京津水源區(qū)傳統(tǒng)水土流失治理措施及水沙環(huán)境效應(yīng)分析

趙婷，謝永生，江青龍，張懷，周偉

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，712100，陜西楊凌;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，100049，北京;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌;4.承德市水土保持科學(xué)研究所，067000，河北承德)

京津水源區(qū)傳統(tǒng)水土流失治理措施及水沙環(huán)境效應(yīng)分析

趙婷1，2，謝永生1，3?，江青龍3，張懷4，周偉4

(1.中國(guó)科學(xué)院水利部水土保持研究所，712100，陜西楊凌;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院，100049，北京;3.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，712100，陜西楊凌;4.承德市水土保持科學(xué)研究所，067000，河北承德)

針對(duì)京津水源區(qū)傳統(tǒng)水土流失治理指導(dǎo)思想和治理模式只注重治理區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益，忽視減沙同時(shí)大量減水加劇上下游用水矛盾的問題，以承德市豐寧縣達(dá)袋溝小流域不同治理措施定位試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合典型治理區(qū)坡面措施調(diào)查，重點(diǎn)研究坡面治理措施的水沙環(huán)境效應(yīng)。結(jié)果表明:坡耕地與人工草地的土壤侵蝕模數(shù)大大超過北方土石山區(qū)的容許土壤流失量;天然草地較喬木林和灌木林具有較高的年徑流量和徑流系數(shù);傳統(tǒng)魚鱗坑整地造林和魚鱗坑加竹節(jié)壕整地造林措施攔沙、減流效應(yīng)顯著;中度、輕度退化天然草地封育措施下陰坡、陽坡植被覆蓋率年均可提高1.63%和1.08%;在水源區(qū)傳統(tǒng)魚鱗坑整地造林和魚鱗坑加竹節(jié)壕整地造林措施應(yīng)限制在局部水土流失嚴(yán)重區(qū)域，并應(yīng)適度降低整地標(biāo)準(zhǔn);大面積中度、輕度退化的天然草地可采用封育措施，既可實(shí)現(xiàn)有效攔沙、恢復(fù)植被，又可增加坡面徑流。

水土流失治理;產(chǎn)沙量;徑流量;植被覆蓋度;魚鱗坑;京津水源區(qū)

近年來，京津水源區(qū)上下游用水需求矛盾凸顯，流域尺度上的氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)水源區(qū)水資源分配、水庫水量泥沙的影響問題得到關(guān)注［1-3］。京津水源區(qū)水土流失治理模式多是依照黃土高原傳統(tǒng)水土流失治理模式進(jìn)行的，在傳統(tǒng)指導(dǎo)思想和治理措施下產(chǎn)生的水沙關(guān)系，反映了傳統(tǒng)水土保持措施應(yīng)用于京津水源區(qū)時(shí)存在一定區(qū)域局限性，對(duì)于緩減京津地區(qū)上下游用水需求矛盾效果不明顯。黃土高原長(zhǎng)期依據(jù)“水不下山，泥不出溝”的理念進(jìn)行水土流失治理，部分坡面治理措施的標(biāo)準(zhǔn)較高，較高標(biāo)準(zhǔn)的坡面治理措施成為入庫水量呈現(xiàn)出減少趨勢(shì)的重要原因之一。將黃土高原水土流失治理指導(dǎo)思想和治理模式用于京津水源區(qū)土石山區(qū)，雖然在減沙效益方面取得了較大成績(jī)，但各種坡面措施在攔沙的同時(shí)，也攔蓄了大量的地表水，使流域產(chǎn)水量減少，加劇了水源區(qū)上下游的用水矛盾，從而使京津地區(qū)面臨著嚴(yán)峻和復(fù)雜的水資源問題。

