水土保持生態(tài)工程楊河小流域壩系工程可行性研究基本情況

水土保持生態(tài)工程楊河小流域壩系工程可行性研究基本情況1.1自然條件1.1.1地理位置楊河小流域位于寧夏固原市原州區(qū)，距原州城區(qū)40km，是黃河支流清水河一級支溝楊達溝的上游部分，呈東南—西北走向，羽扇狀。其地理坐標為東經(jīng)106°10′50″—106°12′40″、北緯36°17′36″—36°04′12″之間。（見楊河流域地理位置圖），流域總面積101.00km2。1.1.2地質(zhì)地貌楊河流域在大地構(gòu)造上處于祁連山地槽東翼和鄂爾多斯臺地西緣之間的過渡地帶。自中生代以來，經(jīng)過多次的隆起、沉陷、剝蝕和沉積，尤其新生代第三紀末期的喜馬拉雅“造山”運動，使六盤山褶皺隆起成山，奠定了該流域現(xiàn)代地貌基礎(chǔ)。流域地表主要為第四紀黃土，經(jīng)自然侵蝕及新構(gòu)造運動等長期雕塑刻畫，形成了目前流域地貌。楊河流域地處黃土丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)。流域上游主要為緩坡黃土梁、峁、坡和壕掌等地貌，地面坡度較緩。中游坡陡溝深，地形破碎，梁頂較平緩，梁坡較陡，下游有大面積川臺地分布。的坡度約占流域總面積的30.6%（楊河流域土地坡度組成詳見表2-1，附表一）。表2-1楊河流域土地坡度組成表項目坡度組成結(jié)構(gòu)≤5°5°~15°15°~25°≥25°>35°合計面積比例面積比例面積比例面積比例面積比例面積比例hm2%hm2%hm2%hm2%hm2%hm2%全流域1048．3410．282025．2719．864004．2039．262160．1021．18961．649.43102001001.1.3土壤、植被1、土壤流域內(nèi)土壤主要為黃綿土，土壤質(zhì)地疏松，遇水易溶解。成土母質(zhì)為第四紀黃土，具有土層深厚、疏松多孔、垂直節(jié)理發(fā)育、土質(zhì)上下均勻、無明顯沉積等特點。土壤中有機質(zhì)含量在0.5%—1%之間，養(yǎng)分缺乏，呈堿性。溝谷坡下部有少量紅膠土出露。從土壤力學性質(zhì)和分布情況看，該流域建壩材料豐富，能夠滿足壩系建設(shè)的需要。2、植被流域內(nèi)的植被在水平帶上位于溫帶干旱區(qū)，屬于干旱草原植被類型，由于受六盤山山體垂直帶的影響及人工造林種草等，項目區(qū)內(nèi)植被類型多種多樣，主要類型有：（1）落葉闊葉灌叢，多屬中生和旱中生類型，在項目區(qū)也有少量殘存，主要植物群系有虎榛子、山桃、酸刺等灌叢；（2）草原，草原植被型是項目區(qū)植被的主體，在項目區(qū)占絕對優(yōu)勢，主要植物群系為長芒草、茭蒿、鐵桿蒿、百里香、冷蒿等；（3）人工植被，主要是人工林草。目前流域內(nèi)林草措施面積占總面積的13.40%。1.1.4氣象水文1、氣象流域所在區(qū)域?qū)俑珊禍睾蜌夂騾^(qū)，春季干旱多風，夏季干燥炎熱，秋季涼爽短促，冬季嚴寒漫長。流域日照充足，溫差較大，雨熱同季，四季分明。多年平均氣溫6.4℃，大于10℃的積溫為2550℃，無霜期140天，年蒸發(fā)量1120.0mm。楊河流域氣象特征值詳見表2-2。表2-2楊河流域氣象特征值表氣象站名氣溫°C≥10°積溫年日照時數(shù)無霜期總輻射量大風日數(shù)平均風速觀測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6～9月降水量占全年降水量的68.1%，且降水多以暴雨的形式出現(xiàn)，歷時短，強度大，是形成高含沙洪水和產(chǎn)生水土流失的主要原因。楊河流域降水特征值表詳見表2-3。