(葫蘆島市南票區(qū)水利局，遼寧 葫蘆島 125000)

人類不斷的開發(fā)利用自然資源加重了各地區(qū)的土壤侵蝕和流失問題，因此，必須對土壤侵蝕和流失地區(qū)采取相應的水土保持措施以防止問題的進一步惡化[1]。在不斷總結(jié)經(jīng)驗的前提下，形成了多種定量評價水土保持措施效益的方法。

SWAT模型是一種開放式的典型分布式水文模型，具有開放性、清晰性、簡便性、完整性、同時性等一系列優(yōu)點，可用于模擬地下水、地表水的水質(zhì)和水量情況，也可用于不同土地管理措施、土地利用方式以及不同土壤類型對流域水文、泥沙以及農(nóng)業(yè)化學物質(zhì)狀況的影響[2]。目前，已有專家學者將其應用于灌區(qū)效益評價以及流域面源污染時空分布方面的分析研究，對于SWAT模型在水文方面的應用推廣起到了一定的借鑒作用[3-4]。

郝臺子小流域是葫蘆島市建昌縣境內(nèi)的一個小流域，為了防止和減輕流域地區(qū)的水土侵蝕和流失問題，多年來當?shù)卣扇×硕喾N水土保持措施以期能達到減流減沙、蓄水保土的效果。為避免傳統(tǒng)量化法對于評價水土保持措施效益的不足，本文擬采用SWAT模型對郝臺子小流域地區(qū)不同水土保持措施的減流減沙效益進行分析研究，以期能夠為類似小流域地區(qū)水土保持工作提供經(jīng)驗借鑒。

1 研究區(qū)概況

郝臺子小流域位于葫蘆島市建昌縣西南部喇嘛洞鎮(zhèn)境內(nèi)，流域面積約41km2，境內(nèi)年平均降水量518mm，且多集中于7—9月，年徑流深為160mm，年平均溫度約為8.9℃；郝臺子共有3個自然村，共1205戶、6832人，人均耕地面積為0.24hm2,人均收入僅為2289元。目前，該流域水土流失面積已占總流域面積的50%以上，坡耕地面積、無工程果林、疏幼林、灌木林地以及荒山荒地等面積分別為584hm2、157hm2、493hm2、425hm2和422hm2。

2 SWAT模型構(gòu)建和運行

2.1 數(shù)據(jù)庫的建立

由于SWAT模型是基于北美地區(qū)的氣候、土壤、植被數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的水文模型，在其他地區(qū)使用前需要將該地區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模型需要的數(shù)據(jù)。?需要對郝臺子小流域進行分辨率為10×10m的DEM數(shù)據(jù)進行提取；?對該流域的土地利用數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并建立相對應的代碼關(guān)系，見表1；?根據(jù)當?shù)氐耐寥李愋秃退?/p>

表1 土地利用分類及對應代碼

文情況建立對應的土壤水文組和對應代碼，見表2；?統(tǒng)計分析當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)資料。

表2 郝臺子小流域土壤水文組分類

2.2 模型運行

SWAT模型運行流程為：?運行SWAT模型之前，需要對郝臺子小流域進行流域劃分，得到該流域的水系分布情況；?在水系劃分基礎(chǔ)上，進一步生成水文的響應單元；?在水文響應單元依次生成后，將氣象、土壤等數(shù)據(jù)輸入模型；?通過分析水文氣象數(shù)據(jù)，初步選擇最為適合的模型模擬方法。SWAT模型運行流程見圖1。

圖1 SWAT模型運行流程示意圖

3 不同水土保持措施減沙減流效益評價

SWAT模型自帶高等耕作、帶狀耕作、水平梯田、保護性耕作、保護性作物輪作、河岸濾草帶等水土保持措施，能夠模擬這些措施下的減流減沙效果。利用模型進行水土保持效益評價還需要定義一個基準模擬期作為參考值，用來與設(shè)計情況(措施)的結(jié)果進行對比，因此，在采用具體措施時，需要對參數(shù)進行適當調(diào)整，本文擬采用水平梯田、保土耕作、封禁、果園4種水土保持措施進行模擬分析，其對應的參數(shù)調(diào)整見表3。

評價水土保持措施的減流減沙效益，仍采用絕對值來評定，即

AR=prepi-postPi

(1)

(2)

式中AR——采取措施前后差值；

RR——占比；

prepi——某一水土保持措施前的徑流量或者泥沙量；

postPi——采取某水土保持措施后的徑流量或者泥沙量。

表3 不同水土保持措施前后模型參數(shù)調(diào)整值

SWAT模型的出口斷面泥沙量主要包括坡面產(chǎn)沙和河道匯集沙量兩種，泥沙量的減少自然也應該包括坡面匯集量的減少和河道的沉積量，水文響應單元尺度是一種只跟水土保持措施相關(guān)的評價尺度，避開了復雜的計算情況，因而本文選擇以水文響應尺度為基礎(chǔ)進行定量評價。

輸入近年來當?shù)氐臍庀蟆⑺?、土壤等?shù)據(jù)，選擇SCS曲線法進行地表徑流量的模擬分析，采用偏正態(tài)分布法對降雨量進行模擬分析，選擇Penman-Monteith法對潛在蒸發(fā)進行模擬，選擇變動存儲系數(shù)模型對河道演算進行模擬分析，定量得到了4種水土保持措施下的減流減沙效果評價結(jié)果見圖2。采取各種水土保持措施后，該流域土壤侵蝕量年減少約3941t，比采取措施前減少了近40%，其中，水平梯田、保土耕作、封禁以及果園分別減少土壤侵蝕量為415.25t、884.95t、1092.38t以及1549.22t,減沙效益值分別為89%、36%、25%以及61%，可見水平梯田及果園措施對于減沙效果較為理想；而水平梯田、保土耕作、封禁以及果園的減流效益值分別為42%、38%、37%以及35%，水平梯田對于減流效果較佳，其他三種措施相差不大，在35%～38%。從整體上看，水平梯田的減流減沙效果較為理想，是最佳的水土保持措施，但封禁措施相對其他措施而言，投入較低，最為經(jīng)濟，且該流域林地面積大，因此封禁措施相對來講也是較為可行的水土保持措施之一。

圖2 不同水土保持措施下的減流減沙效益評價結(jié)果

4 結(jié) 論

本文以葫蘆島市郝臺子小流域為例，采用SWAT模型對水平梯田、保土耕作、封禁以及果園4種常見水土保持措施下的減流減沙效益進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)水平梯田具有良好的減流減沙效果，在考慮經(jīng)濟投入的情況下，也可適當考慮封禁措施。研究方法及結(jié)果對于類似小流域地區(qū)的水土保持工作具有一定的借鑒作用。