Construction of eco-clean small watershed in the middle section of Yanshan Mountains: A case study of Anchungou small watershed in Luanping county, Chengde city, Hebei province
生态清洁小流域建设是山区丘陵区治理水土流失、防治山区地质灾害和改善生态环境的重要手段之一。党的“十九大”提出必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，作为生态文明建设的重要内容之一，生态清洁小流域建设将对改善生态环境、再造绿水青山起到极大的推动作用。
新的《中华人民共和国水土保持法》以法律形式提出应当建设清洁小流域，规定在饮用水水源保护区应开展清洁小流域建设，减少水土流失引起的面源污染，保护饮用水水源。《北京市水土保持条例》明确规定市和区、县人民政府应当以小流域为单元，以控制土壤侵蚀、保护水源、预防和治理水土流失为重点，按照生态清洁小流域建设标准，综合治理山、水、林、田、路，使流域范围内水土资源得到有效保护和合理利用，沟道基本保持自然生态状态。
1 生态清洁小流域发展及现状
国外小流域治理一般称为流域管理，在欧洲起源于山地整治，奥地利、西德、西班牙、意大利等国很早就开展了大量小流域治理工作。流域管理在美国起源于水土保持运动[1]。美国水土保持事业起步早，法律法规体系完善，全方位制定了小流域调查、规划、治理实施、资金管理、后期监督、科学研究等相关规范[2]，1982—2007年，美国农田水土流失减少43%，取得显著成效[3]。澳大利亚在小流域治理中注重治理与经营措施相结合，以达到理想的土地生产力[4]，日本于1928年创立砂防工学(即流域保全)[5]，前苏联提出了山区流域治理措施体系，包括规划经营措施、森林改良土壤措施、农业改良措施以及水利改良措施[6]。
自20世纪80年代以来，我国先后对上万条小流域进行了综合治理，逐步探索出适合我国实际的治理理念、治理措施及管理体系，取得了非常好的生态效益、社会效益和经济效益[7]。随着社会经济的发展以及人民生活水平的提高，农村污水、垃圾、厕所等环境问题突出，成为小流域治理关注的重点问题。2003年北京市在全国首先提出“生态清洁小流域”治理模式，以水源保护为中心，构筑“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线，坚持五同步治理，采取21项措施对污水、垃圾、厕所、沟道、环境进行同步治理。结合小流域地理位置及社会经济特征、特色资源禀赋，拓宽小流域治理规划思路[8]，构建水源保护、绿色产业、休闲观光、和谐宜居4种生态清洁小流域治理模式[9-10]。鼓励和探索农民参与生态清洁小流域建设，并形成了管理机制，取得了良好效果[11]。经过多年实践，生态清洁小流域建设取得了显著的生态效益、经济效益和社会效益。
基于北京市生态清洁小流域的成功治理经验，2006年10月，水利部在全国范围内发布《关于申报生态清洁小流域试点工程的通知》，在全国30个省(市、区)的81个县实施了生态清洁小流域试点工程，使得以改善生态环境、水环境和人居环境为目标的生态清洁小流域治理体系开始在全国推广[12-13]，在水利部、地方各级政府、水利及水土保持部门的大力推动下取得了明显成效。2008年北京市在全国率先发布并实施了DB11/T548—2008《生态清洁小流域技术规范》，使生态清洁小流域步入规范化治理[14]。2011年《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》明确提出实施农村河道综合整治，大力开展生态清洁型小流域建设，标志着生态清洁小流域建设开始进入大规模的实践应用阶段[15]。在区域协同发展的背景下，生态清洁小流域治理也逐步迈向协同治理的道路，实现上下游溯源治理，共同获益。