目前，各種水土保持措施減沙效益方面［4-6］的研究較多，特別是針對(duì)黃土高原控制徑流和泥沙［7-10］以及一定蓋度林草地的水土保持功能［11-12］的研究，而針對(duì)京津水源區(qū)水土保持措施輸水減沙效益方面的研究較少。筆者根據(jù)京津水源區(qū)傳統(tǒng)水土流失治理措施及其產(chǎn)生的水沙環(huán)境效應(yīng)，在國(guó)家即將實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償?shù)拇蟊尘跋拢员Ｕ仙嫌紊鷳B(tài)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)適度發(fā)展為前提，以最大限度緩減上下游用水矛盾為目標(biāo)，通過研究傳統(tǒng)坡面水土流失治理措施及水沙環(huán)境效應(yīng)，探討適宜于水源區(qū)水土流失治理新的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和模式，以期為實(shí)現(xiàn)京津水源區(qū)攔沙輸水的特殊生態(tài)功能提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于承德市豐寧縣達(dá)袋溝小流域羊蹄子山，地理坐標(biāo)為 E 116°36'50″，N 41°12'26″，該區(qū)屬于海河流域潮白河水系，位于密云水庫上游，是京津地區(qū)重要的水源區(qū)。氣候?qū)儆诎敫珊蛋霛駶?rùn)燕山山地氣候，四季分明，春季多風(fēng)，夏季炎熱，秋季秋高氣爽，冬季少雪。年均氣溫5℃，年均日照時(shí)間2 800 h，無霜期130 d。多年平均降水量478 mm，其中汛期(6—9月)占70%，雨型多為暴雨、大暴雨，雨區(qū)范圍小，降雨歷時(shí)短，降雨強(qiáng)度大，20年1遇24 h最大降水量為101 mm，多年平均徑流深97 mm。表土主要以棕壤土為主，褐土次之，棕壤土顆粒較均勻，黏粒含量低，膠結(jié)力較弱，易產(chǎn)生土壤侵蝕，棕壤土主要分布在山梁上部，下部為褐土，溝道以褐土為主。

達(dá)袋溝小流域土層陰陽坡差異較大，陰坡土層較厚，植被覆蓋度較高，水土流失相對(duì)較輕，陽坡土層較薄，植被覆蓋度較低，多為低矮灌木和農(nóng)業(yè)用地，水土流失嚴(yán)重。流域內(nèi)地形地貌為土石質(zhì)山地丘陵區(qū)，總體地勢(shì)西北高東南低，遠(yuǎn)山山巒疊嶂，懸崖峭壁，近山連綿起伏，溝谷縱橫。地面坡度組成為＜5°占5.7%，≥5°～ ＜15°占19.1%，≥15°～ ＜25°占41.6%，≥25°～ ＜35°占24.7%，≥35°占8.9%。達(dá)袋溝小流域基本情況見表1。

表1 達(dá)袋溝小流域基本特征值Tab．1 Basic characteristic values of Dadai Watershed

2 研究方法

2.1 定位試驗(yàn)

于2003年設(shè)置了5個(gè)徑流小區(qū)，分別為天然草地、坡耕地、人工草地、喬木林、灌木林(表2)。在2004—2009年觀測(cè)期間，天然草地小區(qū)覆蓋度波動(dòng)范圍為60% ～80%，坡耕地種植的是玉米(Zea mays)，人工草地種植的是多年生沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)，覆蓋度波動(dòng)范圍為30% ～50%，魚鱗坑規(guī)格為長(zhǎng)徑0.8 m，短徑0.6 m，深0.4 m。數(shù)據(jù)測(cè)定起始時(shí)間為2004年6月，每次降雨產(chǎn)流后，將集水槽中沉積的泥沙掃入徑流桶中，用攪拌器將水池中泥水?dāng)噭蚝?，用采樣器在池中水?/2深處采集2個(gè)水沙樣，并分別盛放在2個(gè)編號(hào)的水沙樣瓶中，每次所取水樣約1 000 mL，對(duì)所取水沙樣過濾烘干稱量，取得水沙樣的含沙量及清水量，以2個(gè)水沙樣含沙量及清水量的平均值推算出小區(qū)的產(chǎn)沙量及產(chǎn)流量。年徑流量為次徑流量之和，年產(chǎn)沙量為次產(chǎn)沙量之和。

