劉艷杰

(遼寧省海城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 海城 114200)

0 引 言

王效科等根據(jù)我國植被類型、土地利用、地形地貌分布圖及現(xiàn)有水土保持研究成果，對(duì)水土流失的區(qū)域性差異和敏感性特征利用林草覆蓋率、土質(zhì)、坡度坡長(zhǎng)、降水因子分析，結(jié)合不同區(qū)域的土壤侵蝕差異性提出水土流失敏感性區(qū)劃方案；劉國華等比較探討了沙漠化、土壤侵蝕和生態(tài)功能退化等較為突出的問題，從分布、特征、現(xiàn)狀的角度闡述了自然環(huán)境破壞的特征；顏萍、李昂等結(jié)合石漠化地區(qū)實(shí)際情況，選取出典型評(píng)價(jià)因子構(gòu)建了適用于當(dāng)?shù)氐男б嬖u(píng)價(jià)體系；李占斌等提出了未來水保治理發(fā)展方向，指出要加強(qiáng)對(duì)水土流失調(diào)控技術(shù)科技轉(zhuǎn)化、水保治理及土壤侵蝕環(huán)境治理成效評(píng)價(jià)、土壤侵蝕大尺度預(yù)測(cè)模型和土壤侵蝕機(jī)理等研究[1]。

關(guān)于土壤侵蝕治理的研究也比較多，如王丹陽等結(jié)合現(xiàn)有研究理論和區(qū)劃實(shí)踐提出了優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)不同的三維組合類型利用定性分析法劃分至相應(yīng)的單元；李孝娟等通過研究土石質(zhì)山區(qū)水土流失治理，提出應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)匦枨蠛托×饔蜃匀簧鷳B(tài)狀況科學(xué)設(shè)計(jì)治理方案，為達(dá)到理想成效還要積極引導(dǎo)人們參與治理；常志勇等認(rèn)為自然環(huán)境和社會(huì)發(fā)展不平衡為當(dāng)前面臨的主要問題，其中最為重要的為生態(tài)環(huán)境保護(hù)，通過詳細(xì)分析生態(tài)修復(fù)的原則、規(guī)律、特點(diǎn)及其存在的主要問題，提出生態(tài)恢復(fù)和治理規(guī)劃方法[2]。當(dāng)前，受施工技術(shù)和區(qū)域地形地貌等要素限制，考慮復(fù)雜環(huán)境下的小流域治理的研究還鮮有報(bào)道。

1 構(gòu)建In VEST模型

In VEST模型是由斯坦福大學(xué)聯(lián)合其他機(jī)構(gòu)研發(fā)的一種考慮多種情景模式的多模塊模型，能夠?qū)崿F(xiàn)自然環(huán)境的質(zhì)量和價(jià)值量研究，從而為流域生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估和水環(huán)境科學(xué)治理提供依據(jù)，通過空間可視化和數(shù)據(jù)定量化處理模塊更加直觀的反映流域生態(tài)狀況。

“水量平衡法”為In VEST水量模塊的理論依據(jù)，根據(jù)降水、蒸騰量、土壤類型等參數(shù)，采用自帶運(yùn)算模塊揭示水量消耗、產(chǎn)生等變化過程。模擬運(yùn)算基本單元為格柵區(qū)塊，輸入以上各因素值，可輸出具有合理性、綜合性和空間性等多屬性模擬結(jié)果。采用下式作為In VEST水量模塊，即：

(1)

式中：Yxj為格柵區(qū)塊x關(guān)于土地類型j的年供水量，mm；AETxj為基本區(qū)塊x關(guān)于土地j的蒸散量，mm；Px為格柵區(qū)塊x關(guān)于土地類型j的年均降水量，mm。采用下列公式求解各參數(shù)值，即：

(2)

PETxj=Kc(lx)×ET0(x)

(3)

(4)

AWCx=min(maxSoil.depth,root.depth)×PAWC

(5)

AET=min(Kc(lx)×ET0(x),Px)

(6)

