水土保持生态工程杨河小流域坝系工程可行性研究基本情况.doc

水土保持生态工程杨河小流域坝系工程可行性研究基本情况1.1 自然条件1.1.1 地理位置杨河小流域位于宁夏固原市原州区，距原州城区40km，是黄河支流清水河一级支沟杨达沟的上游部分，呈东南西北走向，羽扇状。其地理坐标为东经106°1050106°1240、北纬36°173636°0412之间。（见杨河流域地理位置图），流域总面积101.00 km2。1.1.2 地质地貌杨河流域在大地构造上处于祁连山地槽东翼和鄂尔多斯台地西缘之间的过渡地带。自中生代以来，经过多次的隆起、沉陷、剥蚀和沉积，尤其新生代第三纪末期的喜马拉雅“造山”运动，使六盘山褶皱隆起成山，奠定了该流域现代地貌基础。流域地表主要为第四纪黄土，经自然侵蚀及新构造运动等长期雕塑刻画，形成了目前流域地貌。杨河流域地处黄土丘陵沟壑区第二副区。流域上游主要为缓坡黄土梁、峁、坡和壕掌等地貌，地面坡度较缓。中游坡陡沟深，地形破碎，梁顶较平缓，梁坡较陡，下游有大面积川台地分布。项目区海拔高程相差悬殊，由东南向西北呈强烈倾斜趋势，海拔15531800m，相对高差247m，沟壑密度1.50km/km2，全流域大于25°的坡度约占流域总面积的30.6%（杨河流域土地坡度组成详见表2-1，附表一）。表2-1 杨河流域土地坡度组成表项目坡 度 组 成 结 构5°5°15°15°25°25°>35°合计面积比例面积比例面积比例面积比例面积比例面积比例hm2%hm2%hm2%hm2%hm2%hm2%全流域1048341028202527198640042039262160102118961649.43102001001.1.3 土壤、植被1、土壤流域内土壤主要为黄绵土，土壤质地疏松，遇水易溶解。成土母质为第四纪黄土，具有土层深厚、疏松多孔、垂直节理发育、土质上下均匀、无明显沉积等特点。土壤中有机质含量在0.5%1%之间，养分缺乏，呈碱性。沟谷坡下部有少量红胶土出露。从土壤力学性质和分布情况看，该流域建坝材料丰富，能够满足坝系建设的需要。2、植被流域内的植被在水平带上位于温带干旱区，属于干旱草原植被类型，由于受六盘山山体垂直带的影响及人工造林种草等，项目区内植被类型多种多样，主要类型有：（1）落叶阔叶灌丛，多属中生和旱中生类型，在项目区也有少量残存，主要植物群系有虎榛子、山桃、酸刺等灌丛；（2）草原，草原植被型是项目区植被的主体，在项目区占绝对优势，主要植物群系为长芒草、茭蒿、铁杆蒿、百里香、冷蒿等；（3）人工植被，主要是人工林草。目前流域内林草措施面积占总面积的13.40%。1.1.4 气象水文1、气象流域所在区域属干旱温和气候区，春季干旱多风，夏季干燥炎热，秋季凉爽短促，冬季严寒漫长。流域日照充足，温差较大，雨热同季，四季分明。多年平均气温6.4，大于10的积温为2550，无霜期140天，年蒸发量1120.0mm。杨河流域气象特征值详见表2-2。表2-2 杨河流域气象特征值表气象站名气温°C10°积温年日照时数无霜期总辐射量大风日数平均风速观测年限年最高年最低年平均°Chd大卡Dm/s年固原34.6-30.96.425502471.7140121.8281.7202、降水流域年最大降水量718.7mm，最小降水量264.1mm，多年平均降水量420mm。其中69月降水量占全年降水量的68.1%，且降水多以暴雨的形式出现，历时短，强度大，是形成高含沙洪水和产生水土流失的主要原因。杨河流域降水特征值表详见表2-3。表2-3 杨河流域降水特征值表雨量站名年降水量(mm)多年平均汛期降水量（mm）多年平均暴雨次数（次）最大最小年平均量年份量年份蟠龙718.71964264.119694202860.83、径流、泥沙1）径流据宁夏回族自治区地表水资源和宁夏回族自治区水文水资源局提供的最新水文数据，该流域多年平均径流量为214.20万m3，最大年366.50万m3，最小年134.7万m3，年平均径流深21mm。