表2 坡面徑流小區(qū)特性及觀測(cè)數(shù)據(jù)Tab．2 Characteristics and observed data of runoff plots

2.2 野外調(diào)查

2010年10—11月，對(duì)京津水源區(qū)承德地區(qū)4縣1市(承德市、平泉縣喇嘛店小流域、灤平縣西北溝小流域、豐寧縣達(dá)袋溝小流域和圍場(chǎng)縣大碾子小流域)的典型坡面治理措施進(jìn)行了調(diào)研。分別選取各流域具有代表性的水土流失坡面治理工程，對(duì)其攔沙產(chǎn)水效益進(jìn)行分析，涉及坡面整地時(shí)間、整地措施及其標(biāo)準(zhǔn)、整地造林類型及樹種、植被蓋度和郁閉度隨時(shí)間變化規(guī)律、治理前后侵蝕強(qiáng)度變化規(guī)律、不同整地措施下的淤積量、坡面整地措施的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益等。通過對(duì)傳統(tǒng)水土流失坡面整地措施下的水沙環(huán)境效應(yīng)分析，提出在新形勢(shì)下，各種坡面措施如何能夠更好地實(shí)現(xiàn)減蝕產(chǎn)水、緩減上下游用水矛盾的新措施。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同治理措施土壤侵蝕量分析

表3為2004—2008年達(dá)袋溝小流域坡面徑流小區(qū)年土壤侵蝕量。可以看出:在2004年徑流小區(qū)監(jiān)測(cè)初期，各徑流小區(qū)的土壤侵蝕量值都較大，這是因?yàn)樾陆ㄐ^(qū)土壤受到擾動(dòng)，導(dǎo)致年土壤侵蝕量較大;2005—2008年，各徑流小區(qū)的年土壤侵蝕量都有減小趨勢(shì);2006年各徑流小區(qū)土壤侵蝕量值都偏大，是因?yàn)?006年是豐水年，其中6月23日和6月29日有2場(chǎng)短歷時(shí)暴雨，降雨量分別為47.5和43.7 mm，暴雨對(duì)地表形成了較大的沖刷力，使坡面土壤侵蝕量增大。

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，土壤侵蝕量與地表徑流量具有相對(duì)一致性［7］，京津水源區(qū)水土流失治理措施要求盡可能增加流域產(chǎn)水量，同時(shí)強(qiáng)調(diào)徑流的含沙量不能過大;因此，針對(duì)土壤侵蝕量的控制，并非將全部泥沙進(jìn)行攔蓄，只需將土壤侵蝕量控制在一定范圍內(nèi)，盡可能增大整個(gè)小流域的產(chǎn)水量。

從表3還可以看出，坡耕地與人工草地徑流小區(qū)在徑流場(chǎng)觀測(cè)初期，年土壤侵蝕量大大超過了土石山區(qū)容許土壤流失量200 t/(km2·a)［13-14］，并且在2004和2005年，坡耕地徑流小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)比天然草地小區(qū)分別增加188.5和161.1 t/km2，人工草地徑流小區(qū)比天然草地小區(qū)侵蝕模數(shù)分別增加1 006.6和725.9 t/km2。在2006年出現(xiàn)大暴雨的情況下，坡耕地和人工草地徑流小區(qū)土壤侵蝕量驟增。坡耕地土壤侵蝕量較大的原因是在坡耕地改造形成初期，土壤受耕作作用而向下坡方向移動(dòng)，同時(shí)耕作擾動(dòng)表層土壤，破壞了土壤結(jié)構(gòu)，改變了成土環(huán)境和過程，加速了土壤中多糖有機(jī)粘合劑的分解，使土壤易于侵蝕［15］。而人工草地徑流小區(qū)侵蝕量大是因?yàn)槠湫藿ㄊ窃诟?、完全破壞、清除原有天然植被后，人為播種、栽培建植的以草本植物為主體的人工植被，土壤結(jié)構(gòu)受人為因素影響比較大，使土石山區(qū)下墊面原有淺薄且疏松的土層易于侵蝕，特別是在雨季，受大暴雨的影響極其顯著。

