3.3.2.1　流域概况

韭园沟是无定河中游左岸的一条支沟，沟口距绥德县城5km，图3.1是根据韭园沟1∶10000地形等值线图绘制的三维影像图。该流域面积70.7km2（沟口测站控制面积70.1km2），沟底比降1.15%，大于200m的支毛沟有337条，其中面积在1km2以上的有15条，沟壑密度为5.34km/km2。沟间地面积为39.6km2，沟谷面积30.5km2。该流域位于东经110°16′，北纬37°33′，海拔高程为820～1180m。流域内地表形态主要由梁、峁和沟谷组成，多为黄土覆盖，土地贫瘠，地块破碎，黄土深厚，植被缺乏，气温变差大，暴雨集中，洪峰量大，含沙量多，水土流失严重，在黄土丘陵沟壑区第一副区具有一定的代表性。该流域属于大陆性气候，雨量较小。据统计，降水量年际变化为735.3（1964年）～232.1mm（1965年），多年平均年降雨量为508.1mm。6～9月降水量占年降水量的71.6%，且多以暴雨形式出现，一次暴雨产沙量往往为年产沙量的60%以上，治理前多年平均侵蚀模数为18120t/km2，属剧烈侵蚀区，侵蚀方式以水蚀为主。多年平均气温10.2℃，极端最高气温39.1℃，极端最低气温-27.1℃，无霜期170天。流域从1953年开始综合治理，到1997年累计完成治理面积为4411hm2，治理度达62.4%，各阶段治理情况如表3.5所示。

图3.1　韭园沟流域地形俯视图（单位：m）

表3.5　韭园沟流域各阶段治理情况表

3.3.2.2　历年水资源效益计算

韭园沟主要的治坡措施为：梯田、林地、草地。坡地修梯田，改变了地形，截短了坡长，蓄水保土作用十分显著，有效地拦蓄了径流，因而土壤含水量一般比坡耕地高。影响林地减洪减沙的因子很多，如坡度、坡长，林地地貌部位、林种、树龄以及枯枝落叶层覆盖度等，在这些影响因子中，覆盖度是影响其减洪减沙的主要因子，在不同产流水平下、不同林地质量拦沙拦洪水平不同，林地减沙效益不仅和林地覆盖度有关，而且与产流量有关，随着产流量增大，林地的减沙量增大，当增大到极限程度后不再变化。草地的减洪减沙机理与林地相同，其拦洪拦沙能力主要与草地覆盖度有关。韭园沟的治沟措施主要为淤地坝。在暴雨洪水作用下，坡面和沟壑同时产生洪水泥沙，但是坡面产生的洪水泥沙汇流后必然流入沟壑，从毛沟到支沟，支沟再到干沟，一级一级地汇入江河。因此，坡面措施只能减少坡面产生的洪水泥沙，沟壑措施则可以拦蓄坡面上排泄的洪水泥沙和沟壑里产生的洪水泥沙。

韭园沟流域水保措施逐年减洪、减沙计算成果如表3.6和表3.7所示。1989年和1993年因缺乏观测资料除外，韭园沟流域1953～2000年坝地、梯田、草地、林地各项水土保持措施总共拦截洪水5213.13万m3，年平均拦洪106.39万m3，历年平均拦洪效益53.9%；总共拦沙5983.89万t，年平均拦沙122.12万t，历年平均拦沙效益为80.5%。淤地坝拦洪总量为3931.34万m3，拦沙总量为5048.55万t，其蓄洪拦沙效益占各项水土保持措施总量的75.41%和84.37%，其余各项措施蓄水拦沙总量占24.59%和15.63%。

表3.6　韭园沟流域水保措施年减洪计算成果

续表

注 各项措施拦截洪水5213.13万m3，其中淤地坝拦洪总量为3931.34万m3。

表3.7　韭园沟流域水保措施年减沙计算成果

续表

注 各项措施总共拦沙5983.89万t，其中淤地坝拦洪总量为3931.34万m3。

根据韭园沟口径流站历年观测的径流量、输沙量以及对淤地坝淤积观测资料，可推求不同时段坝系蓄水量和拦泥量。随着淤积年限的延伸和坝地面积的不断扩大，坝系基本上实现了对洪水及泥沙的控制，减水减沙效益十分显著，由表3.6可知，2000～2005年间历年的拦洪拦沙效益均超过了90%。

3.3.2.3　历年水环境效益计算

水土保持措施能够吸收、过滤、迁移和转化土壤与水体中的一些有害物质，防治流域非点源污染，改善地表水和地下水水质，水土保持措施对氮、磷以及有机质有很好的拦截作用，能够在一定程度上控制非点源污染。据绥德水土保持科学实验站1984年对韭园沟流域取样分析，采取水保措施后，土壤肥力较坡耕地有明显提高，全氮提高8.3%～29.2%；全磷提高3.3%～8.3%；有机质提高1.3%～37.8%，由表可知，土壤肥力由高到低的排列次序是坝地、经济林、水平梯田、乔木林、灌木林及坡耕地。