式中：PETxj、ET0(x)為計(jì)算單元x及整個(gè)區(qū)域的可能潛在蒸散量；root.depth、maxSoil.depth為植物根深數(shù)和最大土壤深度；PAWC、AWCx為植物可利用水量和土壤有效含水量；Kc(lx)為植被格柵蒸散系數(shù)；Z為與區(qū)域條件相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

2 小流域水土保持研究

2.1 流域概況

石頭寨小流域位于海城市接文鎮(zhèn)中部，為低山丘陵，地勢(shì)中間低四周高，平均海拔為130-247m。項(xiàng)目區(qū)為北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候特點(diǎn)為溫差較大、雨熱同期、春季干旱、日照充足，年均降水量710mm，無霜期182d，日照時(shí)數(shù)2240.7h，年均氣溫10.4℃，土壤類型以草甸土、棕壤土為主且有機(jī)質(zhì)含量低。流域總面積950.85hm2，其中荒地、水域、草地、林地、果園、耕地、居民工礦點(diǎn)及交通用地等面積依次為2.61、28.48、7.32、346.55、228.73、109.57hm2。根據(jù)衛(wèi)星遙感資料和野外現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果，小流域土壤侵蝕模數(shù)2600/km2·a，水土流失面積285.2hm2，主要分布在侵蝕溝壑、荒山緩坡、果園和疏林地等區(qū)域[3]。

為改善當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境和保護(hù)流域內(nèi)耕地資源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民居民生活水平的提升，減少流入渾河的泥沙量和土壤侵蝕危害，當(dāng)?shù)厮帘３植块T對(duì)該小流域開展實(shí)施了綜合治理項(xiàng)目。采取的具體措施如下：項(xiàng)目計(jì)劃治理面積66.7hm2，其中新建漿砌石谷坊3座，控制構(gòu)造治理面積為36.7hm2；封禁治理30hm2(界樁5個(gè))；作業(yè)路4.6km，配套涵管10節(jié)、4處，漿砌石擋土墻52m；所有措施共動(dòng)用石方 427m3，土方7066m3，投工860.04工日，機(jī)械122.5臺(tái)班。工程項(xiàng)目各類功能效應(yīng)的正常發(fā)揮，每年可增大蓄水量0.52萬m3，降低土壤流失0.06萬t，顯著促進(jìn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)和確保工程安全度汛，并將土地利用率提升至80%以上，為提升農(nóng)業(yè)人均收入和保護(hù)小流域脆弱的生態(tài)環(huán)境提供重要保障。

因此，考慮人為、自然等因素作用的小流域水土保持治理屬于一項(xiàng)復(fù)雜的長(zhǎng)期過程，為保證各項(xiàng)措施的功能效應(yīng)必須采取合適的治理措施。為了更加準(zhǔn)確、客觀的揭示小流域水土流失空間分布特征和強(qiáng)度，有必要科學(xué)分析水土流失影響范圍、程度，從而為水土流失管理決策、監(jiān)督、防治及生態(tài)建設(shè)提供依據(jù)[4-6]。

2.2 水土保持研究

綜合考慮復(fù)雜環(huán)境流域的林草植被蓋度、潛在蒸散量、土壤可蝕性、治理措施、降水、地形坡度、泥沙持留率等要素，結(jié)合ARCGIS計(jì)算軟件和In VEST模型基本原理獲取usle格柵圖，并按照水力侵蝕等級(jí)劃分見表1，在空間尺度上輸出土壤侵蝕現(xiàn)狀見表2。

表1 小流域水力侵蝕強(qiáng)度等級(jí)

表2 小流域土壤侵蝕分布

根據(jù)表2可知，流域中南部、東北部外審邊緣及北部為土壤侵蝕主要區(qū)域，結(jié)合居民分布特征、植被覆蓋現(xiàn)狀和各分區(qū)地形地貌等條件，引起小流域北部劇烈侵蝕的原因有土壤質(zhì)地松散以及地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，在降雨情況下極易造成水土流失；其中，植被覆蓋率低、林草類型以灌木為主等為引起東北部土壤劇烈侵蝕的主要原因，而人為活動(dòng)和不合理的開發(fā)利用為造成流域中部劇烈侵蝕的主要原因。流域內(nèi)水土資源隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷被擠占，林草面積持續(xù)減少，同時(shí)工農(nóng)業(yè)發(fā)展造成的水土污染等也可對(duì)水土流失產(chǎn)生促進(jìn)作用。從侵蝕量、土壤覆蓋面積的角度進(jìn)一步分析不同侵蝕強(qiáng)度范圍，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