受年内降水不均影响，年内径流量分配极不均匀，径流量主要集中在6-9月（占79.1%），8月份最多，占20%-40%，1月份最少，占1%-3%。夏粮作物生长期的4-6月份径流量占全年的15%左右，造成灌区作物生长期水量不足。夏季由于受地形因素影响，暴雨集中，历时短，往往产生局部暴雨洪水，引起洪灾。受近年大范围干旱影响，杨河流域各支沟很多潜流泉眼干涸，沟河断流。2）泥沙据宁夏回族自治区地表水资源，该流域流域多年平均输沙量50.34万T。根据固原市水文站资料，杨河流域所在的清水河流域输沙主要特点为：一是年内分配不均，汛期6-9月份输沙量占全年输沙总量的96.7%，且集中分配在汛期的几次暴雨洪水过程中，洪水造成土壤流失量占全年输沙量的95%；二是年季变化大，实测最大年，最小年之比达29.5倍；三是年含沙量大，达到44.9kg/m3，最大年1974年达855 kg/m3。4、水文泥沙分析计算根据宁夏回族自治区地方标准水土保持治沟骨干工程技术标准（DB64/6400P65 00100689），水土保持骨干坝、淤地坝工程设计水文泥沙分析采用设计暴雨推求设计洪水。1） 不同频率洪水计算（1）设计暴雨量计算根据宁夏回族自治区暴雨洪水图集，不同频率24h点雨量采用下式计算：H24·p=kp·H24 （21）式中：H24·p不同频率24h点雨量，mm； kp 不同频率对应的模比系数； H24 工程控制流域年最大24h点雨量，mm。查宁夏暴雨洪水图集附图14，项目区中心点最大24h点雨量H24=50mm；年最大24h点雨量变差系数Cv查该图集附图15得Cv=0.70；CS=3.5Cv，查皮尔逊型频率曲线表，不同频率所对应的模比系数kp值见表24。表24 不同频率所对应的模比系数kp值表频率P（%）1053.3210.50.33kp1.881.411.83.123.684.234.56根据式（21）计算不同频率24h设计暴雨量见下表25。表25 不同频率设计点雨量频率P（%）1053.3210.50.33H24·p（mm）94.00 120.50 140.00 156.00 184.00 211.50 228.00 （2） 不同频率24h面雨量对于控制较小面积的中小型淤地坝，以不同频率24h点雨量代替不同频率24h面雨量；对于控制面积较大的骨干坝，设计频率24h面雨量以相应频率24h点雨量代替，校核洪水设计暴雨计算时应考虑暴雨的不均匀性，面雨量参照宁夏治沟骨干工程技术标准提供的折减系数以相应频率24h点雨量进行折减获得，按不同控制面积乘下列系数：10km2时乘0.94；20km2时乘0.91；30km2时乘0.88。（3） 产流期平均入渗率杨河小流域属黄土丘陵区第副区，根据宁夏暴雨洪水图集，采用试算法计算产流期雨量和产流期平均入渗率，产流期平均入渗率f按下式计算： （22）式中：f产流期平均入渗率，mm/h； tc·p不同频率产流历时，h； Htc·p不同频率产流期雨量，mm。（4） 不同频率净雨量根据宁夏水文手册，用下式通过试算法推算不同频率净雨量Rp：Rp= Htc·pf·tc·p （23）式中：Rp不同频率净雨量，mm； 其他符号意义同前。计算结果见表26。（5） 不同频率洪水总量根据宁夏水文手册，不同频率洪水总量按下式计算：WP=0.1×Rp×F （24）式中：WP不同频率对应的洪水总量，万m3； F控制面积，km2。其他符号意义同前。不同设计频率洪量模数见表27。表26 不同频率净雨量计算成果表暴雨频率P（%）1053.33210.50.33净雨量Rp (mm)31.84 44.25 53.17 64.38 81.96 98.79 108.64 表27 不同设计频率洪量模数表洪水重现期（年）10203050100200300洪量模数(万m3/km1.a)3.284.42 5.32 6.44 8.30 9.88 10.86 （6） 不同频率洪峰流量根据宁夏水文手册，不同频率洪峰流量采用推理公式法按下式计算：Qp=16.67 Rp·F/t （25）式中：Qp不同频率对应的洪峰流量，m3/s； Rp不同产流时期最大净雨量，mm； t洪水历时，h；其他符号意义同前。