经过十几年的探索与实践，生态清洁小流域建设理念和技术日臻成熟，制度更加完善，治理模式更加丰富，生态清洁小流域建设从业者积累了丰富的治理经验。
新常态下，党中央对生态文明建设日益重视，对生态清洁小流域治理也提出了更高要求，要求树立尊重自然、顺应自然、保护自然的理念，把生态文明建设放在突出位置[16-17]，通过建设生态清洁小流域，改善生态环境，使其水土保持和生态涵养价值得到充分发挥，真正实现绿色节能发展战略[18]。当前我国生态清洁小流域治理措施体系及技术已十分成熟，成效显著，北京生态清洁小流域治理处于领先位置。
2 燕山山脉中段建设生态清洁小流域的必要性
燕山山脉中段包括河北张承地区以及北京北部的广大地区，是北京重要的水源地和水源涵养区，众多河流发源或流经此地，最后进入北京。该地区生态环境的好坏关系到北京的水源安全，开展生态清洁小流域建设有助于改善区域生态环境，保障首都水源安全，推动生态文明建设以及京津冀协同发展。
2.1 是京津冀协同发展的重要一环
2014年2月26日，习近平总书记在北京主持召开座谈会，听取京津冀协同发展工作汇报，强调实现京津冀协同发展，是一个重大国家战略[19]。同时指出“张家口、承德两地要定位于京津冀水源涵养功能区，同步考虑解决京津周边贫困问题”。燕山山脉中段的张承地区与京津地区协同开展生态清洁小流域治理是京津冀协同发展的重要举措之一。
2.2 是建设生态文明的必然要求
党的“十八大”从新的历史起点出发，做出“大力推进生态文明建设”的战略决策，强调把生态文明建设放在突出地位，融入各方面建设全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展[20]。党的“十九大”要求推进绿色发展，着力解决突出环境问题，加大生态环境系统保护力度，改革生态环境监管体制。小流域的生态文明建设，尤其是农村地区、河流、水库上游地区的小流域治理效果直接影响我国生态文明建设的成效[21]。作为北京和天津地区重要的水源地和水源涵养区，燕山山脉中段建设生态清洁小流域，改善生态环境尤为重要。
2.3 是上下游溯源治理的需求
流域是一个相对完整的生态和地理单元，从整体上来看，上下游生态环境同时影响着整个流域的生态环境，如果仅对下游进行治理而上游不采取有效措施，则整个流域的生态环境难以得到整体改善，下游治理成果也将功亏一篑。燕山山脉中段河北张承地区与北京和天津相邻，众多河流从河北流入京津地区。作为同一流域单元和水资源系统，对跨京津冀地区的流域进行上下游溯源治理，构建水源保护和水土流失防治体系，最终实现生态清洁小流域建设目标[22]，是改善流域整体生态环境，保障下游水质安全的必然要求。
3 安纯沟小流域开展生态清洁小流域建设的必要性
安纯沟小流域地处燕山山脉中段，位于河北省承德市滦平县，蒙古高原与冀北山地过渡带。在大力推动生态文明建设和京津冀协同发展的大环境下，建设安纯沟生态清洁小流域对于改善燕山山脉中段生态环境，保护首都水源尤为必要，同时也对燕山山脉中段生态清洁小流域建设起到良好的示范作用。
4 安纯沟小流域概况
4.1 自然条件
安纯沟小流域位于河北省滦平县西北部，属于海河流域北三河水系，地处潮白河上游，是密云水库的重要水源地，流域面积115.2 km2。
流域内地势自西北向东南倾斜。地形属侵蚀构造-侵蚀堆积地貌类型，属于中、低山丘陵区，海拔在400~650 m之间。
流域内成土母质为基性岩类残积坡积物，土壤为棕壤、褐土、草甸土3个土类。其中棕壤为本流域地带性土壤，面积最大，约占总面积的69%。耕地土层厚度约20~50 cm。
流域地处内陆，气候类型为半干旱半湿润、大陆性季风型山地气候，年平均气温8.3 ℃，多年平均降水量约501 mm，多年平均蒸发量约1 018 mm。流域内降水、径流时空分布不均匀。