表2-3楊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）多年平均暴雨次數(shù)（次）最大最小年平均量年份量年份蟠龍718.71964264.119694202860.83、徑流、泥沙1）徑流據(jù)《寧夏回族自治區(qū)地表水資源》和寧夏回族自治區(qū)水文水資源局提供的最新水文數(shù)據(jù)，該流域多年平均徑流量為214.20萬m3，最大年366.50萬m3，最小年134.7萬m3，年平均徑流深21mm。受年內(nèi)降水不均影響，年內(nèi)徑流量分配極不均勻，徑流量主要集中在6-9月（占79.1%），8月份最多，占20%-40%，1月份最少，占1%-3%。夏糧作物生長期的4-6月份徑流量占全年的15%左右，造成灌區(qū)作物生長期水量不足。夏季由于受地形因素影響，暴雨集中，歷時短，往往產(chǎn)生局部暴雨洪水，引起洪災(zāi)。受近年大范圍干旱影響，楊河流域各支溝很多潛流泉眼干涸，溝河斷流。2）泥沙據(jù)《寧夏回族自治區(qū)地表水資源》，該流域流域多年平均輸沙量50.34萬T。根據(jù)固原市水文站資料，楊河流域所在的清水河流域輸沙主要特點為：一是年內(nèi)分配不均，汛期6-9月份輸沙量占全年輸沙總量的96.7%，且集中分配在汛期的幾次暴雨洪水過程中，洪水造成土壤流失量占全年輸沙量的95%；二是年季變化大，實測最大年，最小年之比達29.5倍；三是年含沙量大，達到44.9kg/m3，最大年1974年達855kg/m3。4、水文泥沙分析計算根據(jù)寧夏回族自治區(qū)地方標準《水土保持治溝骨干工程技術(shù)標準》（DB64/6400P65001—006—89），水土保持骨干壩、淤地壩工程設(shè)計水文泥沙分析采用設(shè)計暴雨推求設(shè)計洪水。1）不同頻率洪水計算（1）設(shè)計暴雨量計算根據(jù)寧夏回族自治區(qū)《暴雨洪水圖集》，不同頻率24h點雨量采用下式計算：H24·p=kp·H24（2—1）式中：H24·p—不同頻率24h點雨量，mm；kp—不同頻率對應(yīng)的模比系數(shù)；H24—工程控制流域年最大24h點雨量，mm。查《寧夏暴雨洪水圖集》附圖14，項目區(qū)中心點最大24h點雨量H24=50mm；年最大24h點雨量變差系數(shù)Cv查該圖集附圖15得Cv=0.70；CS=3.5Cv，查皮爾遜Ш型頻率曲線表，不同頻率所對應(yīng)的模比系數(shù)kp值見表2—4。表2—4不同頻率所對應(yīng)的模比系數(shù)kp值表頻率P（%）1053.3210.50.33kp1.881.411.83.123.684.234.56根據(jù)式（2—1）計算不同頻率24h設(shè)計暴雨量見下表2—5。表2—5不同頻率設(shè)計點雨量頻率P（%）1053.3210.50.33H24·p（mm）94.00120.50140.00156.00184.00211.50228.00（2）不同頻率24h面雨量對于控制較小面積的中小型淤地壩，以不同頻率24h點雨量代替不同頻率24h面雨量；對于控制面積較大的骨干壩，設(shè)計頻率24h面雨量以相應(yīng)頻率24h點雨量代替，校核洪水設(shè)計暴雨計算時應(yīng)考慮暴雨的不均勻性，面雨量參照《寧夏治溝骨干工程技術(shù)標準》提供的折減系數(shù)以相應(yīng)頻率24h點雨量進行折減獲得，按不同控制面積乘下列系數(shù)：10km2時乘0.94；20km2時乘0.91；30km2時乘0.88。（3）產(chǎn)流期平均入滲率楊河小流域?qū)冱S土丘陵區(qū)第Ⅱ副區(qū)，根據(jù)《寧夏暴雨洪水圖集》，采用試算法計算產(chǎn)流期雨量和產(chǎn)流期平均入滲率，產(chǎn)流期平均入滲率f按下式計算：（2—2）式中：f—產(chǎn)流期平均入滲率，mm/h；tc·p—不同頻率產(chǎn)流歷時，h；Htc·p—不同頻率產(chǎn)流期雨量，mm。（4）不同頻率凈雨量Rp=Htc·p–f·tc·p（2—3）式中：Rp—不同頻率凈雨量，mm；其他符號意義同前。