王家溝流域水土保持綜合治理措施優(yōu)化組合及動態(tài)分析

趙芹珍 賈志軍 劉志剛 王小平(山西省水土保持科學(xué)研究所)

1 研究區(qū)概況

呂梁市離石區(qū)王家溝流域,總面積9.1 km2,為黃河一級支流三川河流域一級支溝,地處東經(jīng)111°09′,北 緯 37°33′。 流 域 海 拔 高 程 950～1 320 m,地表被第四紀(jì)黃土所覆蓋,主要土壤類型為黃綿土和栗褐土。流域內(nèi)梁峁交錯,溝壑縱橫,呈典型的黃土丘陵溝壑區(qū)地貌景觀。據(jù)多年實(shí)測資料,年平均降水量506.5 mm,汛期(5～9月)降水量368.0 mm,占年降水量的72.5%,雨型多屬暴雨;年平均氣溫8.8℃,極端最高氣溫38.9℃,極端最低氣溫-27.2℃,年≧10℃的積溫3 000～3 300℃,年日照時數(shù)2 592.2 h,無霜期160～200 d,年均風(fēng)速1.3 m/s。流域人口密度 178 人/km2,耕地面積373.3 hm2。

2 流域治理主要措施及基本組合比例

水土保持綜合治理中所采取的主要措施有農(nóng)業(yè)措施、生物措施、工程措施及管理措施,前三種措施為技術(shù)措施,比較廣泛采用的有水土保持耕作法、梯田、造林、種草、封山禁牧、溝頭防護(hù)、谷坊、淤地壩、骨干壩等,這些措施從峁頂?shù)綔系讓訉釉O(shè)防,節(jié)節(jié)攔蓄,形成完整的水土保持綜合防護(hù)體系。研究表明,黃土丘陵溝壑區(qū)水土保持綜合治理主要措施包括水平梯田、淤地壩、造林、種草等。多年來,在黃土丘陵溝壑區(qū)的許多小流域開展了綜合治理,對治理措施及其組合的問題進(jìn)行了大量研究,形成了不同自然條件下的治理典型。本文以晉西王家溝流域?yàn)槔?對該流域主要措施及其優(yōu)化組合的動態(tài)變化進(jìn)行分析研究,以便為流域土壤侵蝕格局變化與侵蝕產(chǎn)沙關(guān)系研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

王家溝流域水土保持治理始于1955年,從初期的單一措施分散治理逐步發(fā)展到后期的綜合連片集中治理。各項(xiàng)措施1960～2008年的配置組合比例見表1、圖1。截止2008年底,累計治理面積達(dá)到656.1 hm2,其中,水平梯田 216.2 hm2,壩地41.4 hm2,造林366.6 hm2,人工種草31.9 hm2。與1970年相比,4 項(xiàng)主要措施配置比例由 42.07%、6.15%、51.78%、0.00%調(diào)整為32.95%、6.31%、55.88%和 4.88%,治理度由 22.63%提高為72.10%。據(jù)研究認(rèn)為,黃土丘陵溝壑區(qū)第一副區(qū)小流域主要措施優(yōu)化組合的比例應(yīng)為：水平梯田18%～25%,人 工 造 林 45%～55%,人 工 種 草20%～25%,壩地5.5%～7.5%,水地 0.5%～2.7%。參考此數(shù)值,結(jié)合資料分析可知,王家溝流域綜合治理的主要特點(diǎn)是基本農(nóng)田所占比例較大,種草面積偏小,造林和壩地面積比例符合本類型區(qū)措施優(yōu)化組合比例?？傮w上看,各項(xiàng)水土保持措施組合配置比例走向協(xié)調(diào)與合理,流域治理穩(wěn)步發(fā)展。

3 綜合治理措施組合結(jié)構(gòu)動態(tài)分析

3.1 治理措施格局的動態(tài)變化特征

王家溝流域積累了長系列的基本資料,利用多年調(diào)查實(shí)測數(shù)據(jù),分析不同時期水土保持措施組合的時序動態(tài)變化。從1955年到2008年,流域水土保持治理措施面積數(shù)量發(fā)生了顯著的變化(圖1、表2)。 1960年,流域水土保持治理措施面積大小順序依次為種草>造林>梯田>壩地,最大的類型是草地,占流域總面積的10.26%,治理面積的39.84%;其次是造林,占流域面積的 9.52%,治理面積的37.00%。從措施配置結(jié)構(gòu)來看,流域治理初期以林草措施為主。 1970年以后,隨著治理進(jìn)度的推進(jìn),各項(xiàng)治理措施面積的大小順序改變?yōu)樵炝?梯田>壩地>草地,流域內(nèi)梯田和林地面積急劇增加;這一階段雖然林地面積所占比例很高,但梯田面積的增加幅度最大,反映了這一時期坡面工程措施得到了較快的發(fā)展。

