檸條在寒、旱、沙化地區(qū)高速公路邊坡植被防護(hù)中的調(diào)水保土效益研究

王建輝

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

黃土高原屬于干旱和半干旱氣候區(qū)，是全國水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)地大部分為質(zhì)地較輕、遇水立即分散、抗蝕力低的黃土母質(zhì)。具有寒冷、干旱、沙化特點(diǎn)的地區(qū)主要包括山西省的西北和相鄰的陜、蒙、寧、甘的廣大地區(qū)，該地區(qū)高速公路邊坡植被生長條件差[1]，普通植被不易成活，通過種植耐寒、耐旱的檸條，建立簡易徑流小區(qū)，進(jìn)行科學(xué)觀測試驗(yàn)，探討檸條在該地區(qū)高速公路邊坡植被防護(hù)中的調(diào)水保土效益對于寒、旱、沙化地區(qū)高速公路生態(tài)恢復(fù)和景觀綠化具有重要意義。

調(diào)水保土效益是水土保持綜合治理效益的基礎(chǔ)，雖然《水土保持綜合治理效益計(jì)算方法》（GB/T 15774—2008）中把調(diào)水保土效益分為多項(xiàng)計(jì)算內(nèi)容和相對應(yīng)的具體計(jì)算項(xiàng)目，但是對于特定地區(qū)和特定項(xiàng)目，應(yīng)該選取哪些指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算沒有明確的規(guī)定，而且選取不同的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果相差較大。本文在總結(jié)水土保持綜合治理效益和水土保持基礎(chǔ)效益研究成果的基礎(chǔ)上，通過對指標(biāo)體系、層次結(jié)構(gòu)的調(diào)整和具體指標(biāo)的補(bǔ)充與剔除，對大同至呼和浩特高速公路山西省右玉段種植檸條后邊坡調(diào)水保土效益進(jìn)行了定量評價(jià)研究，以期得到量化的評價(jià)結(jié)果。

1 綜合評價(jià)方法概述

評價(jià)是決策的前提，目前國內(nèi)外常用的綜合評價(jià)方法有專家評價(jià)法、經(jīng)濟(jì)分析法、運(yùn)籌學(xué)和其他數(shù)學(xué)方法[2]，其中水土保持綜合治理效益評價(jià)一般采用多指標(biāo)綜合評價(jià)方法，具體為評分法、層次分析法、關(guān)聯(lián)矩陣法、模糊綜合評價(jià)法等[3]。本文選用層次分析法對大同至呼和浩特高速公路山西省右玉段種植檸條后邊坡調(diào)水保土效益進(jìn)行分析評價(jià)。

2 建立指標(biāo)體系

指標(biāo)體系和計(jì)算方法的確定對于綜合評價(jià)十分重要[4]，評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建應(yīng)遵循系統(tǒng)性和層次性、科學(xué)性與實(shí)用性相統(tǒng)一的原則以及宏觀與微觀分析、定性與定量分析相結(jié)合的原則，同時(shí)把握主導(dǎo)要素原則，抓住可以真實(shí)反映效益特征的因素進(jìn)行分析[5]。在緊扣上述原則的基礎(chǔ)上，通過已有的研究成果和現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)大呼高速公路種植檸條邊坡實(shí)際情況和區(qū)域氣候特征，適當(dāng)考慮指標(biāo)量化難易程度，本文選用16項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成調(diào)水保土效益綜合評價(jià)指標(biāo)體系，見表1。

3 分項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算與量化

參照國標(biāo)本文中有關(guān)指標(biāo)的含義解釋及計(jì)算方法如下[6]：

3.1 就地入滲措施的效益計(jì)算

計(jì)算項(xiàng)目包括兩方面，一是減少地表徑流量，以m3計(jì)，二是減少土壤侵蝕量，以t計(jì)。計(jì)算按兩個步驟進(jìn)行，第一步先求得減少徑流與侵蝕的模數(shù)，第二步再計(jì)算減少徑流與減少侵蝕的總量。

表1 檸條調(diào)水保土效益評價(jià)指標(biāo)體系

3.2 就地?cái)r蓄措施的效益計(jì)算

計(jì)算項(xiàng)目包括兩方面，一是減少的徑流量，以m3計(jì)，二是減少的泥沙量，以t計(jì)。對不同特點(diǎn)的措施應(yīng)采取不同的計(jì)算方法，計(jì)算方法主要有典型推算法和具體量算法兩種。

a)典型推算法 對于數(shù)量較多，而每個容量較小的水窖、澇池、谷坊、塘壩、小型淤地壩等措施，可采用此法。通過典型調(diào)查，求得有代表性的單個攔蓄量，再乘上水保措施的數(shù)量，即得總量。

b)具體量算法 對數(shù)量較少，而每個容量較大的大型淤地壩、治溝骨干工程和小型以上小水庫等措施，應(yīng)采用此法。其攔蓄量，應(yīng)到現(xiàn)場逐座具體量算求得。

