岳大鵬,董美云

(陜西師范大學旅游與環(huán)境學院,陜西西安 710062)

陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的典型流域調查與估算＊
——以碾莊溝流域為例

岳大鵬,董美云

(陜西師范大學旅游與環(huán)境學院,陜西西安 710062)

隨著鄉(xiāng)村聚落的發(fā)展,陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的嚴重性已經(jīng)凸顯。以碾莊溝流域為例,研究了鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕方式,并對侵蝕總量進行了估算。結果顯示:從鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的主要方式來看,以新建窯洞的棄土侵蝕最大,窯洞坍塌侵蝕次之,聚落水蝕侵蝕量最小,其中塌窯侵蝕和建窯侵蝕兩項合計占到鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的94.6%;從鄉(xiāng)村聚落的侵蝕總量來看,面積占1.08%的鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的侵蝕量卻占到全流域侵蝕總量的6.83%,人居侵蝕模數(shù)達6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a)。因此,對鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕應加以重視,而土壤侵蝕的防治工作應該以新建窯洞的管理和廢棄窯洞坍塌的治理為重點。

陜北多沙粗沙區(qū);碾莊溝流域;鄉(xiāng)村聚落;土壤侵蝕;人居侵蝕模數(shù)

陜北多沙粗沙區(qū)是指陜北延河口—延安—志丹—吳旗一線以北的黃土丘陵、土石丘陵及片沙覆蓋的黃土丘陵區(qū),包括榆林市的12個縣區(qū)和延安北部7個縣。核心區(qū)域面積為43 548 km2,占黃河中游多沙粗沙區(qū)總面積7.86萬km2的55.4%,水土流失嚴重,年產(chǎn)沙量為3.1億t,占到黃河全年產(chǎn)沙量的18.2%[1]。近年來,隨著對坡面、溝谷地帶水土流失的治理,鄉(xiāng)村面貌整體上發(fā)生了改變,但是鄉(xiāng)村聚落內部的土壤侵蝕嚴重性日益凸顯,這與當?shù)氐孛?、氣候、地質等自然條件以及當?shù)鼐用癃毺氐纳a(chǎn)、生活方式有密切聯(lián)系。黃土高原鄉(xiāng)村聚落用地類型主要有窯洞(房屋)用地、庭院用地、戶間空地及戶間道路用地等,它們受人為影響程度大,形成了特殊的侵蝕環(huán)境。有關鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕研究,甘枝茂、岳大鵬等已進行了系列研究,指出陜北黃土高原鄉(xiāng)村聚落中存在著嚴重的水土流失[1-8],但在一個流域內侵蝕方式和總量估算尚未涉及。本文通過實地調查和小區(qū)觀測,對延河支流碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落部分土壤侵蝕的總量進行了估算,為有效控制流域內鄉(xiāng)村聚落的土壤侵蝕提供了依據(jù)。

1 碾莊溝流域概況

碾莊溝位于陜北多沙粗沙區(qū)南部的延安市寶塔區(qū)中北部,為延河一級支流,流域面積54.2 km2,水土流失面積54.2 km2。地貌形態(tài)為黃土峁居于主導地位的黃土梁峁狀丘陵,屬暖溫帶半濕潤半干旱地區(qū),多年平均年降水量527 mm,降水多以暴雨形式出現(xiàn)。流域內多年平均侵蝕模數(shù)1.0萬t/km2,年均輸沙量54.2萬t,年均徑流模數(shù)3.3萬m3/km2,年均徑流量178.9萬m3。在行政上,碾莊溝流域屬延安市寶塔區(qū)李渠鎮(zhèn)管轄,是寶塔區(qū)政府的一個小流域治理試點流域。有17個行政村,21個自然村,總戶數(shù)1 083戶,總人口4 561人,農(nóng)村人口密度84人/km2,人均土地1.2 hm2。

2 碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕方式與總量估算

2004年7月-2007年10月我們在碾莊溝流域進行了多次調查,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的主要方式是現(xiàn)有聚落水蝕、廢棄院落的塌窯侵蝕和新建聚落(窯洞)的棄土侵蝕。并對聚落用地類型、聚落內總戶數(shù)、戶均占地面積、新建窯洞的數(shù)量與比例,廢棄窯洞的比例等進行了調查,調查結果見表1。