計算結(jié)果見表2—6。（5）不同頻率洪水總量根據(jù)《寧夏水文手冊》，不同頻率洪水總量按下式計算：WP=0.1×Rp×F（2—4）式中：WP—不同頻率對應(yīng)的洪水總量，萬m3；F—控制面積，km2。其他符號意義同前。不同設(shè)計頻率洪量模數(shù)見表2—7。表2—6不同頻率凈雨量計算成果表暴雨頻率P（%）1053.33210.50.33凈雨量Rp(mm)31.8444.2553.1764.3881.9698.79108.64表2—7不同設(shè)計頻率洪量模數(shù)表洪水重現(xiàn)期（年）10203050100200300洪量模數(shù)(萬m3/km1.a)3.284.425.326.448.309.8810.86（6）不同頻率洪峰流量根據(jù)《寧夏水文手冊》，不同頻率洪峰流量采用推理公式法按下式計算：Qp=16.67Rp·F/t（2—5）式中：Qp—不同頻率對應(yīng)的洪峰流量，m3/s；Rp—不同產(chǎn)流時期最大凈雨量，mm；t—洪水歷時，h；其他符號意義同前。流域匯流歷時t可參考下表選取。表2—8不同控制面積流域匯流歷時表控制面積(km2)≤1010—2020—30匯流歷時(min)60120180不同設(shè)計頻率洪峰流量模數(shù)見表2—9。表2—9不同設(shè)計頻率洪峰流量模數(shù)表洪水重現(xiàn)期（年）10203050100200300洪峰流量模數(shù)(m3/s.km2)9.1211.2914.7717.8923.0527.4530.18（7）不同頻率洪水過程線不同頻率洪水過程線采用概化三角形法。根據(jù)《寧夏水文手冊》中洪水總歷時計算公式：Tp=5.56×Wp/Qp（2—6）式中:Tp—洪水總歷時，h；其它符號意義同前。漲水歷時公式：t1=dt1×Tp（2—7）式中：t1—漲水歷時，h；dt1—漲水歷時系數(shù)，一般為0.13—0.17，取0.15。三角形洪水過程線相關(guān)數(shù)據(jù)如表2—10。表2—10三角形設(shè)計洪水過程線相關(guān)數(shù)據(jù)表10年t00.301.00Qt09.12020年t00.301.00Qt011.29030年t00.301.00Qt014.77050年t00.301.00Qt017.890100年t00.301.00Qt023.050200年t00.301.00Qt027.450300年t00.311.03Qt030.1802）年均輸沙量（1）輸沙模數(shù)Msb=（1+β）Ms（2—8）式中：Msb—輸沙模數(shù)，t/km2·a；Ms—年均懸移質(zhì)輸沙模數(shù)，t/km2·a，年均懸移質(zhì)輸沙模，由《寧夏水文手冊》查得為5000t/km2；β—推移質(zhì)比例系數(shù)，一般取0.05—0.23，取β=0.10。由上式計算項目區(qū)年輸沙模數(shù)5500t/km2·a。（2）年均輸沙量年均輸沙量采用下式計算：W=Msb×F(2—9)式中：W—年均輸沙量，t；F—項目區(qū)水土流失面積，km2；其它符號意義同前。通過計算項目區(qū)多年平均輸沙量50.34萬t。1.1.5水資源根據(jù)有關(guān)資料對比分析，楊河流域多年降水總量為4692萬m3，其中90%用于植物吸收和土壤蒸散之中的水量為4221.80萬m3，實際水資源量為469.20萬m3，其中地表徑流量為214.20萬m3，地下水資源為255萬m3。流域水資源主要特點為：一是水資源貧乏，流域人均占有地表徑流量為148m3，耕地每公頃平均占有水資源量為604m3，遠低于全國和黃河流域水平；二是利用難度大，在年產(chǎn)水量中，汛期（6-9月）洪水總量為146.50萬m3，占地表徑流量的68.4%，由于目前沒有完善的水資源利用工程，致使大量的洪水資源經(jīng)河道排放出境，無法利用。