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风沙区防沙模式水利设施论文

2014-11-07 14:43 来源:水利设施论文 人参与在线咨询

一、榆林河流域概况

榆林河水库及其灌溉渠系对维护榆林河灌区人地关系稳定、生物多样性及生态安全具有极其重要的作用。然而,榆林河流域地处荒漠内陆,该地区干旱少雨,植被稀疏,风大沙多,风蚀荒漠化严重,特别是风沙对水库、渠道等水利设施的侵害,使水库库容减少,输水渠道淤积,加重了群众清淤投劳的负担,泥沙进入耕地,造成耕地沙化,淤埋幼苗致死,严重影响农业生产,出现了一系列生态、经济和社会问题。因此,开展治沙护库等库区生态工程建设,找出防治风沙入侵的安全对策,减少或阻止榆林河灌区水利工程遭受风沙灾害影响,对维护库区生态环境、社会稳定、经济发展都具有积极的现实意义。

二、榆林河流域风沙灾害成因分析

㈠自然因素

瓜州县多年平均气温8.8℃,极端最高气温42.8℃,极端最低气温-29.3℃,降雨量45.7毫米,蒸发量高达3040.6毫米,干燥度为16.8,属极度干旱区。年平均风速为3.7米/秒,大风日数70天左右,具全省之最,最长持续日数达7天。榆林河水库西侧为石质山地,风沙强度较弱,沙灾危害小。东侧属低山丘陵向戈壁过渡地带,土壤为棕漠土和灰棕漠土,植被类型为荒漠草原植被。由于干旱少雨,植被稀少,生物作用弱,使沙质地表疏松裸露,极易产生土壤风蚀,频繁发生沙尘暴。每到风季,沙随风起,沉积东岸坡的大量风沙土直接进入水库,危害严重。

㈡人为因素

二十世纪九十年代初,随着大量移民的迁入,人口剧增,导致生产生活用水不断增长,生态用水相对减少,破坏了原有的生态平衡,加剧了荒漠化进程。其次,瓜州境内大面积开荒,耕地面积扩大。为满足耕地用水,境内开始大量打井,超采地下水,地下水位急剧下降,严重影响了绿洲边缘荒漠植被的生长,使一些原本被固定的沙丘再度成为流动沙丘,进一步加剧了绿洲的荒漠化和沙漠化。同时,过度放牧、乱砍滥挖植被导致自然林草植被减少、退化速度加快。自然和人为因素的双重作用,导致该区生态环境恶化,土壤风力侵蚀强烈,大风扬沙天气频繁出现,入库流沙逐年增多,库容萎缩,有效灌溉面积减少,灌溉渠系填埋严重,渠道清沙劳民伤财。每到大风季节,水库蓄水混浊,干渠引水携沙量增加,泥沙随水流入耕地,耕地被沙化,造成农作物死苗、减产等。风沙对水利设施的危害,已对灌区社会经济的发展造成相当严重的影响,成为制约当地区域经济发展的主要因素之一。

三、榆林河流域风沙灾害防治对策

从根本上治理风沙对榆林河水库及灌溉渠系的危害,应针对库区自然特征和风沙危害特点,按照“预防为主、全面规划、综合防治、因地制宜、加强管理、注重效益”的水土保持工作方针,坚持工程措施,植物措施,水利措施相配套的原则,以治沙护库、防沙填渠,改善生态环境,保障绿洲灌区经济发展和社会稳定为目的,建设育滩固沙、护库保田防风治沙综合防治体系。根据兰州沙漠研究所对金塔县解放村水库进库沙量的观测,由风沙危害而引起的进库沙量主要以沙丘移动进库和风沙流进库两种形式侵害库区,以沙丘移动形式入库沙量约占总入库量的92%。因此,在治理进库埋渠风沙过程中要以稳固流动沙丘为主。根据该区风力侵蚀特点、重点保护对象、风力风向、地形地貌特征,结合当地多年风沙治理经验,以水库为中心,由近及远将项目区划分为库区风沙防治区、渠道风沙防治区二区域,分别采取措施治理风沙危害,减轻水库和农田灌渠风沙填埋程度,延长水利设施使用寿命,改善生态环境和灌区农业生产条件。