表1 王家溝流域水土保持綜合治理主要措施基本組合比例

圖1 王家溝流域不同時期治理措施結(jié)構(gòu)比較

從各項(xiàng)主要治理措施的時段變化率來看,梯田的最大變化時段發(fā)生在1981～1990年之間,變化率為42.87%,最小變化時段發(fā)生在 2001～2008年間,變化率為 0.00%;造林最大變化時段發(fā)生在1971～1980年間,變化率為94.52%,最小變化時段發(fā)生在1991～2008年之間,變化率為0.00%;種草最大變化時段發(fā)生在1960～1970年間,變化率為-89.65%,最小變化時段發(fā)生在2001～2008年之間,變化率為 0.00%;壩地最大變化時段發(fā)生在1960～1970年間,變化率為96.91%,最小變化時段發(fā)生在2001～2008年之間,變化率為2.63%(詳見表2)。

表2 1960-2008年王家溝流域綜合治理主要措施組合動態(tài)變化

3.2 治理措施組合格局的動態(tài)度分析

土地利用動態(tài)度模型是定量反映區(qū)域土地利用變化的速率,對比不同時段土地利用變化差異和預(yù)測未來土地利用變化的趨勢。單一土地利用類型動態(tài)度表示某研究區(qū)域一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況,反映區(qū)域土地利用/覆被變化中土地利用類型變化的激烈程度,分析人類社會經(jīng)濟(jì)活動對區(qū)域土地利用變化等方面的影響。將研究區(qū)的時間動態(tài)特征范圍劃分為4種類型：急劇變化型(>61)、快速變化型(41～60)、慢速變化型(21～40)、極緩慢變化型(0～20)。以此模型分析流域不同治理時期主要措施的動態(tài)變化特征,計算出流域1960～2008年間治理措施組合的動態(tài)度(見表3)。計算結(jié)果顯示出流域多年來治理措施組合的變化情況：1960～1990年間梯田面積呈極緩慢逐漸增長,90年代以后維持不變;壩地面積1960～1970年呈緩慢逐漸增長,1971～1980年呈極緩慢增長,80年代后有少量增長;造林面積1960～1970年處于極緩慢增長狀態(tài),1971～1980年呈緩慢增長,80年代后一直保持不變;草地面積 1960～1970年為衰減趨勢,1971～1980年呈急劇增長變化,1981～1990年開始減少,1991～2000年處于急劇增長變化,2000年以后維持現(xiàn)狀?？傮w上看,70年代以后流域水土保持主要治理措施的動態(tài)變化情況是梯田、壩地、造林面積都處于緩慢增長狀態(tài),而人工草地面積呈減少趨勢,主要原因是灌木林的載畜能力逐年提高,逐步取代了人工草地,體現(xiàn)出發(fā)展基本農(nóng)田、保證糧食自給、加大灌木林種植面積,提高小流域綜合治理水平與效益的思想宗旨。通過綜合治理,改變了流域的景觀基質(zhì),呈現(xiàn)出以梯田和灌木林為基質(zhì)的水土保持措施景觀,形成了一個較為完整的水土保持防護(hù)體系。

表3 王家溝流域1960～2008年治理措施動態(tài)度分析

4 結(jié)論

綜上所述,王家溝流域在多年的綜合治理實(shí)踐過程中,以人與自然和諧、改善生態(tài)環(huán)境和群眾生產(chǎn)生活條件為目的,以實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)為原則,大力發(fā)展基本農(nóng)田建設(shè),溝坡兼治,植物措施與工程措施相結(jié)合綜合治理。水土保持治理措施組合結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化,呈現(xiàn)出以梯田為基質(zhì)的水土保持措施景觀。農(nóng)林牧用地結(jié)構(gòu)比例比較協(xié)調(diào),形成了一個較為完整的水土保持防護(hù)體系。

[1]楊才敏.晉西黃土丘陵溝壑區(qū)水土流失綜合治理開發(fā)研究[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,1995.

[2]余新曉,秦富倉著.流域侵蝕動力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,2007.

[3]姚文藝,李占斌,康玲玲.黃土高原土壤侵蝕治理的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[M].北京：科學(xué)出版社,2005.

[4]趙衛(wèi)權(quán),楊 華.基于RS與GIS的重慶主城區(qū)土地利用及土地覆蓋變化分析[J].水土保持通報,2008,28(1)：110～114.