表1 碾莊溝流域聚落與土壤侵蝕情況調查結果

2.1 鄉(xiāng)村聚落水蝕估算

(1)現(xiàn)有聚落水蝕的觀測與水蝕強度的確定

2004年,我們在碾莊溝流域碾莊村建立了聚落水蝕觀測站,觀測站位于碾莊溝坡麓臺地上,分別設立庭院、戶間道路與戶間空地觀測小區(qū),每個小區(qū)基本上保持了地面原狀,其范圍與面積大小,按易于匯流的自然地面而定,為非規(guī)則形狀。2005年6-10月對9次產(chǎn)沙降水的水沙進行觀測、采樣,然后進行室內稱重和粒度分析,得到輾莊村的水蝕情況(表2)。碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落用地類型有窯舍、庭院、戶間道路、戶間空地,由于窯舍的水蝕強度難以

表2 2005年延安輾莊溝徑流泥沙觀測結果匯總表

測定但又不能忽略不計,此處只對庭院、戶間道

路和空地的侵蝕強度進行了測定,本文以測定值

的平均值來估算碾莊溝流域水蝕平均侵蝕模數(shù)。所以碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的平均水蝕強度可以用

公式(1)進行計算:

式中:Eds、Eks、Ets分別為戶間道路水蝕強度、戶間空地水蝕強度、庭院水蝕強度,單位是t/(km2·a); Sjd、Sjk、Sjt分別為戶均道路占地面積、戶均空地占地總面積、戶均庭院占地面積,單位為m2或km2。

根據(jù)調查結果和測定值,碾莊溝流域平均水蝕強度為:4 347.5 t/(km2·a)。

(2)總水蝕量(W s)的估算

按照下列公式計算:

式中:Ws為水蝕量(t/a),N為輾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落現(xiàn)有戶數(shù),Shj為戶均占地面積(km2),Ejs為年平均水蝕模數(shù)(t/(km2·a))。

經(jīng)計算,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落年水蝕量為2 223 t/a,占流域侵蝕量的0.37%。

2.2 窯洞坍塌(塌窯)侵蝕量的估算

(1)坍塌窯洞的估算

據(jù)調查,碾莊溝流域總戶數(shù)為1 083戶,戶均窯洞數(shù)為4孔(3孔住人,1孔堆放雜物或作為牲畜圈舍),則流域內窯洞總數(shù)約為4 332孔。而坍塌的窯洞約占廢棄窯洞的30%(表1),依此推算,全流域大致有195孔窯洞坍塌。

(2)土壤容重的確定

輾莊村位于碾莊溝的中心位置,最能代表碾莊溝流域土壤容重的平均值。2004年7-10月我們在輾莊村采樣,經(jīng)測定,不同用地類型土壤容重平均值為:戶間道路為1.89 t/m3,庭院為1.79 t/m3,戶間空地為1.4 t/m3。戶間道路和庭院經(jīng)過人工夯實或踩踏,土壤緊實,土壤容重較戶間空地大。而塌窯所產(chǎn)生的崩塌體和建窯時的棄土土質疏松,孔隙度較大,其土壤容重與戶間空地更接近。所以本文的土壤容重采用輾莊村戶間空地土壤容重的平均值。即土壤容重為1.40 t/m3。

(3)塌窯侵蝕強度的確定

塌窯侵蝕在不同地區(qū)差異比較大,因此為盡量準確,選陜北全區(qū)的數(shù)據(jù)加以分析。對陜北全區(qū)(安塞縣、延川縣、子長縣、榆陽區(qū)、子洲縣)共32戶、102孔塌窯進行了實地調查測量,內容包括塌窯孔數(shù)、建窯時間、塌窯時間、垮塌年限、崩塌體積、殘留量、流失量等。結果顯示:陜北全區(qū)窯洞坍塌侵蝕量平均為46.3 m3/(孔·a)。根據(jù)土壤容重和每孔窯洞占地面積(38.2 m2),計算出單位面積年侵蝕量(侵蝕模數(shù))為:169.7萬t/(km2·a);塌窯占地面積=38.2 m2/孔×195孔= 7 449 km2。

(4)塌窯侵蝕量的估算

塌窯侵蝕量Wt依據(jù)下列公式計算:

式中:Nt、Etm、d分別為塌窯孔數(shù)(孔)、每孔塌窯的年侵蝕量(m3/(孔·a))、土壤容重(t/m3)。

經(jīng)計算,碾莊溝流域窯洞坍塌的總侵蝕量為1.3萬t/a,占流域平均侵蝕量的2.4%。

2.3 新建窯洞侵蝕量的估算

(1)新建窯洞數(shù)的估算

據(jù)調查,碾莊溝流域新建房屋的戶數(shù)平均占到村莊戶數(shù)的85%。那么近20年來全流域就有新建窯洞3 682孔。

(2)每年參與棄土侵蝕的新建窯洞數(shù)的估算

20年所建的窯洞是逐年建成的,雖然近幾年新建窯洞的速度比20世紀80年代初要快,但平均計算,每年也有新建窯洞184.1孔。然而,參與棄土侵蝕的新建窯洞不只是一年修建的窯洞,也應包括前幾年修建的。據(jù)調查,輾莊流域棄土流失系數(shù)為0.15(表3),也就是說修建新窯產(chǎn)生的棄土量,平均在大約6.7年的時間侵蝕掉,因此現(xiàn)在每年實際參與棄土侵蝕的新建窯洞數(shù),應為184.1孔/a×6.7a=1 233.5孔。

