2 小流域坝系监测研究区概况

2.1 研究区位置及概况

项目研究区位于陕西省绥德县城北约5km，是无定河中游左岸的韭园沟流域一级沟道王茂庄流域，流域总面积5.97km ² ，地理位置介于东经110°20′26″~110 °22′46″，北纬37 °34′13″~37 °34′03″之间，主沟长3.75km，干沟比降41.8%，沟壑密度4.31km/km ² ，流域海拔高度在940~1188m之间。

2.2 自然概况

2.2.1 地形地貌

流域地处水土流失严重的陕北黄土高原，属黄土丘陵沟壑区第一副区。地面组成物质分为两部分，即基岩和土状堆积物，前者主要是三叠纪砂页岩，干沟和较大支沟都切入岩层，干沟尾部极少数支沟两侧有岩壁出露，大部分沟道由于淤地坝泥沙淤积基岩被压埋。岩层以上土状堆积物为第四纪紫红色粘土，在少数沟坡下零星分布。黄土分布最广，是本区农业生产的主要土类，也是被侵蚀主体，垂直节理发育，颗粒均匀，粘粒含量低，土粒间胶结力很弱，有机质含量低，一般只有0.17%~0.33%，氮素缺乏，一般只含0.015%~0.027%，土性疏松，抗蚀性低，黄土直接覆盖于基岩或红色粘土上，是构成本流域地貌的骨架。

流域内丘陵起伏，沟壑纵横，土壤侵蚀极为剧烈，土地类型复杂，由分水岭至沟底可分为梁峁坡、沟谷坡和沟谷底三部分。梁峁坡位于峁边线以上，坡面较完整，顶部较平坦；沟谷坡位于峁边线以下，是冲沟、崩塌及多种重力作用活跃的地方；沟谷底沟蚀严重，表现为沟底下切、沟岸扩张和沟头前进，通过1∶1万DEM数据高程图形量算，按照有关规范分级，流域坡度组成详见表2-1。

2.2.2 自然资源

（1）土地资源

流域总面积597hm ² ，耕地面积252.8hm ² ，其中农坡地面积114.11hm ² ，占耕地面积的45.13%，农坡地贫瘠，产量很低；“三田”面积138.7hm ² ，占耕地的54.9%，是流域主要的粮食生产基地。

（2）动物资源

截止2005年底，大家畜50头，羊220只，猪10头，另有各户分散的家禽如鸡、兔等，野生动物分布较少，有野兔、松鼠、岩鸽、灰斑等。

（3）光热资源

流域内多年平均太阳辐射时数为2615小时，辐射总量为132.49kcal/cm ₂ ，其中生理辐射量为66.25kcal/cm ² ，占总量的50%，春夏二季的辐射量占全年的63%，此间正值作物生长期，有利于作物光合作用。目前光合利用率颇低，只有提高了光合利用率才能提高光合生产力，而光合利用率的提高速度主要取决于作物品种。

2.2.3 气象水文

该流域属温带半干旱大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热，秋季凉爽，冬季严寒，四季分明，温差较大，日照充足。据多年观测统计，年均气温10℃左右，最高39℃，最低-27℃，日温差28.7℃左右，日均气温≥10℃的活动积温为3499.2℃，多年平均无霜期150~190天，水面蒸发量年均1519mm，最大1600mm。风向除汛期多为东南风外，其余月份都为西北风，七级以上大风年均出现47次，最大风速40m/s。干旱、冰雹等自然灾害频繁。

（1）降雨

据我站多年实测资料统计，平均降雨量475.1mm，年际变化大，多雨的1964年达735.3mm，少雨的1956年仅232mm，相差3倍多。年内分配极不平衡，七、八、九三个月占全年降雨的64.4%，且多为暴雨出现，历时短、强度大、灾害严重。

（2）径流

据王茂庄沟口站1954~1990年的实测资料分析，多年平均径流量为275万m ³ ，径流深为39.2mm。径流随降雨而变化，丰水的1977年径流总量为1476万m ³ ，枯水的1995年只有108万m ³ ，相差13倍之多。径流主要来源于降雨及所产生的洪水，七、八、九三个月径流总量占全年总量的60%以上，流域多年平均流量0.114m ³ /s，多年平均常流水量为20~60L/s。

（3）泥沙

王茂庄多年平均输沙量为59.1万t，最大年输沙量959万t（1977年），最小年输沙为0万t，（2001年）。泥沙来源于洪水，洪水集中在汛期，年输沙又主要来源于1~2次洪水。