流域汇流历时t可参考下表选取。表28 不同控制面积流域汇流历时表控制面积(km2)1010202030汇流历时(min)60120180不同设计频率洪峰流量模数见表29。表29 不同设计频率洪峰流量模数表洪水重现期（年）10203050100200300洪峰流量模数(m3/s.km2)9.12 11.29 14.77 17.89 23.05 27.45 30.18 （7） 不同频率洪水过程线不同频率洪水过程线采用概化三角形法。根据宁夏水文手册中洪水总历时计算公式： Tp=5.56×Wp/Qp （26） 式中: Tp洪水总历时，h； 其它符号意义同前。 涨水历时公式： t1=dt1×Tp （27） 式中：t1涨水历时，h； dt1涨水历时系数，一般为0.130.17，取0.15。 三角形洪水过程线相关数据如表210。表210 三角形设计洪水过程线相关数据表10年t00.30 1.00 Qt09.12 020年t00.301.00 Qt011.29 030年t00.30 1.00 Qt014.77 050年t00.30 1.00 Qt017.89 0100年t00.30 1.00 Qt023.05 0200年t00.30 1.00 Qt027.45 0300年t00.31 1.03 Qt030.18 02） 年均输沙量（1）输沙模数Msb=（1+）Ms （28）式中：Msb输沙模数，t/km2·a； Ms 年均悬移质输沙模数，t/km2·a，年均悬移质输沙模，由宁夏水文手册查得为5000t/km2；推移质比例系数，一般取0.050.23，取=0.10。由上式计算项目区年输沙模数5500 t/km2·a。（2）年均输沙量年均输沙量采用下式计算：W=Msb×F (29)式中：W年均输沙量，t； F项目区水土流失面积，km2； 其它符号意义同前。通过计算项目区多年平均输沙量50.34万t。1.1.5 水资源根据有关资料对比分析，杨河流域多年降水总量为4692万m3，其中90%用于植物吸收和土壤蒸散之中的水量为4221.80万m3，实际水资源量为469.20万m3，其中地表径流量为214.20万m3，地下水资源为255万m3。流域水资源主要特点为：一是水资源贫乏，流域人均占有地表径流量为148m3，耕地每公顷平均占有水资源量为604 m3，远低于全国和黄河流域水平；二是利用难度大，在年产水量中，汛期（6-9月）洪水总量为146.50万m3，占地表径流量的68.4%，由于目前没有完善的水资源利用工程，致使大量的洪水资源经河道排放出境，无法利用。 该流域主河道基本上有常流水，但是由于人口一般居住在山的中上部，加之干旱等灾害造人畜饮水及农业灌溉用水极度困难。目前利用的主要形式为水窖、涝池，或人挑、牲畜拉运等。根据有关用水定额，农村生活用水定额为15L/天·人，城镇居民生活用水定额为35L/天·人，大家畜用水定额为30 L/天·头，羊只、生猪用水定额为5 L/天·只，水浇地综合灌水定额为3000m3/hm2计算，各业用水量为53万m3，占现有水资源总量11.3。1.1.6 沟道特征流域由三条较大 “Y”字形支沟方家沟、黑马圈沟和石结子沟组成。在三条较大支沟上有十多条较小“Y”字形支沟，毛沟不很发育。三条支沟沟道特征基本相近，除上游壕掌呈宽浅“V”型外，其余多呈窄“”字形，沟底宽一般在10-30m，最宽处40m左右，最窄处仅2-3m。全流域大于300m的沟道总长度251.31km，一级支沟164条（杨河流域沟道情况见表2-2、附表二）。流域沟壑纵横，地形破碎，沟谷地面积占总面积的30%，沟间地占总面积的70%，沟壑密度为1.46km/km2。流域沟床平缓，比降约为10.74。