土石山區(qū)容許土壤流失量作為京津水源區(qū)水土流失治理措施的一個(gè)關(guān)鍵值時(shí)，坡耕地和人工草地徑流小區(qū)的土壤侵蝕模數(shù)大于土石山區(qū)容許土壤流失量。魚鱗坑整地徑流小區(qū)與天然草地徑流小區(qū)土壤侵蝕模數(shù)都在土石山區(qū)容許土壤流失量范圍之內(nèi)，魚鱗坑整地造林?jǐn)r沙效應(yīng)顯著，一定覆蓋度的天然草地也具有明顯的攔沙效果。從侵蝕量控制方面來說，天然草地、喬木林和灌木林3種治理方式都符合水源區(qū)攔沙治理要求。

表3 2004—2008年坡面徑流小區(qū)年土壤侵蝕量Tab．3 Sediment yield of runoff plots from 2004 to 2008 t/km2

3.2 不同治理措施產(chǎn)水效益分析

3.2.1 年際產(chǎn)水量分析 由分析2004—2006年徑流觀測(cè)場(chǎng)坡面徑流量(圖1)可知:坡耕地小區(qū)與人工草地小區(qū)的年徑流總量都相當(dāng)大;但在產(chǎn)生較大徑流量的同時(shí)，其年土壤侵蝕模數(shù)也隨之增大，并且超過土石山區(qū)容許土壤流失量。

圖1 2004—2006年徑流觀測(cè)場(chǎng)坡面徑流量Fig．1 Annual runoff of runoff plots from 2004 to 2006

天然草地、喬木林和灌木林三者相比較，天然草地徑流小區(qū)的年徑流總量大于魚鱗坑整地措施下的喬木林和灌木林徑流小區(qū)。喬木林徑流小區(qū)在2004—2006年的徑流總量分別是天然草地徑流小區(qū)的42.7%、10.2%、52.8%;灌木林徑流小區(qū)在2004—2006年的徑流總量分別是天然草地徑流小區(qū)的74.8%、55.0%、56.5%。

從不同徑流小區(qū)年際徑流總量分析小流域的產(chǎn)水量差異，天然草地徑流小區(qū)的年徑流總量大于喬木林和灌木林小區(qū)，魚鱗坑整地造林措施攔沙的同時(shí)產(chǎn)生了一定減流效應(yīng)。說明土石山區(qū)自然草被覆蓋能夠在產(chǎn)生較低侵蝕量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)良好的產(chǎn)水效益，維持自然植被覆蓋是一種有效的低成本生態(tài)恢復(fù)和防止土壤流失的治理措施，但小流域內(nèi)有大面積中強(qiáng)度侵蝕且自然恢復(fù)植被能力差的區(qū)域時(shí)，也應(yīng)考慮魚鱗坑整地造林措施，強(qiáng)化治理，促進(jìn)植被的恢復(fù)。

3.2.2 次降雨產(chǎn)水量分析 試驗(yàn)期內(nèi)次降雨特征及徑流小區(qū)徑流系數(shù)的計(jì)算(這里不針對(duì)坡耕地小區(qū)和人工草地小區(qū)進(jìn)行分析)結(jié)果(表4)表明，無論在何種降雨量和降雨條件下，與魚鱗坑整地措施下的喬木林徑流小區(qū)和灌木林徑流小區(qū)相比，天然草地徑流小區(qū)徑流系數(shù)都較大。2004-07-23，2006-06-29，降雨強(qiáng)度大，天然草地的徑流系數(shù)也很高。在極端降雨條件下，如2006-06-29的降雨，天然草地徑流系數(shù)高達(dá)0.455。

