何有華，張曉虹，孫浩峰，徐 裕

（甘肅省水土保持科學(xué)研究所，730020，蘭州）

甘肅河西走廊地區(qū)干旱少雨、風(fēng)大沙多，風(fēng)力作用是塑造地貌的主要外營力，因有了水庫的調(diào)節(jié)作用，才有了綠洲平原的繁榮穩(wěn)定。但因風(fēng)沙災(zāi)害，河西走廊部分水利設(shè)施長期遭受風(fēng)沙填埋，使水庫有效庫容減少，調(diào)蓄功能降低。對(duì)水庫邊緣的風(fēng)沙災(zāi)害進(jìn)行有效治理，是保障整個(gè)綠洲灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要措施。在水庫邊緣建植配套滴灌設(shè)施的防風(fēng)固沙林帶，取水方便，成活率、保存率高，阻沙、固沙效益顯著。但并不是林帶越寬越好，一方面，在生態(tài)林需要灌溉的季節(jié)，也是綠洲區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需水的關(guān)鍵期，規(guī)模過大，會(huì)產(chǎn)生上游生態(tài)與下游灌區(qū)生產(chǎn)之間爭(zhēng)水的矛盾；另一方面，如果規(guī)模過大，不但林帶建設(shè)投資大，而且包括電費(fèi)、人工費(fèi)、灌溉管網(wǎng)維修更換等費(fèi)用在內(nèi)的建后管護(hù)費(fèi)用高，在達(dá)到減少風(fēng)沙入庫目的的同時(shí)，也給建設(shè)單位造成了一定的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。通過分析水庫防護(hù)林帶的減沙效益，以期能為合理確定防護(hù)林帶建設(shè)規(guī)模發(fā)揮指導(dǎo)性作用。

一、研究區(qū)域概況

研究區(qū)域選擇在金塔縣鴛鴦池水庫西岸、白水泉沙系東南端，東北距金塔縣城12 km。根據(jù)金塔氣象站資料，當(dāng)?shù)囟嗄昶骄涤炅繛?4 mm，多年平均蒸發(fā)量為2 466 mm，多年平均風(fēng)速3.3 m/s，春季平均風(fēng)速為4.0 m/s，全年大風(fēng)日數(shù)25天，全年起沙風(fēng)出現(xiàn)次數(shù)235次，最大風(fēng)速31 m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅蔽黠L(fēng)。干旱少雨、風(fēng)大且頻繁、日照充足、晝夜溫差大是當(dāng)?shù)氐闹饕獨(dú)夂蛱攸c(diǎn)。水庫西岸地貌類型為風(fēng)蝕戈壁地貌，地形由西南向東北傾斜，自水庫正常蓄水位至坡頂，海拔高程在1 330～1 379 m之間，相對(duì)高差49 m。水庫東岸的夾山為石質(zhì)山地，加之其處于下風(fēng)向，所以不考慮東岸風(fēng)沙對(duì)水庫的影響。土壤以灰棕漠土和風(fēng)沙土為主，自然植被覆蓋率5%～10%，植被類型以旱生、超旱生種類為主。鴛鴦池水庫始建于1943年，總庫容為1.048億m3。據(jù)金塔縣水務(wù)局監(jiān)測(cè)，至2007年，因風(fēng)沙填淤，鴛鴦池水庫有效庫容減少了4 700萬m3，占總庫容的45%，風(fēng)沙主要以風(fēng)沙流的形式從水庫西岸和上游河道進(jìn)入水庫。針對(duì)風(fēng)沙持續(xù)填淤水庫的實(shí)際危害，金塔縣水土保持部門于2003—2004年在水庫西岸營造了灌木防護(hù)林135 hm2，樹種為花棒、毛條、甘蒙檉柳，混交方式為行間混交，株距行距2 m×3 m，林帶最寬處820 m，最窄處345 m，并用水泵從鴛鴦池水庫提水至高位水池，為防護(hù)林配套滴灌管網(wǎng)灌溉，至2013年5月份調(diào)查時(shí)，株高140～170 cm。