流域内自然植被类型为暖温带落叶阔叶林和温带针阔混交林，林草植被覆盖率约为55%。主要乔木为油松(Pinus tabuliformis)、蒙古栎(Quercus mongolica)、辽东栎(Quercus wutaishanica)、侧柏(Platycladus orientalis)、杨树(Populus)、山杏(Armeniaca sibirica)、刺槐(Robinia pseudoacacia)等，草本主要为黄背草(Themeda japonica)、披碱草(Elymus dahuricus)、铁杆蒿(Tripolium vulgare)等，经济林主要为苹果(Malus pumila)、杏(Armeniaca vulgaris)、海棠(Malus spectabilis)等。
4.2 社会经济状况
安纯沟小流域涉及安纯沟门乡和平坊乡2个满族乡，包括安纯沟门村、曹营村、西杨树沟门村、十八盘村、项栅子东营村、骡子沟门村、上瓦房村、桑园村、西双栅子村、李栅子村和小白旗村11个行政村，总面积1万1 463 hm2，其中林业用地占83.1%，农业耕地占5.9%，种植业是该流域经济收入的重要来源。总人口1万3 508人，3 859户，农民年均纯收入1 591元。
4.3 水土流失状况
安纯沟小流域总面积为115.2 km2，其中水土流失面积34.98 km2，占流域总面积的30.36%，水土流失类型以水力侵蚀为主。流域内坡耕地平均坡度较大，土层较厚，遇暴雨表土大量流失，导致坡耕地产量下降。小流域内坡陡流急，受中、小尺寸天气系统影响，常出现短历时、高强度暴雨、大暴雨，极易暴发山洪，引发局部滑坡和泥石流等山地灾害。
5 安纯沟小流域治理目标及措施
5.1 建设目标
安纯沟小流域位于燕山山脉中段，潮河流域内，属于密云水库饮用水水源地上游，根据流域功能定位及存在的问题，参照SL 534—2013《生态清洁小流域建设技术导则》、北京市DB11/T 548—2008《生态清洁小流域技术规范》并结合流域实际情况确定建设目标(表 1)。
表 1(Tab. 1)
表 1 安纯沟小流域建设目标
Tab. 1 Construction targets of Anchungou small watershed
项目
Item |
建设目标
Construction target |
| 水源保护区等级Grade of water source protection area |
三级Grade 3 |
| 治理面积Management area/km2 |
30 |
| 小流域出口地表水环境质量Environmental quality of surface water in small watershed outlet |
Ⅲ级Grade Ⅲ |
| 土壤侵蚀强度Soil erosion intensity/(t·km-2·a-1) |
≤500 |
| 林草面积占宜林宜草面积The area of forest and grass in the suitable area of forest and grass/% |
≥70 |
| 化肥使用强度Fertilizer use intensity/(kg·hm-2) |
≤250 |
| 农药施用Pesticide application |
禁用高毒、高残留农药，其他应符合GB 4285—1989《农药安全使用标准》 Prohibit high toxic and high residue pesticides, others should comply with “Using Pesticide Safety Standards”(GB 4285—1989) |
| 沟道形态特征Channel morphology characteristics |
沟(河)道形式、宽度和深度保持自然多样性，沟(河)道底层及两岸几乎未扰动或扰动不明显，扰动沟(河)道按照近自然的方法进行了治理The forms, widths and depths of ditches (rivers) remain natural diversity, and the bottoms of ditches (rivers) and their banks are almost undisturbed or undisturbed. The disturbed ditches (rivers) are harnessed in a near-natural way |