根據(jù)表3可知，海城市石頭寨小流域水土流失較為嚴(yán)重，土壤侵蝕量達(dá)到2034.15t，侵蝕范圍為263.60hm2。從強(qiáng)度的角度分析，中度和輕度侵蝕的覆蓋范圍最廣，所對(duì)應(yīng)的面積為181.23、61.10hm2，占小流域水土流失總面積的68.75%和23.18%。輕度和劇烈強(qiáng)度的侵蝕量較大，所對(duì)應(yīng)的侵蝕量為472.94、454.63t，占小流域總侵蝕量的23.25%、22.35%。通過統(tǒng)計(jì)分析各類土地利用方式的侵蝕狀況，進(jìn)一步分析引起水土流失的原因，見表4。

表3 不同侵蝕強(qiáng)度下統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4 不同土地利用類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)表4可以看出，針對(duì)水域、草地、林地、園地、耕地及建設(shè)用地等不同土地類型，從土壤侵蝕范圍的角度分析，土壤侵蝕最嚴(yán)重和最低的區(qū)域分別為林地和水域，相應(yīng)的侵蝕面積為153.78、6.51hm2；從侵蝕量的角度分析，耕地和水域的土壤侵蝕量最大、最低，相應(yīng)的侵蝕量一次為1087.21、0.47t?？紤]到不同土地類型面積存在差異的實(shí)際情況，所以各土地類型的實(shí)際情況狀況無法僅僅依據(jù)侵蝕量和侵蝕面積來描述，有必要進(jìn)一步分析平均侵蝕模數(shù)，見圖1。根據(jù)圖1可知，按照自小到大的次序排列平均侵蝕模數(shù)為：水域<林地<建設(shè)用地<園地<草地<耕地，所以耕地造成的土壤侵蝕最為突出，其原因?yàn)楦赝寥垒^為松散且農(nóng)藥化肥等污染較為嚴(yán)重；林地引起的侵蝕第二，這主要與流域內(nèi)農(nóng)田開墾、植被濫伐等因素相關(guān)。所以，為保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和改善自然條件，加強(qiáng)荒山緩坡的治理力度，促進(jìn)農(nóng)民增收和帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，就必須將地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃與水土流失治理、污染控制、自然環(huán)境治理有效結(jié)合，開展以田園路村、山水林草為主的小流域綜合治理，考慮小流域?qū)嶋H情況實(shí)施綠化工程、禁止亂砍濫伐和退耕還林等治理措施。

圖1 土壤侵蝕模數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 結(jié) 論

小流域綜合治理應(yīng)考慮雨量侵蝕力、降雨大小、影響范圍、水土流失、分布特點(diǎn)等因素，因地制宜的采取綜合治理措施，合理利用土地結(jié)構(gòu)綜合開發(fā)治理，因此考慮各類復(fù)雜因素的綜合影響開展小流域水土流失治理，對(duì)于提高水保治理綜合效益和各項(xiàng)措施的適宜性分析等具有重要意義。

以海城市石頭寨小流域?yàn)槔?，綜合考慮水保措施的多樣性、小流域泥沙持留率、潛在蒸散量、土壤可蝕性、植被覆蓋度、坡度坡長(zhǎng)和降雨侵蝕力等因素，揭示水土流失影響范圍、強(qiáng)度及其分布特征。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果和空間分布特征，為有效遏制流域水土流失發(fā)展提出綠色工程、禁止濫伐、退耕還林的綜合治理措施，可為促進(jìn)治理項(xiàng)目的穩(wěn)步實(shí)施、方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和治理效益評(píng)價(jià)提供重要依據(jù)。