二、減沙效益監(jiān)測(cè)

1.監(jiān)測(cè)方法

監(jiān)測(cè)時(shí)段：自2010年5月5日至2013年4月30日，共監(jiān)測(cè)3個(gè)風(fēng)季。

監(jiān)測(cè)方法：在水庫風(fēng)沙災(zāi)害主風(fēng)方向的林帶外緣裸地和內(nèi)部不同寬度位置布設(shè)積沙缸，進(jìn)行風(fēng)沙沉積量的監(jiān)測(cè)。因水庫的阻隔與沉積作用，只考慮主風(fēng)向西北方向風(fēng)沙對(duì)水庫的影響。選擇無蓋塑料桶作為積沙缸，分別布設(shè)在林帶外側(cè)裸地和林帶內(nèi)不同寬度位置，積沙缸上口徑20 cm，底部直徑18 cm，深30 cm。在布設(shè)積沙缸時(shí)，先選好布設(shè)地點(diǎn)，再在布設(shè)地點(diǎn)挖穴，將積沙缸置入穴內(nèi)，使積沙缸上沿與原地面持平后，再將積沙缸周圍填平。每組3個(gè)，共設(shè)8組24個(gè)積沙缸，其中原戈壁地貌一組布設(shè)在林帶外側(cè)邊緣西北方向10 m處，此處林帶寬度表示為0，在林帶內(nèi)每隔10行林帶布設(shè)一組，共布設(shè)7組，布設(shè)寬度為210 m。為方便取樣，在布設(shè)積沙缸時(shí)，將2個(gè)缸套在一起置入穴內(nèi)，在取樣時(shí)，只取出里層缸收集樣土，取樣后將積沙缸放回原處，以便下次取樣。積沙缸于2010年5月5日布設(shè)，監(jiān)測(cè)至2013年4月30日，共監(jiān)測(cè)了3個(gè)風(fēng)季的積沙情況，將樣土收集后烘干稱重，每組的3個(gè)積沙缸樣土稱重后取平均值即為不同林帶寬度處單缸的平均風(fēng)沙沉積量，以此作為原始數(shù)據(jù)分析不同林帶寬度的減沙效益。

2.監(jiān)測(cè)結(jié)果

將不同林帶寬度處積沙缸內(nèi)的風(fēng)沙沉積量監(jiān)測(cè)平均值匯總于表1。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看到，林帶外戈壁裸地的沉積量為473 g，是210 m林帶寬度處139 g的3.40倍，風(fēng)沙土容重按1.5 g/cm3計(jì)算，林帶外戈壁裸地和210 m林帶寬度處的年均沉積厚度分別為3.35 mm、0.98 mm。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況分析，原地貌為戈壁地貌，無明顯積沙，即可設(shè)定為當(dāng)?shù)仫L(fēng)積量與風(fēng)蝕量是處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，風(fēng)沙沉積厚度與風(fēng)蝕厚度相同，沉積量等于侵蝕量，則當(dāng)林帶寬度達(dá)到90 m處時(shí)，侵蝕模數(shù)由原地貌的 5 021 t/（km2·a）降至 2 166 t/（km2·a），侵蝕強(qiáng)度由原地貌的強(qiáng)度侵蝕降至輕度侵蝕，當(dāng)林帶寬度達(dá)到210m時(shí)，侵蝕模數(shù)降至1476t/（km2·a），但仍屬輕度侵蝕等級(jí)范圍。依據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190—2007），甘肅河西走廊地區(qū)風(fēng)蝕區(qū)容許侵蝕量通常取 1 500 t/（km2·a），則侵蝕量降至土壤容許侵蝕量以下。