| 沟道生态指标Channel ecological index |
沟(河)道及两岸动植物群落基本保持自然状态。The ditch (river) and the flora and fauna communities on both sides of the river basically maintain their natural state |
| 地表水环境质量Surface water environmental quality |
Ⅲ级Grade Ⅲ |
| 村庄生活污水处理率Village sewage treatment rate/% |
≥70 |
| 村庄防洪达标率Village flood control compliance rate/% |
100 |
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表 1 安纯沟小流域建设目标
Tab. 1 Construction targets of Anchungou small watershed
|
5.2 三区划分原则
根据生态清洁小流域治理三道防线划分新思路，以保护水源为中心，将小流域划分为生态修复区、生态治理区和生态保护区。
5.2.1 生态修复区
生态修复区是三道防线中的第一道防线，位于远山中山及人烟稀少地区，人为活动较少，没有开发建设及大规模的农业生产活动等人为干扰。对应地貌部位为上部坡面及山顶，土地利用类型以林地为主，植被盖度>30%，一般情况下其坡度多在25°以上。土壤侵蚀形式以沟蚀和重力侵蚀为主。
5.2.2 生态治理区
位于山麓、坡脚等农业种植区及人类活动频繁的农区，主要为坡中、坡下及滩地，土地利用类型以耕地和建设用地为主，植被盖度>10%，一般情况下其坡度要小于生态修复区的地面坡度，土壤侵蚀以面蚀和沟蚀为主。
5.2.3 生态保护区
位于河(沟)道两侧及周边，对应地貌部分为河(沟)道及滩地，土地利用类型有水域、未利用地和草地，植被盖度 < 30%，坡度较为平缓，土壤侵蚀形式以面蚀、沟蚀和河岸崩塌等重力侵蚀为主。
5.3 治理措施分区布局
根据水土流失、水污染规律和因害设防的原则，按生态清洁小流域建设功能区提出安纯沟生态清洁小流域治理措施的配置方案。
5.3.1 生态修复区
生态修复区以自然修复为主，通过划定封禁保护区范围和采取适当抚育措施，提高区域植被覆盖度和水源涵养能力，实现防洪和生态环境改善的源头防护。为了保持自然和谐的状态，做到工程与环境的统一协调，不使用任何拦护措施，只在山路入口或明显地段设置封禁标牌，标志牌选用预制水泥块石结构。设置封禁治理范围26.2 km2，封禁标牌5块，配备管护员11人。
5.3.2 生态治理区
生态治理区以加强基础设施建设和改善村庄环境为重点，采取措施包括：梯田整修、旱厕改造、污水处理、村庄美化等措施。工程措施与生物措施相结合，本着生态治理优先的原则，尽量减少浆砌石，采用干砌石结构和生态防护措施，村庄美化以适地适树为原则，植物选择以乡土树种、草种为主。
1) 水土保持林。流域内部分坡度为15°~25°的山地原为荒草地和疏林地，既容易产生水土流失，又影响区域景观，为了防治水土流失，改善区域景观，在荒草地和疏林地种植山杏、山桃(Amygdalus davidiana)、油松(Pinus tabuliformis)等具有水土保持功能树种，防治水土流失。种植面积367.52 hm2，栽植油松14万3 475株，山杏63万1 850株。采用鱼鳞坑整地，共修建鱼鳞坑77万5 325个。
2) 梯田。流域内部分坡耕地存在严重水土流失，为实现蓄水保土、增产等效果，将15°以下坡耕地改造为干砌石梯田。施工时上下左右兼顾，地形弯曲过大时，可按大弯就势小弯取直的原则加以顺直。从缓坡到陡坡之间，随着地面坡度的增加，设计的田面宽度相应减小，而田坎高度则相应增大。共修筑石坎梯田11.91 hm2。