表4 次降雨特征及各小區(qū)徑流系數(shù)Tab．4 Characteristic of rainfall and runoff coefficient

每年6—9月是植物繁殖茂盛階段，天然草地徑流小區(qū)和魚鱗坑整地措施下喬木林和灌木林2個(gè)徑流小區(qū)的不同植被都會(huì)對(duì)降雨產(chǎn)生一定的植物截留作用;但整地措施對(duì)徑流系數(shù)值的大小影響很大，喬木林小區(qū)和灌木林小區(qū)都為魚鱗坑整地，在魚鱗坑未淤滿的次降雨條件下，魚鱗坑會(huì)攔截大量的地表徑流，增加入滲和蒸發(fā)，使降雨轉(zhuǎn)化成的徑流量減小。當(dāng)區(qū)域內(nèi)具有大面積中度、輕度退化且植被覆蓋較低的天然草地時(shí)，上游地區(qū)可以適度犧牲魚鱗坑整地造林帶來的經(jīng)濟(jì)利益，以實(shí)現(xiàn)向下游京津地區(qū)多輸水的目標(biāo)。

3.3 不同治理措施減蝕產(chǎn)水效益綜合評(píng)價(jià)

坡耕地徑流小區(qū)與人工草地徑流小區(qū)雖然可以產(chǎn)生較大的徑流量，但同時(shí)產(chǎn)生了較高的侵蝕模數(shù)，并且大大超過了北方土石山區(qū)的容許土壤流失量這一關(guān)鍵值;天然草地徑流小區(qū)和2個(gè)魚鱗坑整地徑流小區(qū)的侵蝕模數(shù)在北方土石山區(qū)容許土壤流失量范圍之內(nèi)，從年際徑流總量和次降雨產(chǎn)流量分析，天然草地徑流小區(qū)較魚鱗坑整地徑流小區(qū)具有較高的年際徑流總量和徑流系數(shù)，并且侵蝕模數(shù)較小:因此，綜合分析得出，在2004—2009年小區(qū)觀測(cè)期間，覆蓋度波動(dòng)范圍為60% ～80%，天然草地小區(qū)攔沙、產(chǎn)水效益最佳，傳統(tǒng)魚鱗坑整地造林措施攔沙、截流效應(yīng)顯著。

基于最大減蝕產(chǎn)水效益的實(shí)現(xiàn)，在坡面治理時(shí)，宜合理布局封禁和魚鱗坑等造林整地2種治理措施。在大面積中度、輕度退化且植被覆蓋較低的天然草地區(qū)域應(yīng)進(jìn)行封育治理，使其達(dá)到有效植被蓋度，封育年限可根據(jù)草被年均恢復(fù)速率計(jì)算;在土石山區(qū)坡度較大、風(fēng)化巖強(qiáng)度侵蝕和陽向荒坡中度侵蝕、自然恢復(fù)植被能力弱的區(qū)域，宜布置魚鱗坑等整地措施進(jìn)行強(qiáng)化治理，優(yōu)化魚鱗坑等整地措施，在攔蓄泥沙的同時(shí)，盡可能減少地表水?dāng)r蓄，避免水分的無效蒸發(fā)，增大流域產(chǎn)水量，結(jié)合土壤侵蝕量與植被有效覆蓋度，修訂魚鱗坑等的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。

2010年10—11月，在京津水源區(qū)承德地區(qū)四縣一市，對(duì)典型坡面治理措施及其減蝕產(chǎn)水效益進(jìn)行了調(diào)研，對(duì)中度、輕度退化天然草地封育治理后植被覆蓋年均恢復(fù)速率進(jìn)行了研究，并對(duì)魚鱗坑整地標(biāo)準(zhǔn)做出評(píng)價(jià)。