按照A.N.strahler沟道分级原理，本流域有级沟道164条，级沟道32条，级沟道8条，级沟道2条，级沟道1条。从沟道情况看：级沟主要分布在流域上游，一般适合建设小型淤地坝；级沟主要分布在流域中上游，上游级沟一般适合建设中、小型淤地坝，中游级沟一般适合建设中型淤地坝和骨干坝；级和级沟道只适合建设骨干坝。流域沟道分级情况见表2-11，附表二。表2-11 杨河小流域沟道等级划分等级沟道分等标准沟道状况流域面积（km2）沟道长度（km）数量（条）级2-31.7611-21-220-1<2161级1-41-319<10.7-213级0.8-12>38级9-123-102级10213.21合计2071.2 社会经济情况1.1.1 行政区划、人口、劳力杨河小流域为固原市原州区所辖，涉及清河镇、官厅乡、寨科乡、头营镇四个乡镇的石庄、刘店、官厅、蔡川、湾掌、杨河、冯洼、张崖8个行政村。涉及人口3104户，14510人，劳力6811个。人口密度为142人/km2。杨河流域社会经济现状见表2-12，附表三。表2-12 杨河流域社会经济现状表人口总数(个)劳力总数(个)人口密度(人/ km2)人均土地(hm2)人均耕地(hm2)人均基本农田（hm2）产 值纯收入小计其中坝地总(万元)人均(元)总(万元)人均（元）1451068111420.70.540.092879.301984 1856.0612791.1.2 土地利用情况杨河小流域土地总面积10200hm2，人均土地0.70 hm2，人均耕地0.54hm2。由于流域内干旱少雨，自然灾害频繁，立地条件差，以及广种薄收等因素，导致土地利用结构不合理。目前流域内农业用地为7765hm2，占总面积的76.13%；林地面积411.2hm2；占总面积的4.03%，草地面积为954.8hm2，占总面积的9.36%，其它用地3.8hm2，占总面积的0.04%，农、林、牧用地比例为1：0.05：0.12。见表2-13，附表四。表2- 13 杨河流域土地利用现状表项目农 地林 地草 地其它用地未利用土 地总计合计坡耕地基本农田合计乔木灌木经济合计人工天然梯田坝地水地小计面积hm2776563911366.27.81374411.253.7304.253.3954.8364.85909937610200比例%76.13%61.66%13.39%0.08%13.47%4.03%0.53%1.98%0.52%9.36%3.58%5.78%9.73%0.75100.00%1.1.3 经济现状长期以来，流域内群众采用“以粮为主，广种薄收”的方式来满足生存所须的最低物质基础，自我发展和抵御自然灾害的能力十分有限。目前流域内粮食作物主要有洋芋、糜谷、豆类、玉米、高粱等。2005年，粮食总产量591.35万kg，人均408kg。2005年流域内总产值2879.30万元。其中农业产值1860.95万元，占总产值的64.63%；林业产值55.51万元，占总产值的1.93%；牧业产值为186.73万元，占总产值的6.49%；副业产值为776.11万元，占总产值的26.95%。农、林、牧、副业产值比1：0.03：0.10：0.42。由此可见，流域内农业产业结构单一，以农业为主，经济较为落后。产业结构见表2-14、附表五。 表2-14 杨河流域农业经济结构现状表项目农 业林业牧业副业合计小计粮食油经其它产值(万元)1860.951490.88370.0755.51186.73776.112879.30比例(%)64.6323.9 9.8 1.936.4926.951001.1.4 基础设施杨河流域交通有固环公路自上游沿流域分水岭通过，流域涉及各村与乡政府均有简易公路相通。另外10KV输电线路通往各村，基本实现了村村户户通电。1.1.5 机制和政策目前小流域土地已全部划拨到户，30年不变，已成坝地实行集体所有，按户承包，并在承包期内负责坝体的维修加固。