試論城市化建設(shè)和采礦對(duì)土壤侵蝕及環(huán)境的影響

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試論城市化建設(shè)和采礦對(duì)土壤侵蝕及環(huán)境的影響

羅應(yīng)

(貴州省六盤水師范學(xué)院，貴州 六盤水 553000)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，人口的大量增加，使土地資源大規(guī)模開發(fā)利用，土地利用變化劇烈。加劇土壤侵蝕，使其發(fā)生的初始、邊界條件更趨復(fù)雜。造成生態(tài)環(huán)境惡化，動(dòng)植物物種多樣性減少或喪失。因此，在水土流失規(guī)律研究和治理技術(shù)方面受到限制，許多關(guān)鍵性問題尚未解決。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)土地利用的變化過(guò)程研究這一關(guān)鍵問題研究較少。無(wú)疑對(duì)這一問題進(jìn)行研究具有特別重要的意義。

1城市土地利用

在城市地區(qū)，自然生態(tài)系統(tǒng)的變異程度通常比農(nóng)業(yè)、林業(yè)要大的多。城市地區(qū)的大部分土地覆蓋著公路、建筑物以及其它難以滲透的地面。保存空曠的空間主要是為文化娛樂和裝飾的目的而不是為了生產(chǎn)糧食和木材，因此，城市中現(xiàn)存的綠色地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)的變遷與鄉(xiāng)村有很大差異。城市地面幾乎不能發(fā)生滲透現(xiàn)象；因有地下排水系統(tǒng)，城市排泄網(wǎng)比農(nóng)村更有效，徑流增加了3～4倍。當(dāng)進(jìn)行建設(shè)時(shí)，往往會(huì)給地面造成破壞，導(dǎo)致產(chǎn)沙量比農(nóng)村高幾倍；但建設(shè)完成后，大部分的地面密封了，產(chǎn)沙量降到高峰水平的1/10，低于農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)時(shí)的水平。盡管如此，城市的產(chǎn)沙量仍然高于未受干擾的自然植被。城市的土地利用仍然遵循人類活動(dòng)趨于增加產(chǎn)沙量的一般規(guī)律。

城市化造成土地最高的侵蝕速度產(chǎn)生在建設(shè)階段，這階段有大量裸露地面和由于運(yùn)輸和開挖引起很大的擾動(dòng)。為建筑而清除地面，一年間產(chǎn)生的土壤侵蝕相當(dāng)于自然的甚至農(nóng)業(yè)數(shù)十年造成的侵蝕。然而，施工不會(huì)永遠(yuǎn)進(jìn)行下去，一旦呈現(xiàn)出道路、建起花園和草坪，干擾就停止，侵蝕整流速度就會(huì)大大地降低?？赡芘c在自然條件下，或農(nóng)業(yè)耕種前的侵蝕速度基本相同。平均來(lái)講，城市化建設(shè)期土壤侵蝕率是農(nóng)田的10～350倍(平均180倍)，是森林的1500倍。從19世紀(jì)初期開始，茂密的森林產(chǎn)沙量很小，土地產(chǎn)出損失率也很小；當(dāng)農(nóng)作物取代原始森林，產(chǎn)沙量增加，土地產(chǎn)出損失率隨之增加；隨著耕作的開始，產(chǎn)沙量隨之降低，農(nóng)地的產(chǎn)出損失率降低；隨著時(shí)間的推移，產(chǎn)沙率再次增高，農(nóng)地的產(chǎn)出損失率也隨著增高，即農(nóng)地產(chǎn)出率減?。恢皇堑?0世紀(jì)，當(dāng)某些耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值睾筒莸睾?，產(chǎn)沙量才再次下降，土地產(chǎn)出損失率下降，即土地產(chǎn)出率有所回升；在城市擴(kuò)展和建設(shè)時(shí)期，由于地面暴露和建設(shè)施工對(duì)土地的干擾，產(chǎn)沙速度急劇上升，土地產(chǎn)出損失率也急劇上升，也就是說(shuō)土地產(chǎn)出率降到歷史最低；當(dāng)大部分地表封在道路、建筑物以及其它難以滲透的表層下時(shí)，產(chǎn)沙量幾乎以相同的速度下降，城市化后的土地產(chǎn)出率也將急劇升高。在土地利用類型的演化過(guò)程中，每一種類型的轉(zhuǎn)化，都無(wú)疑帶來(lái)了產(chǎn)沙的急劇增加。

2采礦業(yè)