3) 村庄美化。流域内部分村庄存在闲置空地，地表长期裸露，缺乏绿化美化措施。通过种植乡土树种和花卉、配置休闲广场、景观小品等措施对闲置空地进行绿化美化，改善村庄环境，为周边居民提供休闲娱乐场所。村庄美化面积900 m2。
4) 生态厕所。流域内原有厕所主要为旱厕，大部分已完成改造，为全面减少污染物入河，对其余农户进行旱厕改造，同时在村庄人流较大处建设公共厕所。旱厕改造共245户，新建公共厕所7座。
5) 垃圾处理。滦平县垃圾处理实行第三方运营(垃圾处理PPP)模式，由环卫公司实行专业化管理、专业化服务，对农村垃圾统一收集并运输至城镇垃圾处理厂处理，因此根据实际情况，垃圾处理未进行重复设计。
6) 污水处理。流域内村庄居住点分散，不利于污水集中收集和处理，县美丽乡村建设办公室已为流域内大部分村庄配备了单户污水处理设施，设备运行和污水处理效果良好，因此在本次流域治理中未建设统一的污水处理站，而是结合美丽乡村建设，为未配备污水处理设施的农户安装了单户污水处理一体化设备，污水处理达标后可用于农田及菜地浇灌，多余部分可以直接排放。新配备生活污水处理设施245套。
5.3.3 生态保护区
生态保护区是三道防线中的最后一道，位于河(沟)道两侧，是接受污染最多的区域，按照流域治理的要求，措施布局主要为河道清理整治、河岸农地地坎防护等措施：对河沟道的垃圾和乱堆放的建筑垃圾和生活垃圾等障碍物进行清理，疏通河道，同时恢复和营建人工湿地，恢复河道生态系统功能。治理过程中对河道淤泥以及建筑和生活垃圾进行全面清理，疏通河道，提高洪水下泄能力。结合河道清理整治工程对河道内原有湿地进行保护和恢复，同时通过种植芦苇(Phragmites australis)、千屈菜(Lythrum salicaria)、菖蒲(Acorus calamus)、红蓼(Polygonum orientale)等水生植物构建人工湿地，流经村庄水流较缓的河段根据村庄景观特点适量增植睡莲(Nymphaea tetragona)、荷花(Nelumbo nucifera)等植物，形成景观节点。河道岸线除靠近村庄和耕地处修建少量浆砌石护地坝外，其余部分根据需要采用铅丝石笼柔性生态材料和六棱砖相结合的方式进行防护，常水位以下采用铅丝石笼防护，常水位以上采用六棱砖防护，六棱砖内撒播无芒雀麦(Bromus inermis)、白三叶(Trifolium repens)等草籽，种植迎春(Jasminum nudiflorum)、沙地柏(Juniperus sabina)等灌木树种。河岸种植金叶榆(Ulmus pumila ‘jinye’)、旱柳(Salix matsudana)等乔木树种进行绿化。
生态保护区共实施河道清理整治9.7 km，修建护地坝4 270 m，河岸带治理9 410 m2，湿地恢复0.43 hm2。
6 燕山山脉中段生态清洁小流域建设特点
6.1 采用“京标”的基础上需结合当地实际情况
燕山山脉中段生态清洁小流域建设以改善生态环境、保护北京水源、提升人居环境为目标，是在北京生态清洁小流域标准下进行的。在投资上按照65万元/km2实施；治理措施设计上以SL 534—2013《生态清洁小流域建设技术导则》、北京市DB11/T 548—2008《生态清洁小流域技术规范》等相关技术规范为依据；治理模式上按照北京市“保护水源、改善环境、防治灾害、促进发展”的总体要求，构筑“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线，实施“污水、垃圾、厕所、河道、环境”五同步治理。
在满足“京标”的基础上结合本地实际进行治理。综合分析流域自然、社会、经济条件，根据流域特点确定治理思路。通过实地调查，摸清当地污水、垃圾、厕所、河道以及环境现状，因地制宜选择治理措施。
在实地调查的基础上，因地制宜划定封禁治理范围；适地适树选择当地树种营造水土保持林，防治水土流失；考察在当地大量配备且运行良好的生态厕所和污水处理设备，根据实际需要，选择最适合该流域的生态厕所和污水处理形式；结合美丽乡村建设以及当地文化和景观特点，利用村庄闲置空地打造休闲广场及景观小品，为当地居民提供休闲娱乐场所，改善居住环境；选择适合当地的水生植物恢复和营建湿地，改善河道生态环境和景观格局。