韭园沟流域各项水土保持措施对氮、磷以及有机质年拦截量如表3.8所示。从表中可以看出，1953～2005年（1989年和1993年因缺乏观测资料除外），各项水土保持措施拦截的全磷、全氮及有机质分别为18398.14t、76817.35t、308522.99t。各项措施有效地提高了土壤肥力，并减少了下游河道淤积及水质污染，改善了当地水环境。其中坝地的拦截作用最为显著，1953～2005年间淤地坝共拦截全磷、全氮及有机质分别达15650.50t、64621.47t和267068.43t，分别占各项水保措施拦截总量的85.07%、84.12%和86.56%，其他措施拦截的全磷、全氮及有机物占拦截总量的14.93%、15.88%和13.44%。

表3.8　韭园沟各项水保措施对氮、磷以及有机质年拦截量

续表

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注 各项水土保持措施拦截的全磷、全氮及有机质分别为：18398.14t、76817.35t、308522.99t。

3.3.2.4　特征年份拦截能力分析

通过单位面积地块的拦截量，可以评价各项水保措施对水、沙及营养成分的拦截能力。韭园沟流域1963年、1977年、1983年和1997年4个特征年份各项水保措施的拦截能力如表3.9和图3.2所示，除了1977年以外，其余年份各项水保措施对水、沙及全磷、全氮和有机物的拦截能力对比均为：坝地＞梯田＞草地＞林地。

表3.9　韭园沟流域各项水保措施特征年份的拦截能力

图3.2　韭园沟小流域各项水土保持措施特征年拦截能力对比

（a）泥沙拦截能力；（b）径流拦截能力；（c）全磷拦截能力；（d）全氮拦截能力；（e）有机物拦截能力

1977年8月4～5日，韭园沟在24h49min内，流域平均降雨量达177.7mm，局部雨量达240.5mm，超出了沟道坝系的防洪设计能力，导致淤地坝大面积损毁，所以这一年的坝地拦截能力剧减。这一淤地坝水毁事件也引起人们对坝系规划理论的重视，促进了坝系中防洪骨干坝的建设。

3.3.2.5　年输移总量计算

通过流域泥沙输移总量，乘以该流域表土中土壤营养物多年平均含量的方法可计算出流域全磷、全氮和有机物输移量，即

式中：Won为小流域中土壤营养物的输移总量（包括流域出口量和各类水保措施拦截量），t；Wos为流域的泥沙输移总量（包括流域出口输沙量和各类水土保持措施拦沙量），t，可根据式（3.1）计算；为流域表土中土壤营养物的多年平均含量，%。由于流域中某土壤营养物的拦截量是由坝地、林地、梯田、草地各项措施的拦截量组成，在黄土高原水土流失综合治理典型区域（如本研究的背景流域韭园沟流域和南小河沟流域），基本实现了流域水沙的全拦全蓄，所以流域表土中某年土壤营养物的平均含量可近似通过各项措施地块中土壤营养物含量与该措施拦沙量的加权平均计算求得，即

式中：Cn为各类水土保持措施地块土壤中的营养物含量，%，见表3.1；WRsi为某类水土保持措施该年份的拦沙量，t。对于韭园沟流域各项措施历年的拦沙量WRsi可由表3.9由各项措施的拦沙模数和流域面积的乘积获得。

经计算，流域表层输移的泥沙中，全氮、全磷和有机物的多年平均含量计算结果分别为0.030%、0.125%和0.490%。小流域水、沙、全氮、全磷、有机物多年平均输移量分别为194.0万m3、139.7万t、429.7t、1804.3t、7102.8t，如表3.10所示。各类水土保持措施对土壤营养物拦截量占流域土壤营养物输移量的比例如表3.11所示。其中坝地对全氮的拦截量占全氮输移量比例的多年平均值为65.6%。梯田、林地、草地分别为6.4%、8.4%、2.3%；坝地对全磷的拦截量占全磷输移量比例的多年平均值为64.7%，林地、梯田、草地分别为7.0%、8.9%、2.1%；坝地对有机物的拦截量占有机物输移量比例的多年平均值为67.0%，林地、梯田、草地分别为6.2%、7.7%、1.8%。韭园沟流域1953～2005年（1989年和1993年因缺乏观测资料除外），各项水土保持措施拦截的全磷、全氮及有机质分别为18398.14t、76817.35t、308522.99t，达到该项营养物输移总量82.6%左右。各项水土保持措施中，淤地坝对水资源和水环境的保护作用所占比例很大。

表3.10　韭园沟流域水、沙、氮、磷、有机物的输移量

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表3.11　各类水土保持措施对污染物拦截量占流域总污染物产量的比例

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