2.2.4 土壤侵蚀特征

流域内以水蚀、风蚀、重力侵蚀为主，侵蚀形态一般在分水岭、梁峁顶部5°以下平缓地段以面蚀为主；梁峁坡上部及峁顶地以下的延伸地带，坡度较缓，以细沟侵蚀为主，伴随有浅沟发生；梁峁坡中下部地形较为复杂，坡度在20°~25°之间，细沟侵蚀进一步发育，以浅沟侵蚀为主，伴随有坡面切沟与陷穴发生；在较陡的谷坡或接近沟头陡崖部分，疏松的黄土层受外界因素影响，内部抗剪强度减少，土体失去稳定平衡，发生滑坡、崩塌、泻溜三种侵蚀形态，分布范围虽小，侵蚀速度快。根据我站多年淤地坝淤积测量结果分析，流域多年平均侵蚀模数为1.8万t/km ² ·a。

2.3 社会经济情况

2.3.1 行政区划

王茂庄流域位于绥德县韭园乡，为一个行政村，距绥德县城11km。

2.3.2 人口和劳力

据调查，截止2005年底，流域共有人口863人，在总人口中，农业人口861人，人口密度为145人/km ² ，总劳力322人。

2.3.3 土地与耕地

流域总土地面积597hm ² ，耕地252.8hm ² ，人均耕地0.29hm ² ，人均“三田”0.16hm ² 。从近几年的统计数字分析，流域农业人年均粮食375.4kg。

2.3.4 经济水平

流域经济水平低下，主要经济收入以农业生产为主，据统计，2005年底，流域农业总产值29.7万元，人均收入760元。

2.4 水土流失情况

2.4.1 土壤侵蚀方式

流域内土壤侵蚀按营力作用可分为水蚀、重力侵蚀和风侵蚀三种方式。

（1）水蚀

1）雨滴溅蚀：在梁峁坡顶，由于坡面平缓、地表径流少、雨滴溅蚀是主要的，侵蚀作用使表土结构破坏，形成雨滴斑痕和薄层泥浆，产生结皮现象，这是导致细沟侵蚀的主要原因，雨滴溅蚀的侵蚀部位以梁峁坡顶为主。

2）细沟侵蚀：由于薄层地表径流的产生，地表面有大量的纹沟出现，随着汇水面积的增加，纹沟中的薄层水流经过袭击兼并汇聚成股流，形成细沟侵蚀，细沟侵蚀形态有浅沟、切沟、悬沟侵蚀，均呈线状切入坡面。侵蚀结果是坡面支离破碎、坎坷不平。侵蚀部位以梁峁坡面为主。

3）沟蚀：沟蚀包括冲沟和切沟侵蚀，它是细沟侵蚀的发展结果，其特点是有较大的形体和明显的谷形，发生部位介于梁峁之间，侵蚀作用表现为沟底下切、侧蚀、溯源等形式，由于沟谷汇集的坡面流水切入了黄土层中，侵蚀机理活跃，泥沙流失严重。沟蚀主要发生在流域内的沟道和沟头地段。

4）洞穴侵蚀：洞穴侵蚀主要表现形式为陷穴、盲沟和串洞，它是径流渗入地下产生的一种侵蚀形态，多发生在地表松散、地表径流充足、且有足够表流渗入的谷头、源头附近。峁坡下扩大后形成暗洞、陷穴、盲沟和串洞等，这是沟头前进和沟岸扩张的前奏。

（2）重力侵蚀

重力侵蚀多发生在沟谷边坡，侵蚀形态主要有滑坡、崩塌、泻溜等，侵蚀作用主要是沟谷扩展，沟间缩小、地面破碎和下切侧蚀。侵蚀部位多在沟谷、沟缘断面。

（3）风蚀

由地形地貌因素和气候条件决定其侵蚀形态，主要表现为吹扬、沉积和循环过程，主要特点是移动性大，侵蚀发展较快。

2.4.2 土壤侵蚀形态分析

土壤侵蚀方式随着地形地貌形态的变化，在水平和垂直方向有着明显的变化，这对治理措施的配置有重要的指导意义。

（1）梁峁坡

梁峁坡顶端坡度多在5 °以下，坡长10~20m，侵蚀以溅蚀和面蚀为主。梁峁坡上部，坡度在20°以下，坡长20~30m，侵蚀形态以细沟侵蚀为主，伴随有浅沟侵蚀发生，梁峁坡中下部地形比较复杂，坡度在20°~30°之间，坡长15~20m，细沟侵蚀进一步发育，以浅沟侵蚀为主，间有坡面切沟和陷穴侵蚀发生。该区侵蚀模数据多年试验为7800t/km ² ·a。