3.3.1 天然草地覆蓋度年恢復(fù)速率 當(dāng)天然草地達(dá)到有效覆蓋度時(shí)，才可以實(shí)現(xiàn)水土保持效益。有效植被覆蓋度是指在一定區(qū)域內(nèi)(氣候、土壤等因素相對(duì)穩(wěn)定的條件下)，某塊草地或林地保持土壤，使土壤侵蝕量降低到土壤最大容許侵蝕量以內(nèi)所需的植被蓋度。根據(jù)已有研究［11-12］，天然草地的有效植被覆蓋度應(yīng)不小于50%，當(dāng)植被覆蓋度以一定的速率恢復(fù)到大于50%時(shí)，可實(shí)現(xiàn)草地的天然保護(hù)功能。

通過對(duì)京津水源區(qū)承德地區(qū)四縣一市典型中度、輕度退化天然草地封育治理效益的調(diào)研，選取封育治理的陰陽坡各8個(gè)、坡度范圍為15°～25°的低覆蓋度天然草地，統(tǒng)計(jì)各個(gè)坡面不同時(shí)期的植被覆蓋度，根據(jù)下式［16］計(jì)算坡面草被覆蓋度恢復(fù)速率的年平均值:

式中:v為植被覆蓋度年恢復(fù)速率，%/a;C為2010年草地覆蓋度，%;C0為n年前草地覆蓋度(即草地坡面開始封育治理的第1年)，%;n為治理年限，a。

被調(diào)查的典型坡面全部位于承德地區(qū)土石山區(qū)，可認(rèn)為植被類型、土壤條件和降雨影響因子基本一致。

通過計(jì)算可知，封育治理初期到調(diào)查時(shí)，15°～25°范圍內(nèi)陰坡、陽坡天然草地植被覆蓋度年均可提高1.63%和1.08%。要使大面積中度、輕度退化的天然草地達(dá)到有效草被覆蓋度時(shí)，可通過年恢復(fù)速率計(jì)算出需要封育治理的年限，既可有效攔沙、恢復(fù)植被、實(shí)現(xiàn)水源地生態(tài)的天然保護(hù)功能，又可增大坡面徑流，緩減上下游用水矛盾。

3.3.2 魚鱗坑整地措施評(píng)價(jià) 經(jīng)過對(duì)京津水源區(qū)承德地區(qū)典型坡面治理措施的調(diào)查，統(tǒng)計(jì)得出主要坡面整地措施有魚鱗坑整地造林和魚鱗坑加竹節(jié)壕整地造林措施等，京津水源區(qū)承擔(dān)著向下游輸水的任務(wù)，這些措施的截流效應(yīng)不可忽視。

根據(jù)GB/T 16453.2—1996《水土保持綜合治理技術(shù)規(guī)范》，荒地治理技術(shù)中規(guī)定，流域內(nèi)實(shí)施坡面整地工程時(shí)，防御標(biāo)準(zhǔn)按10～20年1遇3～6 h最大雨量設(shè)計(jì)。根據(jù)各地不同降雨情況，分別采用不同的暴雨頻率和當(dāng)?shù)刈钜桩a(chǎn)生嚴(yán)重水土流失的短歷時(shí)、高強(qiáng)度暴雨。根據(jù)魚鱗坑等整地措施實(shí)施區(qū)域的土壤侵蝕模數(shù)，取土石山區(qū)中度侵蝕區(qū)的土壤年均侵蝕模數(shù)2 500～5 000 t/(km2·a)，強(qiáng)度侵蝕區(qū)的土壤年均侵蝕模數(shù)大于5 000 t/(km2·a)，將5 000 t/(km2·a)和 2 500 t/(km2·a)作為 2 個(gè)極值，取土壤密度為1.3 t/m3，以承德地區(qū)3個(gè)小流域的魚鱗坑為例，粗略計(jì)算當(dāng)?shù)胤烙┯陿?biāo)準(zhǔn)下，魚鱗坑泥沙淤滿年限(表5)。

表5 不同小流域魚鱗坑泥沙淤滿年限Tab．5 Ages of fish-scale pits with full of sediment between different watersheds