表3 陜北黃土高原碾莊溝流域新建窯洞侵蝕量調查表

(3)棄土年流失量(侵蝕量)的確定

在碾莊溝流域的三個樣本平均值為13 m3/(孔·a)(表3),即每孔新建窯洞的年平均侵蝕量為13 m3/(孔·a)。換算成單位面積的新建窯洞平均年侵蝕量(t/km2):每孔窯洞平均占地38.2 m2,新建窯洞占地總面積=38.2 m2/孔× 1 233.5孔=4.7萬m2;單位面積年侵蝕量為: 47.6萬t/km2。

(4)新建窯洞年侵蝕量的估算

新建窯洞年侵蝕量Wx可以依下列公式計算:

式中:Wx為新建窯洞年侵蝕量(t/a);Nx為每年參與棄土侵蝕的新建窯洞的數(shù)量(孔);Eqm為每孔新建窯洞的年平均侵蝕量(m3/(孔·a));d為土壤容重(t/m3)。

經(jīng)計算,碾莊溝流域新建窯洞侵蝕量為2.2萬t,占全流域侵蝕量的4.06%。

2.4 總侵蝕量和人居侵蝕模數(shù)的估算

2.4.1 總侵蝕量的估算

總侵蝕量(W)是水蝕量、塌窯侵蝕量、建窯侵蝕量三項的和,即:

經(jīng)計算,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的年侵蝕總量為3.7萬t,約占全流域的6.83%。上述計算結果的匯總表,如表4。

表4 碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落侵蝕量估算結果匯總表

2.4.2 人居侵蝕模數(shù)的估算

人居侵蝕模數(shù)是指單位面積聚落(包括鄉(xiāng)村聚落和城鎮(zhèn)聚落)所產(chǎn)生的土壤侵蝕量或人均侵蝕量,它綜合反映了人類居住環(huán)境中人類活動所產(chǎn)生土壤侵蝕的強弱。在黃土丘陵區(qū),鄉(xiāng)村聚落中產(chǎn)生的人居侵蝕模數(shù)較大,這與本區(qū)聚落水蝕、廢棄窯洞坍塌(塌窯侵蝕)、聚落新建窯洞開挖棄土侵蝕量較大有關。裴新富等認為[9],黃土丘陵區(qū)的人居侵蝕影響到窯洞民居類型、建筑形式、住房水平、再塑地類面積大小以及防護措施布設狀況,進而影響下墊面條件、地表徑流水沙狀況,決定了土壤侵蝕效應大小。

(1)聚落占地總面積的確定

通過調查,碾莊溝流域戶均占地面積平均為472.1 m2,現(xiàn)住戶數(shù)為1 083戶,整個流域現(xiàn)住聚落占地面積約為0.511 3 km2;此外,該流域目前有大約15%的住戶廢棄了原有聚落或者窯洞,廢棄窯洞聚落的占地面積應為現(xiàn)有聚落面積的15%,即0.076 7 km2。

這樣,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落總面積合計為0.588 km2,占整個流域面積的1.08%,比延安市統(tǒng)計的平均農(nóng)村居民點用地的比例稍大(延安市平均為0.78 km2[10])。

(2)人居侵蝕模數(shù)的估算

單位面積平均每年的土壤侵蝕量:

平均每人每年的土壤侵蝕量:

式中:W為總侵蝕量(t/a),S為碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的占地面積(km2),Nr為碾莊溝聚落的總人數(shù),計算所得碾莊溝流域的人居侵蝕模數(shù)為6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a)。

3 結論分析

(1)從土壤侵蝕的主要方式來看,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落以新建窯洞的棄土侵蝕最大,其年侵蝕量達到2.2萬t/a,占鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的59.5%;窯洞坍塌侵蝕次之,達到1.3萬t/a,占鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的35.1%;聚落水蝕侵蝕量最小,為2 223 t/a,僅占5.4%,其中塌窯侵蝕和建窯侵蝕兩項合計占到鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的94.6%,成為鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的最主要表現(xiàn)。