該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，加之干旱等災(zāi)害造人畜飲水及農(nóng)業(yè)灌溉用水極度困難。目前利用的主要形式為水窖、澇池，或人挑、牲畜拉運等。根據(jù)有關(guān)用水定額，農(nóng)村生活用水定額為15L/天·人，城鎮(zhèn)居民生活用水定額為35L/天·人，大家畜用水定額為30L/天·頭，羊只、生豬用水定額為5L/天·只，水澆地綜合灌水定額為3000m3/hm2計算，各業(yè)用水量為53萬m3，占現(xiàn)有水資源總量11.3％。1.1.6溝道特征流域由三條較大“Y”字形支溝方家溝、黑馬圈溝和石結(jié)子溝組成。在三條較大支溝上有十多條較小“Y”字形支溝，毛溝不很發(fā)育。三條支溝溝道特征基本相近，除上游壕掌呈寬淺“V”型外，其余多呈窄“∪”字形，溝底寬一般在10-30m，最寬處40m左右，最窄處僅2-3m。全流域大于300m的溝道總長度251.31km，一級支溝164條（楊河流域溝道情況見表2-2、附表二）。流域溝壑縱橫，地形破碎，溝谷地面積占總面積的30%，溝間地占總面積的70%，溝壑密度為1.46km/km2。流域溝床平緩，比降約為10.74‰。按照A.N.strahler溝道分級原理，本流域有Ⅰ級溝道164條，Ⅱ級溝道32條，Ⅲ級溝道8條，Ⅳ級溝道2條，Ⅴ級溝道1條。從溝道情況看：Ⅰ級溝主要分布在流域上游，一般適合建設(shè)小型淤地壩；Ⅱ級溝主要分布在流域中上游，上游Ⅱ級溝一般適合建設(shè)中、小型淤地壩，中游Ⅱ級溝一般適合建設(shè)中型淤地壩和骨干壩；Ⅲ級和Ⅳ級溝道只適合建設(shè)骨干壩。流域溝道分級情況見表2-11，附表二。表2-11楊河小流域溝道等級劃分等級溝道分等標準溝道狀況流域面積（km2）溝道長度（km）數(shù)量（條）Ⅰ級2-31.7611-21-220-1<2161Ⅱ級1-41-319<10.7-213Ⅲ級0.8-12>38Ⅳ級9-123-102Ⅴ級10213.21合計2071.2社會經(jīng)濟情況1.1.1行政區(qū)劃、人口、勞力楊河小流域為固原市原州區(qū)所轄，涉及清河鎮(zhèn)、官廳鄉(xiāng)、寨科鄉(xiāng)、頭營鎮(zhèn)四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的石莊、劉店、官廳、蔡川、灣掌、楊河、馮洼、張崖8個行政村。涉及人口3104戶，14510人，勞力6811個。人口密度為142人/km2。楊河流域社會經(jīng)濟現(xiàn)狀見表2-12，附表三。表2-12楊河流域社會經(jīng)濟現(xiàn)狀表人口總數(shù)(個)勞力總數(shù)(個)人口密度(人/km2)人均土地(hm2)人均耕地(hm2)人均基本農(nóng)田（hm2）產(chǎn)值純收入小計其中壩地總(萬元)人均(元)總(萬元)人均（元）1451068111420.70.540.092879.3019841856.0612791.1.2土地利用情況表2-13楊河流域土地利用現(xiàn)狀表項目農(nóng)地林地草地其它用地未利用土地總計合計坡耕地基本農(nóng)田合計喬木灌木經(jīng)濟合計人工天然梯田壩地水地小計面積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經(jīng)濟現(xiàn)狀長期以來，流域內(nèi)群眾采用“以糧為主，廣種薄收”的方式來滿足生存所須的最低物質(zhì)基礎(chǔ)，自我發(fā)展和抵御自然災(zāi)害的能力十分有限。目前流域內(nèi)糧食作物主要有洋芋、糜谷、豆類、玉米、高粱等。2005年，糧食總產(chǎn)量591.35萬kg，人均408kg。2005年流域內(nèi)總產(chǎn)值2879.30萬元。