可以計(jì)算得出，3個(gè)小流域在傳統(tǒng)治理指導(dǎo)思想和治理模式下的魚鱗坑泥沙淤滿年限較長(zhǎng)，根據(jù)防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出的魚鱗坑規(guī)格都偏大。京津地區(qū)的用水是根據(jù)上游地區(qū)初始植被狀態(tài)下的徑流來確定的，如果魚鱗坑等的面積過大，標(biāo)準(zhǔn)較高，低于設(shè)計(jì)防御暴雨標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到蓄滿產(chǎn)流條件，則不產(chǎn)生地表徑流，即使通過下滲產(chǎn)生徑流，也會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)量增加，產(chǎn)流減少，匯流滯后，破壞流域正常產(chǎn)水量，影響下游生產(chǎn)生活用水。

將傳統(tǒng)的治理模式用于京津水源區(qū)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，確定符合自然狀態(tài)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。魚鱗坑、竹節(jié)壕、豐產(chǎn)溝等整地時(shí)，建議實(shí)施原則與規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)按照泥沙侵蝕量并結(jié)合草地覆蓋度恢復(fù)速率來設(shè)計(jì)。在坡面治理中，當(dāng)天然草地覆蓋度已達(dá)到有效覆蓋度時(shí)，避免采用魚鱗坑等截流效應(yīng)顯著的整地造林措施，建議采用封育治理，在國(guó)家實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償大背景和保障生態(tài)安全前提下，犧牲魚鱗坑等整地造經(jīng)濟(jì)林措施帶來的部分經(jīng)濟(jì)利益;未達(dá)到有效覆蓋度時(shí)，魚鱗坑規(guī)格可以根據(jù)坡面泥沙侵蝕量及陰陽坡草被覆蓋度恢復(fù)速率進(jìn)行配置，規(guī)格大小以植被達(dá)到有效覆蓋度時(shí)，魚鱗坑恰好淤滿為標(biāo)準(zhǔn)。

規(guī)格較小的魚鱗坑在遇到大暴雨時(shí)，有可能被沖毀，可以采取竹枇加固外沿等措施下的小魚鱗坑，增強(qiáng)攔沙透水作用;同時(shí)，降低魚鱗坑等整地標(biāo)準(zhǔn)，坑內(nèi)蓄水量減少，不宜種植經(jīng)濟(jì)林和用材林等耗水性樹種，應(yīng)選擇抗旱能力強(qiáng)的刺槐(Robinia pseudoacacia)和鄉(xiāng)土灌草。

4 結(jié)論與建議

1)從侵蝕量控制方面來說，北方土石山區(qū)容許土壤流失量(200 t/(km2·a))作為京津水源區(qū)小流域建設(shè)的一個(gè)關(guān)鍵值時(shí)，坡耕地和人工草地措施的土壤侵蝕模數(shù)大大超過容許土壤流失量，攔沙效應(yīng)不顯著，建議坡耕地和人工草地應(yīng)作為水源區(qū)水土流失治理重點(diǎn)區(qū)域。

2)喬木林、灌木林與天然草地年土壤侵蝕量都在土石山區(qū)容許土壤流失量范圍之內(nèi)，但天然草地較喬木林和灌木林具有較高的年徑流量和徑流系數(shù)，有效植被覆蓋度下的天然草地?cái)r沙、產(chǎn)水效益最佳，傳統(tǒng)魚鱗坑整地造林和魚鱗坑加竹節(jié)壕整地造林措施攔沙、截流效應(yīng)顯著。

3)綜合分析評(píng)價(jià)得出，天然草地具有最佳的減蝕產(chǎn)水效益。大面積中度、輕度退化的天然草地經(jīng)封育治理，陰坡、陽坡植被覆蓋度年均可提高1.63%和1.08%?？稍趪?guó)家實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償大背景和保障生態(tài)安全前提下，放棄一部分魚鱗坑整地造林帶來的經(jīng)濟(jì)效益，使天然草地既能有效攔沙、恢復(fù)植被，又可增加坡面徑流，最大限度向下游輸水。