目前我國(guó)正處于高速發(fā)展時(shí)期，人口膨脹需要開發(fā)礦產(chǎn)資源滿足人民的物質(zhì)生活的提高。采礦造成的土地利用變化雖然發(fā)展了經(jīng)濟(jì)，但造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，尤其是對(duì)水土流失和河流泥沙帶來(lái)極其不利影響。這種影響國(guó)內(nèi)外有很多實(shí)例。采礦不僅造成了嚴(yán)重的水土流失，而且其廢棄物嚴(yán)重污染當(dāng)?shù)厮|(zhì)。該礦區(qū)大小選礦廠和個(gè)體土法混汞碾佯者鱗次櫛比，所產(chǎn)生的廢水中含汞、鉛等有害物質(zhì)注入當(dāng)?shù)厮?，致使水資源受到污染帶毒，既不能飲用，也不能灌溉。銅鐵礦冶煉排放的SO2等有害氣體所及之處，危害植物生長(zhǎng)。黃河中游大型煤田，地處多沙粗沙區(qū)，處在暴雨多發(fā)地帶，水土流失本來(lái)就非常嚴(yán)重，再加上大規(guī)模的開采煤炭，植被破壞殆盡，占用土地，造成地表地下土層松動(dòng)，移動(dòng)大量巖石土體，一遇暴雨極易形成滑坡、崩塌等重力侵蝕，更加劇了水土流失。不僅如此，采礦活動(dòng)對(duì)河流泥沙影響可能在數(shù)十年后才顯示出來(lái)。由于皇甫川流域無(wú)采礦業(yè)，所以選擇了相鄰流域的準(zhǔn)格爾礦區(qū)作為算例，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算開礦引起的產(chǎn)流產(chǎn)沙量進(jìn)行對(duì)比。無(wú)論是哪一種土地利用類型，開礦后都加劇了土壤侵蝕，侵蝕最為嚴(yán)重的類型當(dāng)屬運(yùn)輸類。在礦山建設(shè)初期比任何時(shí)期侵蝕都要嚴(yán)重。

3應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)報(bào)各種土地利用類型的產(chǎn)流產(chǎn)沙量與土地利用變化總趨勢(shì)

流域產(chǎn)流產(chǎn)沙預(yù)報(bào)，影響因素多，物理機(jī)制復(fù)雜，采用數(shù)理方法建立降雨、產(chǎn)流和產(chǎn)沙之間的關(guān)系模型，通過(guò)計(jì)算來(lái)研究流域的水沙變化特性。然而在建模過(guò)程中邊界條件不明確、模型自身的假設(shè)條件、參數(shù)率定的復(fù)雜性和數(shù)值計(jì)算的不穩(wěn)定性影響了計(jì)算精度，其應(yīng)用受到限制。而經(jīng)驗(yàn)和隨機(jī)模型需要大量的詳盡資料，況且其建立要求有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用很不方便。對(duì)于一個(gè)流域來(lái)講，卡口站的水文觀測(cè)資料容易得到，但降雨、匯流與產(chǎn)沙過(guò)程資料較難獲得。再加上人類活動(dòng)強(qiáng)度的增加，導(dǎo)致許多無(wú)法量化的事件。應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建模，可以避免這些缺陷，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只注重起始條件和最終結(jié)果，能夠通過(guò)部分準(zhǔn)確樣本自學(xué)習(xí)來(lái)體現(xiàn)各因子間的復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，比以往的計(jì)算模型有更好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

綜上所述，城市化建設(shè)期對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙影響最嚴(yán)重。采礦業(yè)對(duì)產(chǎn)流產(chǎn)沙影響嚴(yán)重。采礦不僅破壞了植被，而且也破壞了土壤結(jié)構(gòu)。同時(shí)產(chǎn)生大量的棄土石方。隨著經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，農(nóng)林牧副漁、城市化、工礦、交通、旅游等各業(yè)都在迅速發(fā)展。各項(xiàng)生產(chǎn)建設(shè)都要占用土地(含水域)，在逐年土地銳減的情況下，泱泱大國(guó)愈感土地量的不足。于是，土地變得緊張起來(lái)。經(jīng)濟(jì)愈發(fā)展，對(duì)土地需求量越大。必然形成相爭(zhēng)竟發(fā)，大量開發(fā)土地資源，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)影響下，土地成為高值資源。這種形勢(shì)將延續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期。大量開發(fā)，多項(xiàng)使用，土地產(chǎn)出率增高，這是土地利用變化發(fā)展的總趨勢(shì)。

中圖分類號(hào):F293

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-1602(2016)04-0106-01

作者簡(jiǎn)介：羅應(yīng)，貴州省六盤水師范學(xué)院2012級(jí)礦業(yè)工程系。