（2）沟谷坡

沟谷坡是沟缘线以下至坡脚线以上部分，这部分地形极为复杂，各种侵蚀形态兼备，但以切沟侵蚀、重力侵蚀及洞穴侵蚀为主，是剧烈侵蚀区，侵蚀模数据多年试验为13170t/km ² ·a。谷坡侵蚀受梁峁坡来水影响很大，若控制坡面来水，谷坡侵蚀量将大大减少。因此，治理好沟间地是治理好谷坡地的前提和基础。

（3）沟谷底

坡脚线以下至流水线地段，包括沟条地和沟床地两部分，侵蚀以沟岸扩张，沟底下切及溯源侵蚀为主，各种侵蚀形态兼备，为剧烈侵蚀，侵蚀模数据多年试验为23640t/km ² ·a。

2.4.3 土壤侵蚀特点

本区由于受水力侵蚀和重力侵蚀交替作用，梁峁地带由面（片）蚀向细沟和浅沟侵蚀演化，并进一步发展成切沟，最后形成冲沟。冲沟形成后，地面切割进一步加剧，地面坡度变陡，重力侵蚀加剧。

从侵蚀部位来看地貌类型按基本地貌单元可划分为沟间地和沟谷地两类：沟间地的梁峁顶部，坡度平缓；下部坡度逐渐增大，变化于5°~15°；由梁峁再向沟谷方向延伸进入梁峁斜坡段，坡度为15 °~25 °，呈现细沟、浅沟等侵蚀形态；在峁边附近、坡度变缓，在潜蚀作用下，陷穴等洞穴侵蚀发育。沟谷地中的谷坡较梁峁坡陡，多在20°~70°之间，谷坡重力侵蚀严重，40°以下坡面常有泻溜；40°以上多崩塌、滑坡，是重力侵蚀带。土壤侵蚀强度沟谷地大于沟间地，侵蚀方式以沟蚀和重力侵蚀为主，这是该流域土壤侵蚀的重要特点。

2.4.4 土壤侵蚀强度划分

土壤侵蚀强度划分，可根据利用形态和成因相结合的原则，按照侵蚀形态分布规律、现有治理措施的分布、侵蚀地貌的差异，依据流域地貌，从峁顶到谷底有明显的三条界限；即峁顶分水线、沟缘线及谷坡与坝地（沟底）交接的坡角线，把地貌分成二个区域，再根据治理措施和侵蚀模数作为侵蚀程度的示意指标进行划分。

（1）微度侵蚀区（Ⅰ）

分布在主沟及支沟的坝地、堰窝地、小片水地、沟条地等，覆盖度大于90%的林草地和石质沟床，面积0.42km ² ，占总面积的7.3%，该区为泥沙堆积区，年侵蚀模数＜1000t/km ² 。

（2）轻度侵蚀区（Ⅱ）

分布在沟间地内的水平、隔坡梯田以及树龄在5年以上，覆盖度大于70%的林、草地和坡度小于10°的坡地。面积1.49km ² ，占总面积的26.1%。侵蚀形态主要有溅蚀、面蚀及细沟侵蚀，年侵蚀模数在1000~2500t/km ² 之间。

（3）中度侵蚀区（Ⅲ）

有治理措施的谷坡地；坡度大于10°的未治理坡地，林草覆盖度小于50%，侵蚀模数为2500~5000t/km ² ·a，这部分面积为0.66km ² ，占总面积的11.6%。

（4）强度侵蚀区（Ⅳ）

有治理措施的坡度大于15 °的荒坡陡崖和经过生物工程措施治理后的切沟、悬沟、滑塌、陷穴等，而由于沟间地治理尚未达到标准，侵蚀依然严重，侵蚀模数为5000~8000t/km ² ·a，面积为1.93km ² ，占总面积的34.0%。

（5）极强度侵蚀（Ⅴ）

分布在沟间地没有治理的坡地下部，该区坡面较完整，地面坡度大于25 °，侵蚀模数为8000~15000t/km ² ·a之间，面积约1.10km ² ，占总面积的8.2%。