1.3 水土流失及坡面治理现状1.3.1 水土流失状况该流域是原州区境内水土流失最为严重的地区之一，属黄河多沙粗沙区，水土流失面积91.52km2，占总面积的89.7%。(1)、水土流失特点流域土壤侵蚀方式多样，且多种侵蚀相互重叠。主要侵蚀方式为：春季岩体解冻，冻融侵蚀及以泻溜为主的重力侵蚀严重；夏、秋季，尤其在六月至九月间，降水充沛，水蚀、重力侵蚀等复合侵蚀严重；冬季至第二年春季，气候干旱，土壤干燥，植被等地面覆盖物的覆盖能力降低，风力侵蚀严重。从地域上看，项目区上游主要是坡面水流汇集于沟头，造成沟头延伸和沟岸扩张，使上游壕掌地不断的被蚕蚀。据调查分析，沟头每年前进1020m左右，一个沟头每年蚕蚀耕地35亩，另外沟头前进常常造成交通中断，给当地群众的生产、生活带来很大危害。从中游到下游，由于坡面较陡，坡长较短，造成切沟发育，并伴有泻溜、滑坡，、崩塌，台地边缘地水洞等。水土流失程度平均为强度水平，因此水土流失治理对黄河防洪减淤影响重大。（2）、流失程度流域水土流失面积91.52km2，其中侵蚀模数800015000t/km1.a的极强度侵蚀区面积为9.62km2，占水土流失面积的9.45%，侵蚀模数50008000t/km2的强度侵蚀区面积为21.60km2，占水土流失面积的21.18%。侵蚀模数25005000t/ km2的中度侵蚀区面积为40.04km2，占水土流失面积的39.26%，侵蚀模数2500t/km2的轻度侵蚀区面积为20.26km2，占水土流失面积的19.86%。杨河流域土壤侵蚀分级面积情况见表2-15。表2-15 杨河流域土壤侵蚀分级面积情况表总面积水土流失面积其 中 （km2）输沙模数沟道长度沟壑密度(km2)(km2)轻度占%中度占%强度占%极强占%剧烈占%(t/km2·a)（km）(km/km2)10291.5220.2619.8640.0439.2621.6021.189.629.43005500251.311.51.3.2 侵蚀模数分析与确定根据宁夏回族自治区水文总站1985年编制的宁夏回族自治区地表水资源报告。杨河流域属强度侵蚀区，多年平均侵蚀模数为5000-10000t/km1.a。根据杨河流域土壤侵蚀分级表,采用加权平均计算流域平均侵蚀模数为5500 t/km1.a。按照宁夏回族自治区水利厅要求，为了使水利工程规划设计更加科学合理，所有在宁夏境内的水利工程的规划设计，必须采用由宁夏水文水资源局认定的水文泥沙数据。本次宁夏水文水资源局提供该流域侵蚀模数为5500 t/km1.a。此次经水文泥沙分析该流域输沙模数为5500 t/km1.a。1.3.3 坡面治理现状杨河小流域从上世纪八十年代开始大面积水土保持工作。在坡面治理方面，按照“预防为主、全面规划、因地制宜、加强管理、注重效益”的水土保持方针，坚持以小流域为单元，实行山、水、田、林、路、草综合治理，取得了长足发展。特别是流域上游，坡地已基本实现梯田化。据统计，截止2005年底，流域内共有各项坡面治理措施2740 hm2，其中基本农田1374hm2，营造乔木林53.70hm2，灌木林304.2hm2，经济林53.3hm2，种草364.8hm2，其它措施590 hm2，治理程度为29.94%。流域坡面治理措施现状见表2-16、附表六。表2-16 杨河流域坡面治理措施现状表流失面积（km2）基本农田（hm2）人工造林（hm2）人工种草（hm2）其它措施（hm2）合计(hm2)治理程度(%)梯田坝地水地小计乔木灌木经济林小计91.521366.27.8137453.7304.253.3411.2364.8590274023.941.3.4 存在的问题1、注重坡面建设，而忽视了沟道工程建设。以小流域为单元，以山、水、田、林、路、草为内容的坡面治理已有一定基础。但忽视了以沟道治理为重点的淤地坝坝系建设，特别是忽视了控制性骨干坝建设。2、投入不足，治理资金严重缺乏，单位面积投入治理费用低。特别是沟道治理资金严重不足，直接影响项目区生态环境建设进程。