6.2 以景观生态学原理为指导，对小流域进行规划设计
治理过程中应结合景观生态学原理，从小流域景观结构和功能2方面入手，注重不同生态系统之间的相互作用，在保持小流域原有风貌的基础上，采用合理的措施优化生态系统结构，提升景观格局。
在小流域中，许多不同生态系统组成的整体空间结构相互作用、相互协调、不断变化。受人为干扰，流域内景观格局和生态系统会发生不同程度的变化。通过生态修复区封禁治理及必要的人工抚育措施，提高植被覆盖度和水源涵养能力，优化森林生态系统结构，减少水土流失。对于生态治理区15°~25°的缓坡荒草地和疏林地，选择具有水土保持功能并且观赏性高的树种营造水土保持林，在防治水土流失的同时改善缓坡地带景观条件；村庄内闲置空地通过种植乡土树种和花卉、配置休闲广场、景观小品等措施，改善村容村貌，提升流域人居环境。生态保护区通过清理整治，形成整洁顺畅的河道。在清理整治的同时，对部分原有自然条件较好的湿地予以保留和恢复，同时选择当地水生植物构建人工湿地。水生植物选择除考虑景观效果外还需考虑水质净化功能，在提升景观的同时一定程度上改善河道水质。对破损的河道岸线采用生态措施进行修复和防护，种植当地景观树种和草种。通过河道清理整治、湿地恢复和营建以及河道岸线修复，提高河道防洪能力，恢复河道生态系统功能，改善水质，提升河道景观，形成一个防洪安全、水清岸绿的生态长廊。
6.3 山水林田湖草一体化，构建点、线、面防护体系
综合考虑山水林田湖草，构建点、线、面一体化防护体系。山水林田湖草是一个生命共同体，通过配备污水处理设施、旱厕改造等措施，对污水进行统一收集处理，从源头上阻断污水排放入河，减少点源污染；对河道进行清理整治、恢复和营建湿地、修复河道岸线等措施，使河道生态系统和水质得到改善；通过水土保持林营建等措施，有效减少水土流失面源污染，同时增加植被覆盖度，提升流域景观格局。通过点、线、面综合防护体系的构建，使山水林田湖草有机结合在一起，形成一个完整的生命共同体。
6.4 采用新技术、新材料，实现近自然治理
坚持生态治理理念，结合新技术和新材料的使用，实施近自然治理。河道尽可能接近自然状态，河道清理整治过程中根据河道走势，随弯就弯，对河道岸线进行修整，形成自然优美的河流流态；岸线修复过程中岸坡防护尽可能少使用硬质材料，选择生态袋、铅丝石笼、格宾网以及蜂巢格室挡墙等柔性生态材料建设，同时结合植物措施，对河岸进行有效防护。通过新技术和新材料的使用，在对河岸进行防护的同时，改善河岸带环境，提高岸坡纳污和过滤能力，改善河道水质。
6.5 加强宣传，鼓励流域内民众参与小流域治理
加强对水土保持和生态建设的宣传，提高民众保护生态环境的意识，鼓励民众参与生态清洁小流域建设。封禁治理区严禁放牧，减少人为活动和干扰；坡度>15°的山地严禁开荒；河道内不得倾倒垃圾，污水未经处理或处理不达标的不得排放入河；加强湿地保护与恢复，减少人为干扰，加强水源保护。
建设过程中鼓励流域内民众参与小流域治理的设计和施工过程。项目开展前期，深入村镇与当地干部、农民等进行座谈，广泛征求农民意见，保障农民的知情权；工程设计阶段深入了解农民需求，确定将要纳入设计的工程措施，与农民一同商议工程措施的形式等；工程建设过程中优先雇用当地农民，让农民亲自参与家园建设。通过农民参与小流域建设，切实保障农民利益，增加农民收入。
7 结论
通过安纯沟小流域治理的实践与分析得出燕山山脉中段生态清洁小流域治理应遵循以下原则：
1) 依据北京标准进行治理，同时应结合当地实际，因地制宜地布设治理措施；
2) 结合景观生态学原理，在保持小流域原有风貌基础上，采用合理措施优化生态系统结构，提升景观格局；
3) 构筑山水林田湖草点、线、面一体化综合治理体系；
4) 使用新技术和新材料，实施近自然治理；
5) 加强生态保护宣传，鼓励农民参与，保障农民利益，增加农民收入。
2021, Vol. 19 