（6）剧烈侵蚀区（Ⅵ）

包括没有治理的谷坡和各级沟道上游及源头，重力侵蚀活跃，水流沟蚀严重，侵蚀模数为15000~37000t/km ² ·a之间，面积为0.09km ² ，占总面积的1.6%。

2.4.5 水土流失成因分析

（1）自然因素

该流域地质构造复杂、土壤质地疏松、地形起伏、地面破碎、降雨集中且多暴雨、植被稀疏等都给土壤侵蚀提供了有利的条件。

1）地质地貌因素：流域内地处鄂尔多斯台地倾斜的南部区域，以上升为主的新构造运动，相对降低了侵蚀基点，从而加剧了水流侵蚀与切割，其结果又强化了地面的起伏强度，构成了侵蚀发展的地貌基础，加之覆盖物是疏松的黄绵土，又为侵蚀提供了丰富的物质条件。

2）土壤因素：土壤质地组成直接影响着侵蚀的发生和发展，流域土壤类型主要是绵沙土、风沙土和黄绵土，土层厚，新黄土质地疏松，内含可溶性盐类，垂直节理发育，在暴雨条件下，易引起面蚀和潜蚀，下部老黄土粘性大、质硬，有垂直节理，易发生沟蚀、溶蚀和重力侵蚀。

3）气候因素：地处温带寒冷半干旱地域，区内盛行暴雨是导致水土流失的主要外营力，降雨集中、暴雨多、强度大，常常引起剧烈的水土流失。

（2）人为活动因素

自然地理特征构成了水土流失的潜在条件因素，而人类不合理的社会经济活动，又加剧了水土流失的进程。

1）历史时期人类活动的影响：黄土高原曾广布草原与森林，由于人类的生产活动和战争原因，使天然草原、森林泯没，接踵而来的就是严重的水土流失，造成当今举世瞩目的严重流失区。解放后，虽经治理，但仍未达到理想效果。

2）近年来人类活动的破坏影响：该流域自20世纪50年代以后就是全国的治理典型和沟道坝系样板流域，国家在20世纪80年代以前曾投入了较多的资金，布设了各类水土保持设施，流域内的自然环境得到了很大改善，土地利用结构日趋合理，水土流失有效控制，基本上达到了洪水不出沟。近20年来由于农村机制的改变，国家投资锐减，治理措施大面积破坏，梯田年久失修，失去了水土保持功能和效益；坡面林草全部退化和破坏，仅留下部分经济林，水保效益较低。流域内淤地坝多数淤满，失去防洪能力；农地上山，广种薄收的经营方式得以重现。同时随着人口的增长和基本建设，新的水土流失日趋严重。

2.5 水土保持治理及坝系建设现状

2.5.1 沟道坝系工程建设现状

王茂庄流域坝系建设经过初建、改建、调整三个阶段，从20世纪50年代初起，沟道坝系工程作为流域水土保持综合治理的主要措施之一，开始试验示范，首先在主沟和较大支沟修建第一座坝，淤满后在其上游建第二座拦洪坝，如此上蓄下种依次由下而上以一定时序建设淤地坝42座，1961年洪水漫顶坝数22座，1963年又冲毁10座，坝系遭到严重破坏。1964~1979年由于在北方农业会议精神的鼓舞下，随着水坠筑坝技术的推广应用，大规模修库建坝的群众运动全面展开，沟道坝系工程在此期间得到空前的发展，该流域淤地坝进行了全面的改建，其建设特点为“小多成群、小型为主、蓄种并行”，支毛沟多数为全拦全蓄的“死葫芦”坝，干沟大坝多设溢洪道，但设计标准低，行洪能力差，工程安全性差，其中生产坝用10年一遇暴雨洪水设计，拦洪坝改用20年一遇暴雨洪水设计，改建后在1977年暴雨洪水又损坏29座，占总坝数的64.4%，其中垮坝9座，占总坝数的20%，从而暴露出了坝系的防洪标准低，布局不合理，工程不配套。1979年以后，根据坝系安全防洪生产的要求，对沟道坝系进行调整，生产坝按20年一遇设计洪水标准，骨干坝按50年一遇设计洪水标准加高加固，采用小坝并大坝，大小结合，骨干控制，以库容制胜，有效地拦蓄洪水泥沙，进一步扩大坝地面积，将坝库调整为45座，其中淤地坝40座，骨干坝5座，坝高大于20m的有5座，15~20m的有6座，10~15m的有17座，5~10m的有12座，小于5m的有5座，形成了比较完整的坝系，总库容320.82万m ³ ，已淤库容176.18万m ³ ，可淤地40hm ² ，已淤地30.3hm ² ，人工填平造地3.0hm ² 。坝系经过调整加固后，在布局上得到调整改进，拦蓄能力有较大提高。20世纪90年代以后，在沟道坝系工程调整的基础上，进一步充实提高其防洪拦泥和生产能力，采取蓄种相间，分期加高加固配套，按20~30年一遇洪水标准设计，200年~300年一遇洪水校核，增加防洪库容，提高坝系防洪保收能力，进一步充实完善沟道坝系。经过五十多年的沟道坝系建设，截止2005年底，王茂庄流域有各类淤地坝工程23座，其中骨干坝2座，中型坝5座，小型坝15座，总库容259.6万m ³ ，可淤面积32.6hm ² ，已淤25.3hm ² ，现利用22.8hm ² ，利用率90.4%。相对稳定系数1/23。基本形成小多成群，骨干控制的格局，调查中发现，大多数坝库再次淤满，亟待加高、加固和配套。