㈠库区风沙防治对策

榆林河水库西侧为石质山地,风沙强度弱,可暂不布设防治措施,以自然植被防治为主。东侧属低山丘陵向戈壁过渡地带,在风速一定的情况下,改变水库毗邻区尤其是上风向土地利用覆盖,增加植被覆盖度或提高地表粗糙度,是降低湖泊风沙灾害危险度的关键措施。为此,建议采用“三圈”模式,即以水库为中心,由里到外依次布置3个防护圈层:工程治理圈、围封繁育圈和自然恢复圈。在近库岸,依地形布设多道挡沙墙阻挡流沙前进。在地势低凹处,流沙沉积较厚,遇起沙风速会继续前移直至进库,应在采取草方格沙障进行治理;中圈采用直接营造防风林带,保护水库,为保证苗木成活率,防风林带配套相应的节水灌溉设施,如滴灌、喷灌等;在防风林带之外的荒漠草地,采取围栏封禁、促进自然植被的恢复,防止就地起沙。通过实施上述三圈措施,一方面可以迅速减少上风向流沙入侵,同时建立中、外圈稳定植被带,进而形成自维护生物保护圈。“三圈”防治模式利于构建荒漠水库区生态安全的土地格局和水系统。

㈡渠道风沙防治对策

榆林河灌溉干渠在水库的东北部,渠系两侧沿线长近约14k米,沿途均为荒漠戈壁,每年冬春不灌水季节,干渠被风沙填平,在灌水季节,飘落至渠系的沙尘随流水直接进入耕地。危害干渠的风沙是以风沙流的形式直接进入干渠,防治措施布设上以防治风沙流危害为重点。借鉴疏勒河七墩滩灌区风沙治理经验,同样采用“三圈”防治模式。在输水渠道两侧采用草方格沙障固沙,草方格采用1.0米×1.0米的正方形,高度为15厘米左右。草方格的使用寿命一般为四五年,为解决草方格老化后防风固沙功能减弱和丧失的问题,采取在干渠东侧营造防风主林带,在西侧营造副林带,来防止草方格防护功能失效后的风沙危害。在干渠两侧防护林带以外,采取封禁措施,保护现有植被和地表结皮,以减少就地起沙。各项防治措施布设后,从内向外形成“护、阻、固、封”相结合的综合防护体系。

四、防风固沙体系的综合效益分析

㈠防风固沙效果明显

为验证“三圈”防治模式防风固沙效果,依据金塔县治沙试验站的观测,在有灌溉条件下,新植红柳在4年后高度可达到186厘米以上,单株(丛)年阻沙量为0.58立方米。由此推算,项目区新增的防护林年可阻沙11.80×104立方米。根据金塔县鸳鸯池水库治沙工程经验,封育措施的减蚀效益按灌木林效益的20%估算,年阻沙量14.90×104立方米,草方格措施可减少70%左右入库沙量,据此推断,年阻沙量18.70×104立方米,各项措施年阻沙量为45.40×104立方米。说明“三圈”防治模式固沙效果非常明显。

㈡生态效益明显改善

预计项目完成后,可使项目区植被覆盖度由原来的5%~0%提高到15%以上。通过封育措施,天然植被覆盖度也有所增加。同时,人工植被建设也将对改善榆林河流域及库区自然景观和生态环境发挥重要作用,可使项目区原灰棕漠土和风沙土向灌淤土方向改良,提高土地肥力。同时项目实施后,通过干渠进入下游灌区耕地的沙量将会有所减少,能减轻耕地沙化程度。

㈢经济效益间接增加

库区防风固沙措施是保护水利设施、保障灌区社会经济发展的生态环境项目,不具备产生直接经济效益的条件,但间接经济效益明显。首先体现在节约清淤费用上,项目建设减少对水利设施的填埋量,如果按5元/立方米的费用计算,则每年可节约清淤费约227万元;其次,减轻对耕地农作物的沙压沙埋,减少受灾面积,减轻受灾程度,相对增加农民经济收入;再次,如将每年减少的风沙对水利设施的填埋量折算为有效库容,则可相应增加有效库容45.40×104立方米,相对增加灌溉面积1700亩。如果按400元/亩计算,则可增加种植收益68万元。

㈣社会效益大幅提高

该项目的实施,符合国家西部大开发和加强生态环境建设的方针政策,有利于区域社会经济的稳定发展,具有良好的社会效益。通过布设治沙护库、治沙护渠措施,减缓风沙对水库的填埋淤积速度,延长水库的使用寿命;干渠在防护体系保护下,进入干渠的沙量减少。减轻沙粒对干渠磨蚀的强度,同时减少维修费用,保障水利设施的正常运行,保障了绿洲灌区社会经济可持续发展。同时,榆林河水库及榆林河灌区存在的环境问题是河西走廊环境问题的缩影,对荒漠多风地区有较强的代表性,“三圈”防治模式的实施对河西走廊的风沙防治具有样板示范作用。

作者:康福林 单位:甘肃省瓜州县榆林河灌区水利管理所

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