水源區(qū)傳統(tǒng)魚鱗坑整地造林和魚鱗坑加竹節(jié)壕整地造林措施應(yīng)限制在局部水土流失嚴(yán)重、自然恢復(fù)植被能力弱的區(qū)域，強(qiáng)中度侵蝕區(qū)域魚鱗坑淤滿年限較長(zhǎng)，建議適度降低魚鱗坑整地標(biāo)準(zhǔn)，魚鱗坑大小可以根據(jù)坡面泥沙侵蝕量設(shè)計(jì)及陰陽坡草被覆蓋度恢復(fù)速率進(jìn)行配置，規(guī)格大小以魚鱗坑恰好淤滿時(shí)植被覆蓋度達(dá)到有效覆蓋度為標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)格較小的魚鱗坑在遇到大暴雨時(shí)有可能被沖毀，建議采取竹枇加固外沿等措施下的小魚鱗坑，可以增強(qiáng)攔沙滲水作用。同時(shí)，小魚鱗坑內(nèi)蓄水量較少，不宜種植經(jīng)濟(jì)林和用材林等耗水性樹種，應(yīng)選擇抗旱能力強(qiáng)的刺槐和鄉(xiāng)土灌草。

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Traditional control measures of soil erosion and their environmental effects on flow and sediment in the water source area of Beijing and Tianjin

Zhao Ting1，2，Xie Yongsheng1，3，Jiang Qinglong3，Zhang Huai4，Zhou Wei4
(1.Institute of Soil and Water Conservation，Chinese Academy of Sciences and the Ministry of Water Resources，712100，Yangling，Shaanxi;2.Graduate University of the Chinese Academy of Sciences，100049，Beijing;3.College of Resources and Environment，Northwest A＆F University，712100，Yangling，Shaanxi;4.Institute of Soil and Water Conservation of Chengde City，067000，Chengde，Hebei:China)

The traditional guiding ideology and treatment on soil erosion control pay attention to ecological and economic benefits of the harnessing area，which will reduce the sediment yield.However，the reduction of sediment could lead to the decrease of water，which will aggravate the water contradiction between upstream and downstream in the water source areas of Beijing and Tianjin.Environmental effects of slope measures on water and sediment were studied by investigation and location experiment in Dadai Watershed locating in Fengning County，Chengde City.Results showed that the erosion modulus in slope farmland and artificial grassland substantially exceeded soil loss tolerance in rocky mountain areas of northern China.Natural meadow had higher annual runoff and runoff coefficient than arbor forests and shrub forests.Traditional fish-scale pits measures had significant effects on sediment trapping and reduction of water yield.For moderate and mild degraded grassland under the management of closing hills，the vegetation coverage could improve by 2.84%and 1.97%in shady slope and sunny slope per year.Some traditional measures like fish-scale pits should be limited in areas where occurred serious soil erosion，and their preparation standard should be degraded.Large areas of moderate and mild degraded grassland under the management of closing hills could not only reduce sediment yield，recover vegetation，but also increase runoff.

soil erosion control;sediment yield;runoff;vegetation coverage;fish-scale pits;water source areas of Beijing and Tianjin

2011-04-11

2011-08-10

項(xiàng)目名稱:水利部行業(yè)公益性專項(xiàng)項(xiàng)目“冀北山區(qū)生態(tài)輸水小流域治理模式與關(guān)鍵技術(shù)”(200901051);“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“農(nóng)田水土保持與持續(xù)利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”(2011BAD31B01)

趙婷(1985—)，女，碩士研究生。主要研究方向:水土保持與荒漠化防治。E-mail:zhaoting09@mails.gucas.ac.cn

?責(zé)任作者簡(jiǎn)介:謝永生(1960—)，男，研究員。主要研究方向:水土保持、土地資源及環(huán)境評(píng)價(jià)。E-mail:ysxie@ms.iswc.ac.cn

(責(zé)任編輯:宋如華)