三、減蝕效益分析

1.減蝕率分析

以減蝕率指標(biāo)分析不同寬度林帶減少風(fēng)沙沉積量的效果，用于分析每增加一定寬度時(shí)林帶所減少風(fēng)沙沉積量的程度，計(jì)算表達(dá)式如下：

式中，Ri為第i監(jiān)測(cè)點(diǎn)減蝕率 （%）；Gi為第i監(jiān)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)沙沉積量（g）。

分析結(jié)果表明，前30 m林帶的減蝕效果最為明顯，沉積量較戈壁裸地減少30.87%；在60 m林帶寬度處較30 m寬度處沉積量減少23.55%，較戈壁裸地減少47.15%；林帶寬度在210 m處的沉積量139 g，較裸地減少70.61%，較180 m處僅減少5.44%，減蝕效果不再明顯。

表1 鴛鴦池水庫防風(fēng)林帶減沙效益分析

2.邊際效益分析

邊際效益是假定在其他生產(chǎn)要素不變的情況下，用于分析收益隨某一投入要素增加而發(fā)生變化程度的指標(biāo)，通常是企業(yè)為追求最大的利潤，多次進(jìn)行擴(kuò)大生產(chǎn)，每一次投資所產(chǎn)生的效益與上一次投資產(chǎn)生效益的差值即為邊際效益。本文以各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位處林帶的寬度為投入變量，以積沙缸內(nèi)收集到的風(fēng)沙沉積量G為收益量，則第i監(jiān)測(cè)點(diǎn)林帶減沙邊際效益的計(jì)算表達(dá)式如下：

式中，Bi為第i測(cè)點(diǎn)位處的邊際效益（g）；Gi為第 i監(jiān)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)沙沉積量（g）。

分析結(jié)果表明，隨林帶寬度的增加，其減沙的邊際效益明顯下降，由林帶30 m寬處的146 g降至210 m寬處的8 g，在150～210 m寬度處林帶減沙的邊際效益已不明顯。

四、結(jié)論與討論

滴灌生物工程治沙被認(rèn)為是最有效的防治措施，水利工程沙害防治較其他防護(hù)對(duì)象而言，利用滴灌生物工程治沙的生態(tài)用水較易得到保障，但并不是規(guī)模越大越好。如果面積過大，則耗水量大，不但會(huì)影響下游綠洲灌區(qū)用水，同時(shí)還會(huì)增加林帶運(yùn)行管護(hù)費(fèi)用。從鴛鴦池水庫邊緣防風(fēng)林帶減沙效益的監(jiān)測(cè)結(jié)果看，合理的林帶寬度應(yīng)為150 m左右，最寬不宜超過200 m。

由于風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)的隨意性和無邊界性，監(jiān)測(cè)結(jié)果會(huì)因監(jiān)測(cè)時(shí)段不同、積沙缸口徑不同而有出入，但總體能反映出積沙量隨林帶寬度而變化的趨勢(shì)。

水庫風(fēng)沙淤積是一種自然現(xiàn)象，即使水庫邊緣林帶很寬，林地內(nèi)本身的侵蝕現(xiàn)象不可能完全消除，因?yàn)榉里L(fēng)林帶的減蝕效益及林帶內(nèi)部風(fēng)蝕量除林帶寬度外，還與林帶的結(jié)構(gòu)、帶間距、造林密度、株高、林下植被等諸多因素有關(guān)，在水庫邊緣建植防風(fēng)林帶應(yīng)控制在一定寬度范圍內(nèi)，以不至于在水庫設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)，影響水庫正常調(diào)蓄功能為原則。

當(dāng)林帶高度達(dá)到能夠起到阻沙的功能時(shí)，應(yīng)控制灌水量，限制其生長，以節(jié)約運(yùn)行管護(hù)費(fèi)用，所以，保持林帶一定高度的臨界灌水量是需要繼續(xù)研究的內(nèi)容。

[1]趙松喬.中國干旱地區(qū)自然地理[M].北京：科學(xué)出版社，1985.

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