2.5.2 水土保持综合治理现状

（1）基本农田

流域水保措施进行了实地调绘，分三级控制量算，结果：截止2005年底“三田”面积保存138.5hm ² ，其中水地0.71hm ² ，占“三田”面积的0.5%；坝地25.3hm ² ，占“三田”面积的18.4%；梯田是该流域基本农田建设中面积最多的一项措施，共有107.3hm ² ，占“三田”面积的77.40%。

（2）林草措施

据调查，2005年底流域内共造林253.7hm ² ，其中乔木林18.70hm ² ，占林地面积的4.5%；灌木林199.5hm ² ，占林地面积的78.6%；混交林23.23hm ² ，占林地面积的1.4%；经济林（包括果园等）35.7hm ² ，占林地面积的14.1%。

灌木林种主要有：柠条、紫穗槐和桑树等；用材林树种有柳树、榆树、刺槐、杨树等；经济林木主要有：苹果、枣树、犁、山杏等。草本植物资源：据勘测统计，流域目前仅保存草地面积22.60hm ² ，大都为2003年国家退耕还林还草上马后新上的草地，品种主要均为紫花苜蓿等。

2.5.3 本流域主要治理经验

1953年，提出的“由上而下的防冲治理和自下而上的沟壑控制拦泥蓄水发展灌溉”方略，即25 °以下的坡地为农区及水果区，26°~35 °坡地为人工草地和干果区，30°以上及峁顶为林区。畜牧发展以饲牧为主。现在看来，这些技术路线虽不完全正确，但毕竟为当时治理工作的开展指出了方向，迈出了第一步。

经过试验、示范实践，到1957年，又提出了该区发展农业生产应是“全面规划，农林牧综合发展”，并提出解决粮食问题的关键是蓄水保土发展水利，种草发展畜牧解决肥料，配合草、树、蚕桑合理利用土地，并提出必须自上而下从峁顶到坡面和自下而上的沟壑治理配合。措施配置上，突破性地改变地埂为水平梯田，草木樨、刺槐、苹果树等大面积推广，开始推行水保耕作法。

从20世纪60年代开始，水土保持治理技术路线渐趋成熟，较完整地提出了“从单一农业经济过渡到农林牧副综合发展和治理措施上的综合治理、连续治理、沟坡兼治、以农为主，建牧促农，以林促牧，大力兴建基本农田，提高单位面积产量”。同时，在措施的布局上提出“梁峁坡面兴修田间工程，造林种草，沟谷坡种草及沟谷兴修小淤地坝，沟谷底兴建大中型淤地坝的三道防线”。

20世纪70年代以来，三道防线内容更加完善，较明确地提出以小流域为单元，进行综合治理，实行工程措施与生物措施、水土保持耕作措施相结合，治坡与治沟相结合等一系列水土保持技术体系。

通过综合治理实践，水土流失基本得到控制，土地利用及产业结构趋于合理，经济收入显著提高，人民群众生活水平有所改善，人均纯收入、粮食年拥有量等主要指标均高于当地平均水平。 Ko2nRnlk2KZ8wcSMN7Pt35dDYT2CyuWby8uaIAE3eoI3Svp0eB8ZuRicrHEarhJ8