宋永鋒,汝海麗,姚西文
(平?jīng)鍪兴帘3挚茖W(xué)研究所,甘肅 平?jīng)?744000)
紙坊溝小流域位于平?jīng)鍪谐悄希婕搬轻兼?zhèn)、峽門鄉(xiāng)、柳湖鄉(xiāng)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的8個行政村,總?cè)丝? 798人,流域總面積19.04 km2。流域地形地貌復(fù)雜,上游為土石山區(qū),中游為黃土丘陵區(qū),下游為黃土殘塬溝壑區(qū)。地勢南高北低,流域形狀系數(shù)0.275,最高分水嶺處的狼牙山海拔為2 085.00 m,入涇河干流處海拔為1 337.05 m。共有溝道120條,總長57.24 km,其中在八里廟水庫以上有東、西2條支溝,東溝長8.38 km,西溝長4.01 km。從東南分水嶺到西北主溝道出口,依次分布有黑壚土、草甸土、紅黏土、黃綿土、新積土五類土壤。屬北溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫8.9 ℃,年均降水量516.4 mm,年均蒸發(fā)量1 531.6 mm,年均日照時數(shù)2 346.8 h,年均無霜期248 d,年均風(fēng)速1.99 m/s,最大凍土層厚52 cm。主汛期6—9月,平均降水量388.1 mm,占全年降水量的70.7%。
紙坊溝小流域土壤侵蝕以水蝕為主,面蝕廣泛,局部溝蝕伴有滑坡、泥石流等重力侵蝕[1-2]。流域內(nèi)山高、坡陡、土松、水急,建壩前每逢暴雨就發(fā)生洪水,給下游城區(qū)人民的生命和財產(chǎn)安全造成威脅[3]。1954年,紙坊溝小流域被黃河水利委員會選定為重點治理試驗區(qū)和平?jīng)鍪袇^(qū)治理洪水災(zāi)害的重點區(qū)。同年,開始在紙坊溝溝口修建紙坊溝大型土壩,一期壩高24 m,1961—1965年又分3次總共將大壩加高了5.2 m?;诜篮榈拈L遠(yuǎn)考慮,1966年在紙坊溝水庫(一壩)上游4.1 km處修建八里廟水庫,1967年夏八里廟大壩(二壩)建成。從1974年起,紙坊溝治理由單壩建設(shè)向壩群建設(shè)發(fā)展,大、小壩并舉,主支溝共建,逐步形成壩系。如今,紙坊溝小流域壩系由功能互補、配套齊全、效益突出的大小17座壩組成,包括3座骨干壩,14座小型淤地壩、塘壩。截至2019年底,流域內(nèi)有267.55 hm2水保林,603.43 hm2梯條田,174 807個水平溝、魚鱗坑、水簸箕等,580處澇池、水窖,255座溝道谷坊、截水堰,形成了以骨干壩為控制、谷坊及水保林為補充的溝道攔蓄工程防護體系。紙坊溝小流域壩系工程有效遏制了流域水土流失,改善了流域生態(tài)環(huán)境,保障了下游東城區(qū)度汛安全。紙坊溝小流域壩系工程在20世紀(jì)60、70年代黃土高原地區(qū)小流域溝道治理中具有典型性和代表性,是新中國成立后黨帶領(lǐng)平?jīng)鋈嗣駝?chuàng)新治水思路、改善生態(tài)環(huán)境,治水害、興水利的最大的民心工程。
自1955年起,平?jīng)鱿群笤O(shè)立了紙坊溝水庫(一壩)、八里廟水庫(二壩)、何家莊、東溝、西溝五個水文觀測站,定期對壩系進行大壩位移、沉陷、浸潤線、滲流、淤積等方面的觀測及全流域徑流泥沙觀測。2010年建立了紙坊溝水蝕監(jiān)測點。近年來,為實現(xiàn)紙坊溝流域水文自動化監(jiān)測,加強了紙坊溝小流域水文觀測基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和自動化監(jiān)測儀器的購置安裝。至今,紙坊溝小流域已經(jīng)積累了60多年的水文氣象資料,匯編出版了《1955—1982年黃河中游涇河紙坊溝流域水土保持徑流泥沙整編成果》《1983—2004年黃河中游涇河紙坊溝流域水土保持徑流泥沙整編成果》,并在此基礎(chǔ)上完成了“紙坊溝流域徑流泥沙觀測資料成果整編及水土資源高效開發(fā)利用模式研究”“平?jīng)鍪屑埛粶狭饔蛩程匦约八亮魇攸c研究”兩個課題。
