降雨量 724.7mm，年均降水日数 98d;年均径流量369.7万m3，年最大径流量 837.3万m3，年最小径流量 97.30万m3，共产流160次，其中≥100mm的降雨产流33次，≥50mm的降雨产流 71次，＜50mm的降雨产流 56次;年均输沙模数 71.7t/(km2◦ a)，年最大输沙模数 218 t/(km2◦a)，年最小输沙模数1.35 t/(km2◦a)。

2.2 水沙年际变化及年内分配特点

青杠扒流域水沙年际变化的特点是:年径流量和年输沙量的年际变化较大，水大沙大、丰水多沙。由于暴雨洪水是产生泥沙的主要动力，因此洪水发生的时间也直接影响着水沙关系:一般汛期头几次洪水含沙量较大，越往后洪水的含沙量越小，其原因是经过冬季冻融侵蚀及人类活动的影响，表层土壤处于松散状态，抗蚀性能差，所以汛初的前几次洪水土壤流失较严重，含沙量偏高。

水沙年内分配的特点是:降雨和泥沙主要集中在汛期的6—9月份，期间降雨量占年降雨量的 68%，径流量占年径流总量的 90%，输沙量全部集中在汛期。

3 监测成果分析

3.1 实测水沙变化情况

青杠扒流域水沙观测系列为1984—2006年，共 23年。为便于分析比较，按治理程度将流域治理划分为3个时段，即时段Ⅰ(1984—1986年)为综合治理前期、时段Ⅱ(1987—1991年)为综合治理初期、时段Ⅲ(1992—2006年)为巩固提高治理期，分析中将时段Ⅰ作为水沙变化对比的基准期。

分析观测资料可知:①径流泥沙量随着降雨量的变化而明显变化。1990、1996、2000、2005年属丰水年，年输沙模数稍高或接近于基准期最大值，特别是 2000年受副热带高压、切变线和华北低涡的影响，7月 2日至7日全省普降暴雨或大暴雨，局部有特大暴雨，唐白河水系鸭河口水库出现了建库以来的最高水位，而青杠扒流域位于暴雨中心，出现了建站以来的最大洪水。因而，把 2000年作为特殊年份对待后，其余年份的输沙量均随降雨量的变化而变化，且低于基准期的平均值。②各时段年均水沙量明显呈递减趋势(2000年水沙量除外)，且沙量的减少幅度大于水量。③1987年以后降雨量基本持平的年份，年径流深较基准期有所减少，而年输沙模数则大幅度减少。

3.2 水沙变化原因分析

3.2.1 时段对比分析

由实测资料计算的青杠扒流域3个时段的年降雨量、年径流深和年输沙模数的平均值见表1。与时段Ⅰ相比，Ⅱ、Ⅲ时段的年降雨量分别增加了13.9%、8.0%，Ⅱ时段的年径流深增加了17.7%，Ⅲ时段的年径流深减少了 7.5%，而两时段的年输沙模数却分别减少 44.0%和69.8%。在流域降水特征基本相同的情况下泥沙大幅度减少，说明各项水土保持措施发挥了显著的蓄水拦沙作用。特别是在Ⅲ时段将 2000年水沙参与计算后，年输沙模数与Ⅰ时段相比仍减少 69.8%，而 2000年的输沙量相当于枯水年十几年的输沙总量，这充分说明青杠扒流域经过综合治理后各项水土保持措施的拦蓄性能是较为稳定的。

表1 和平沟不同时段年降雨量、年径流深、年输沙模数对比

3.2.2 相似降雨次洪水对比分析

降雨从降落到地面直至形成径流流出出口断面是一个复杂的演变过程，而流域水沙变化则是流域综合治理和降雨变化综合作用的结果。为对比分析水土保持措施削洪减沙效益，根据青杠扒流域次洪水统计资料，挑选历年降雨量、雨型相近的次洪水进行对比分析。从分析结果可知，青杠扒流域综合治理后的削洪减沙效益是比较显著的，如1986年 8月19日和1994年 8月 29日两次降雨，前者的降雨量为135.9 mm、后者为135.5mm，前者的降雨历时为15时 26分、后者为12时 55分，前者平均雨强为8.8mm/h、后者为10.5mm/h，而前者径流深为116.8mm、后者为40.6 mm，前者是后者的 2.88倍;前者的输沙模数105 t/(km2◦a)是后者 4.53 t/(km2◦a)的 23.2倍，足见水土保持措施削洪减沙效益之显著。

4 综合治理评价

青杠扒流域自 20世纪50年代末开始治理至今，经历了几个治理阶段，取得了显著的治理成效。该流域自1987年被列入省、市重点治理流域后，根据小流域治理的总体规划要求，有计划、有步骤地开展了山、水、田、林、路综合治理工作，对原有的沟道工程进行了整修加固，并新建谷坊 5000座、塘坝1座、拦河坝 26座，塘库总库容达 87万m3，使沟道得到了全面整治;在治坡方面，营造了大面积的用材林和水保防护林，消灭了荒山，对原有林地和柞坡也进行了封育和改造，使流域内初步形成了乔灌草结合、针阔叶搭配，工物措施与植物措施紧密结合的水土流失综合防护体系，水土流失得到全面控制，整个流域的生态环境得到了显著改善。

从对青杠扒流域综合治理前后水沙变化的分析可知，该流域水沙变化的原因主要是较为完善的水土保持综合防治措施作用的结果。虽然沟道工程是该流域蓄水拦沙的重要工程，但如果没有林草措施和农业耕作措施的密切配合，是不可能从根本上控制水土流失的。正是由于工程、植物与农业耕作措施的综合作用，才使该流域 20年一遇 24 h暴雨径流系数由0.81降至0.45，蓄水效率提高近 40%，削减洪峰 50%以上，流域年土壤流失量由治理前的1.76万t减少到目前的0.39万t，拦沙保土效益达到77.8%，流域年均输沙模数下降到71.7 t/(km2◦a)，同时有效地降低了谷坊、坝库淤积速度，延长了水利水保工程的使用年限。20余年来，水利水保工程经上百次暴雨洪水考验安然无恙，证明青杠扒流域综合治理是成功的。