其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)值1860.95萬元，占總產(chǎn)值的64.63%；林業(yè)產(chǎn)值55.51萬元，占總產(chǎn)值的1.93%；牧業(yè)產(chǎn)值為186.73萬元，占總產(chǎn)值的6.49%；副業(yè)產(chǎn)值為776.11萬元，占總產(chǎn)值的26.95%。農(nóng)、林、牧、副業(yè)產(chǎn)值比1：0.03：0.10：0.42。由此可見，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，以農(nóng)業(yè)為主，經(jīng)濟較為落后。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)見表2-14、附表五。表2-14楊河流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀表項目農(nóng)業(yè)林業(yè)牧業(yè)副業(yè)合計小計糧食油經(jīng)其它產(chǎn)值(萬元)1860.951490.88370.0755.51186.73776.112879.30比例(%)64.6323.99.81.936.4926.951001.1.4基礎(chǔ)設(shè)施楊河流域交通有固—環(huán)公路自上游沿流域分水嶺通過，流域涉及各村與鄉(xiāng)政府均有簡易公路相通。另外10KV輸電線路通往各村，基本實現(xiàn)了村村戶戶通電。1.1.5機制和政策目前小流域土地已全部劃撥到戶，30年不變，已成壩地實行集體所有，按戶承包，并在承包期內(nèi)負責壩體的維修加固。1.3水土流失及坡面治理現(xiàn)狀1.3.1水土流失狀況該流域是原州區(qū)境內(nèi)水土流失最為嚴重的地區(qū)之一，屬黃河多沙粗沙區(qū)，水土流失面積91.52km2，占總面積的89.7%。(1)、水土流失特點流域土壤侵蝕方式多樣，且多種侵蝕相互重疊。主要侵蝕方式為：春季巖體解凍，凍融侵蝕及以瀉溜為主的重力侵蝕嚴重；夏、秋季，尤其在六月至九月間，降水充沛，水蝕、重力侵蝕等復合侵蝕嚴重；冬季至第二年春季，氣候干旱，土壤干燥，植被等地面覆蓋物的覆蓋能力降低，風力侵蝕嚴重。從地域上看，項目區(qū)上游主要是坡面水流匯集于溝頭，造成溝頭延伸和溝岸擴張，使上游壕掌地不斷的被蠶蝕。據(jù)調(diào)查分析，溝頭每年前進10－20m左右，一個溝頭每年蠶蝕耕地3—5畝，另外溝頭前進常常造成交通中斷，給當?shù)厝罕姷纳a(chǎn)、生活帶來很大危害。從中游到下游，由于坡面較陡，坡長較短，造成切溝發(fā)育，并伴有瀉溜、滑坡，、崩塌，臺地邊緣地水洞等。水土流失程度平均為強度水平，因此水土流失治理對黃河防洪減淤影響重大。（2）、流失程度流域水土流失面積91.52km2，其中侵蝕模數(shù)8000—15000t/km1.a的極強度侵蝕區(qū)面積為9.62km2，占水土流失面積的9.45%，侵蝕模數(shù)5000—8000t/km2的強度侵蝕區(qū)面積為21.60km2，占水土流失面積的21.18%。侵蝕模數(shù)2500—5000t/km2的中度侵蝕區(qū)面積為40.04km2，占水土流失面積的39.26%，侵蝕模數(shù)＜2500t/km2的輕度侵蝕區(qū)面積為20.26km2，占水土流失面積的19.86%。楊河流域土壤侵蝕分級面積情況見表2-15。表2-15楊河流域土壤侵蝕分級面積情況表總面積水土流失面積其中（km2）輸沙模數(shù)溝道長度溝壑密度(km2)(km2)輕度占%中度占%強度占%極強占%劇烈占%(t/km2·a)（km）(km/km2)10291.5220.2619.8640.0439.2621.6021.189.629.43005500251.311.51