紙坊溝水庫前期蓄水9年,八里廟水庫前期蓄水4年,大拐溝、小拐溝、高莊壩至今仍在蓄水,現(xiàn)蓄水5.63萬m3。蓄水對美化環(huán)境、增加空氣濕度、改變小氣候、減少下游河道沖刷、促進周圍植物生長等效益顯著。壩系可增加入滲水量,這些入滲水量既能補給下游城區(qū)地下水源,又能提高兩岸溝坡土壤含水量,有利于作物生長。
截至2019年底,10多座水庫、淤地壩群年均攔泥量5.21萬t,滯洪攔泥庫容 269.67萬m3,減少了下游河流、渠道和水庫的淤積,有利于排洪泄洪。壩系建設(shè)抬高了河床、谷坡的侵蝕基點,遏制了庫區(qū)的沖刷和面蝕,研究表明,梯壩地可削減徑流[4-5]。據(jù)測算,建壩前流域土壤侵蝕模數(shù)為8 245 t/(km2·a),2019年土壤侵蝕模數(shù)為4 500 t/(km2·a),年均減少溝蝕46 340 t;建壩前主溝道每年沖刷下切0.25~0.40 m,建壩后(1988年)有9.75 km的主溝道停止了沖刷和擴張,水土流失面積減少44 hm2[6];截至2019年底,流域水土流失治理面積達到14.79 km2,流域水土流失治理度由20世紀(jì)50年代的11.92%提高到76.2%,流域生態(tài)環(huán)境趨向良性發(fā)展。
紙坊溝小流域17座淤地壩和塘壩,除有3座塘壩仍在蓄水外,其余14座壩已淤積成壩地,原來迂回曲折的溝道變成寬、平、緩的溝壩地,截至2019年底,流域內(nèi)共有溝壩地54 hm2。淤成的溝壩地除增加耕地面積外,還提高了地力。據(jù)測定,溝壩地有機質(zhì)含量較一般溝地高,速效磷含量達12.84 mg/kg、速效鉀含量達75.14 mg/kg,是旱澇保收的基本農(nóng)田。紙坊溝水庫以下至溝口的兩岸城區(qū),因河道逐年淤積,增加土地面積5.3 hm2,現(xiàn)已全部用于建設(shè)工廠和居民點。
淤地壩建設(shè)及壩地淤積使壩地兩面溝坡上的梯田種植作物的適宜性提高,農(nóng)產(chǎn)品種類也隨之增加,產(chǎn)量大幅度提高,農(nóng)民生活水平也大幅提升[7]。1964年以來,溝壩地陸續(xù)種植利用,逐步投入農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn),提高了流域內(nèi)糧食、油料、水果、蔬菜產(chǎn)量和牲畜出欄率,既解決了流域內(nèi)群眾溫飽,又增加了經(jīng)濟收入。目前,流域內(nèi)部分農(nóng)戶依托區(qū)位優(yōu)勢,開展壩地多元化種植,發(fā)展庭院經(jīng)濟,截至2019年底,已建葡萄園 12.5 hm2、桃園 8.2 hm2、蘋果園7.4 hm2,壩地年產(chǎn)值達到898.26萬元。