(2)從年侵蝕總量來看,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的年侵蝕總量為3.7萬t/a,占到整個碾莊溝流域年侵蝕量的6.83%;而其聚落占地(包括廢棄聚落)0.588 km2,占到全流域的1.08%。也就是說,面積占1.08%的鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的侵蝕量卻占到全流域侵蝕總量的6.83%。如果把這么多的侵蝕量平均分配到鄉(xiāng)村聚落里,可以使鄉(xiāng)村聚落的人居侵蝕模數(shù)達到6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a),達到劇烈侵蝕。依此推算,整個陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落總侵蝕量可以達到0.28億t/a,占陜北多沙粗沙區(qū)年輸沙量的9%。這不能不引起人們的高度重視。建議有關部門把防止鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕納入防治工作的議程。

(3)對碾莊溝流域的研究表明,鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的防治工作應該以新建窯洞的管理和廢棄窯洞坍塌的治理為重點,通過各級部門的大力協(xié)助,把聚落建設、鄉(xiāng)村規(guī)劃與水土保持工作密切結合起來,再造一個美好的生存環(huán)境。

[1] 甘銳,岳大鵬,甘枝茂,等.陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕及防治對策[J].水土保持通報,2006,26(4):96 -100.

[2] 甘枝茂,岳大鵬,甘銳,等.陜北黃土丘陵區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤水蝕觀測分析[J].地理學報,2005,60(3):519-525.

[3] 岳大鵬,甘枝茂,甘銳,等.陜北黃土高原多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤水蝕定位觀測研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2005, 19(6):142-146.

[4] 岳大鵬,甘枝茂.陜北典型地區(qū)鄉(xiāng)村聚落水蝕泥沙規(guī)律的初步研究[J].地域研究與開發(fā),2008,27(3):88-93.

[5] 岳大鵬.陜北黃土高原多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落發(fā)展與土壤侵蝕研究[D].西安:陜西師范大學,2005.

[6] 甘枝茂,桑廣書,甘銳,等.晚全新世渭河西安段河道變遷與土壤侵蝕[J].水土保持學報,2002,16(2):129-132.

[7] 查小春,甘枝茂.陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2007,21(5):112-115.

[8] 吳成基,甘枝茂,嚴艷.陜北黃土丘陵區(qū)窯洞侵蝕產(chǎn)沙分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2006,20(1):151-155.

[9] 裴新富.陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落窯洞民居土壤侵蝕效應及防治對策研究[D].西安:陜西師范大學,2005.

[10]延安地區(qū)計劃委員會.延安地區(qū)國土資源[M].西安:陜西人民出版社,1989:45-52.

Investigation and Est imation of Soil Erosion of Rural Settlements in Abundant and Coarse Sed iment Area of North Shaanxi——An Example in Nianzhuanggou River Basin

Yue Dapeng and DongMeiyun

(College of Tourism and Environm ental Science,Shaanxi N or m al University,Xi'an710062,China)

W ith developmentof the rural settlement,soil erosion becomesmore and more serious inAbundant and Coarse Sed iment Area of North Shaanxi.Taking Nianzhuanggou reaches as an example,the soil erosion patterns are studied and amount of soil erosion is evaluated in this paper.The results indicate that in view ofmain soil erosion patterns in rural settlements,the amountof soil erosion due to construction of new caves is the greatest, erosion amount due to cave collapse takes second place and the amount of water erosion is the least.The for mer two are the main soil erosion patterns,accounting for 94.6%of the total amount of rural settlement erosion.In view of the total erosion amount of rural settlements,the amount of soil erosion resulted by the rural settlements which possesses only 1.08%of the area of the whole Nianzhuanggou river basin accounts for 6.83%of the total erosion of the whole area.The living environment erosion modulus reaches 63 thousand tons per square kilometer per year or 8.18 tons per year per person.Therefore,attention must be paid to the soil erosion in rural settlements.The efforts for soil erosion prevention should be focused on the management of cave construction and proper treatment of abandoned and collapsed caves.

abundant and coarse sed iment area of north Shaanxi;Nianzhuanggou river basin;rural settlements; soil erosion;living environment erosion modulus

S157

A

1000-811X(2010)01-0059-05

2009-07-12

國家自然科學基金項目(50279019);水利部黃河水利委員會黃河聯(lián)合研究基金項目(50279019)

岳大鵬(1964-),男,陜西興平人,副教授,主要從事自然地理、土壤侵蝕、資源與環(huán)境方面的研究. E-mail:yuedp@snnu.edu.cn