3.3 減輕溝蝕的效益計(jì)算

減輕溝蝕效益包括4個方面，可按式（1）計(jì)算：

式中：∑ΔG為減輕溝蝕效益，單位為m3；ΔG1為溝頭防護(hù)工程制止溝頭前進(jìn)的保土量，單位為m3；ΔG2為谷坊淤地壩等制止溝底下切的保土量，單位為m3；ΔG3為穩(wěn)定溝坡制止溝岸擴(kuò)張的保土量，單位為m3；ΔG4為塬面、坡面水不下溝（或少下溝）而減輕溝蝕的保土量，單位為m3。

3.4 坡面排水

治理前后被面排水能力的變化可按式（2）計(jì)算：

式中：ΔQ為治理前后坡面排水能力的變化值，單位為m3/s；Qa為治理后坡面排水能力，單位為m3/s；Qb為治理前坡面排水能力，單位為m3/s。

3.5 調(diào)節(jié)小流域徑流

式中：ΔRi為治理前后年徑流量、旱季徑流量和雨季徑流量變化值，單位為mm；Ria為治理后年徑流量、旱季徑流量和雨季徑流量，單位為mm；Rib為治理前年徑流量、旱季徑流量和雨季徑流量，單位為mm。

4 綜合評價(jià)

4.1 指標(biāo)權(quán)重的確定

在評價(jià)過程中，各指標(biāo)要素權(quán)重的確定是事關(guān)評價(jià)成敗的關(guān)鍵，目前常用的方法主要有專家評分法、層次分析法、主層次分析法、模糊綜合評判法等。本文運(yùn)用層次分析法確定權(quán)重[7]，各指標(biāo)判斷矩陣見表 2、表 3。

表2 調(diào)水保土效益的準(zhǔn)則層與領(lǐng)域?qū)右蜃又匾耘袛嗑仃?/p>

表3 調(diào)水保土效益的各指標(biāo)層因子重要性判斷矩陣

4.2 指標(biāo)計(jì)算及標(biāo)準(zhǔn)化處理

a）指標(biāo)的量化 定量指標(biāo)根據(jù)基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)查出或計(jì)算出指標(biāo)值；定性指標(biāo)量化方法是首先給定性指標(biāo)以明確定義，再根據(jù)指標(biāo)定義和實(shí)際情況將它們分層后按統(tǒng)一分制及正向約定打分，從而將其定量化。

b）指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化 各指標(biāo)值經(jīng)過量化以后都是正值，指標(biāo)值越大，效益越高。指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化本文采用兩種方法。方法一為構(gòu)造每一個指標(biāo)的評價(jià)函數(shù)法[8]；方法二為利用指標(biāo)質(zhì)量離散刻度對各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[9]。指標(biāo)質(zhì)量離散刻度是結(jié)合國家、地方標(biāo)準(zhǔn)或者比較公認(rèn)量化值限定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值，在刻度范圍以內(nèi)插的形式確定指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。以往由于一些指標(biāo)難以確定參照值，標(biāo)準(zhǔn)化比較困難，有的甚至舍棄了一些難以標(biāo)準(zhǔn)化的重要指標(biāo)，這種方法避免了這種情況，而且易于實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化，見表4。

表4 調(diào)水保土效益指標(biāo)離散刻度

4.3 調(diào)水保土效益計(jì)算結(jié)果

選取一個種植檸條的邊坡和一個無檸條且條件相似的高速公路邊坡，建立簡易徑流小區(qū)，計(jì)算每個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，計(jì)算結(jié)果見表5。

5 評價(jià)結(jié)論及分析

5.1 調(diào)水效益分析

調(diào)水效益無檸條邊坡評價(jià)得分值0.403 8，有檸條得分值0.624 7，指數(shù)增量為0.220 9，可見種植檸條坡面的水土保持調(diào)水效益明顯。其中，有檸條邊坡調(diào)節(jié)小流域徑流得分值最高，評價(jià)得分值為0.678 8，說明坡面種植檸條后調(diào)節(jié)小流域徑流效果最為明顯，其次為攔蓄地表徑流，改善坡面排水，增加土壤入滲。

表5 調(diào)水保土效益計(jì)算結(jié)果

5.2 保土效益分析

保土效益無檸條邊坡評價(jià)得分值0.408 8，有檸條得分值0.645 5，指數(shù)增量為0.236 7，可見種植檸條坡面的水土保持保土效益明顯。其中，有檸條坡面減輕面蝕得分值最高，評價(jià)得分值為0.753 8，說明坡面種植檸條后減輕面蝕效果最為明顯，其次為攔蓄坡溝泥沙，減輕溝蝕。

5.3 調(diào)水保土效益分析

調(diào)水保土效益種植檸條邊坡綜合評價(jià)得分值為0.625 5，無檸條邊坡得分值為0.408 8，指數(shù)增量為0.236 7，可見通過在高速公路邊坡種植耐寒、耐旱的檸條，可以明顯地提高邊坡防護(hù)效果，起到調(diào)水保土作用，有很好的水土保持效益。

5.4 檸條的推廣應(yīng)用價(jià)值

檸條在形態(tài)和生理上的抗寒、抗熱、抗旱性使其成為一種非常適宜在寒、旱、沙化地區(qū)種植的綠化植被。通過對大同至呼和浩特高速公路山西省右玉段邊坡種植檸條調(diào)水保土效益評價(jià)的應(yīng)用研究，證明檸條適用性強(qiáng)，值得在寒、旱、沙化地區(qū)高速公路邊坡綠化中推廣。