另外,上游壩系攔蓄了水沙、分散了洪水、減輕了洪水危害的同時,還減輕了下游河道治理和配套設(shè)施建設(shè)的壓力。紙坊溝下游排洪渠通過市區(qū),按城防要求應(yīng)按50年一遇洪水設(shè)計,100~200年一遇洪水校核,紙坊溝小流域建壩系后,經(jīng)過滯洪調(diào)節(jié),使紙坊溝流域50年一遇的洪峰流量由161.28 m3/s減小到30 m3/s,200年一遇的洪峰流量由376.55 m3/s減小到152.00 m3/s,大大減小了過水?dāng)嗝?,減少了下游河道治理工程量,節(jié)約了資金。由于紙坊溝小流域壩系的滯洪削峰作用,排洪渠上橋梁的設(shè)計規(guī)模降低,橋長由40 m縮減到20 m,雙跨變?yōu)閱慰?,?jié)省了人力、物力、財力。
歷史上由于嚴(yán)重的水土流失,紙坊溝是危害平?jīng)龀菂^(qū)安全的最大害溝。據(jù)府志記載,“明嘉靖六年(1527年)六月,大雨、雷、晝晦,浚谷(今紙坊溝)水暴漲,壞東廓(今中山橋東)、自新街、太平橋、儒學(xué)、稅務(wù)廂等,東及組谷(今水橋溝),樓觀、室、屋皆漂沒,墊士女工賈以萬計,或漂至西安之涇陽,高陵交口,得其貲貨尸?!盵6]此段府志證實了1527年洪水曾淹沒半個平?jīng)龀?,此后歷代地方官視在南河道(今紙坊溝經(jīng)城區(qū)段)筑城御水為德政。然洪水危害仍不止,據(jù)史料統(tǒng)計,清道光年間,洪水暴發(fā)一次就致死100余人;1947年7月洪水沖走數(shù)百人,死亡13人,沖倒房屋無數(shù),損失慘重[6]。
根據(jù)《平?jīng)龅貐^(qū)水利志》記載,新中國成立以來,平?jīng)龅貐^(qū)共有兩次特大暴雨,一次為1957年7月24日50年一遇的大暴雨,一次為1996年7月26日100年一遇的特大暴雨,其余年份暴雨強度相對較小。其中,1957年7月24日大暴雨,7 h降雨122 mm,最大降雨強度2 mm/min,洪峰流量達到158 m3/s,紙坊溝水庫壩前水深20.6 m,泄水洞、溢洪道全閘泄洪,剛修建的一壩經(jīng)受住了大暴雨的考驗,水庫儲蓄了大量的雨水徑流,大壩攔減了下泄洪量,下游無經(jīng)濟損失;1996年7月26日特大暴雨,10 h降雨153.3 mm,最大降雨強度2 mm/min,平?jīng)龀菂^(qū)部分地段遭受洪水侵襲,倒塌房屋345間,沖毀公路和城市基礎(chǔ)設(shè)施多處,直接經(jīng)濟損失達4 800余萬元,但由于紙坊溝小流域壩系的滯洪削峰作用,沒有對下游造成災(zāi)害。雖遭受兩次特大暴雨,但無人員傷亡,有效地保證了平?jīng)龀菂^(qū)人民群眾的生命安全。紙坊溝是一條害溝的印象已在平?jīng)鍪腥嗣裼洃浿邢?,這方面的社會效益是不可估量的。
紙坊溝小流域內(nèi)過去交通極為不便,通行道路為羊腸小路,除人擔(dān)畜馱外,車輛根本無法通行,嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。壩群建成后,許多阻隔交通的大小溝壑由壩體將兩岸連通,汽車、拖拉機暢行無阻,至2019年底,流域內(nèi)已建連村景觀路12 km、連戶路31 km、連城路4 km,內(nèi)外交通極為方便。
紙坊溝小流域壩群防御體系運行了60多年,達到了原設(shè)計防洪攔泥的目的,是一項防治洪水災(zāi)害、保障平?jīng)鰱|城區(qū)10萬余人生命財產(chǎn)安全、有利于當(dāng)?shù)爻青l(xiāng)建設(shè)的小流域綜合治理工程。近年來,平?jīng)鍪卸喾交I措資金,實施了水庫除險加固工程、山洪溝道治理工程、人畜飲水工程、以壩代路工程等,保障了平?jīng)鰱|城區(qū)防洪安全,促進了地方經(jīng)濟發(fā)展,對實施黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展重大國家戰(zhàn)略具有一定的借鑒意義。