不同水土保持措施對流域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)影響的定量解析研究

關(guān)曉明

(遼寧江河水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧 沈陽 110003)

水土流失將會(huì)加大區(qū)域生態(tài)環(huán)境的惡化，對人民生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生較大的影響[1]。從1990年代開始，國家開始加大水土流失的治理力度，許多水土流失嚴(yán)重區(qū)域的生態(tài)環(huán)境得到不同程度的改善和保護(hù)[2]。水土流失治理主要是通過改變區(qū)域下墊面的人類活動(dòng)來進(jìn)行，通過相應(yīng)的水土保持措施，降低區(qū)域的水土流失量和相應(yīng)的非點(diǎn)源污染量[3]。但是不同水土保持措施對區(qū)域生態(tài)環(huán)境改善程度不同，需要結(jié)合有效的水土保持措施對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行最大程度的改善。近些年來，對于不同水土保持措施對流域水土流失量定量研究已取得一定的成果[4- 9]，但是不同水土保持措施對區(qū)域非點(diǎn)源污染影響的研究還較少，為此本文以遼寧西部某水土保持區(qū)為研究對象，結(jié)合觀測試驗(yàn)的方式，對區(qū)域不同水土保持措施下的減水減沙效率進(jìn)行分析，并對不同水土保持措施下的攔污量進(jìn)行定量分析，從而分析不同水土保持措施下的生態(tài)環(huán)境影響。

1 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)計(jì)算方法

1.1 水土流失效應(yīng)衡量指標(biāo)

通過計(jì)算典型年份及典型暴雨特征下各水土保持措施下的水、沙攔截力和攔截效率進(jìn)行指標(biāo)分析，衡量不同水土保持措施下對水沙攔截的影響程度。通過分析單位地塊的攔截水、沙量來分析不同水土保持措施的攔截能力，計(jì)算方程為：

(1)

式中，ra—水土保持措施下的攔截水、沙的能力；WR—水、沙攔截量；a—水土保持措施的面積。

水土保持措施的攔截效率，表示為某時(shí)段內(nèi)水土保持措施下水、沙攔截量和總量的比值，計(jì)算方程為：

(2)

式中，ro—水土保持措施的水、沙攔截效率；WT—水土保持措施下的產(chǎn)水、產(chǎn)沙總量。

不同水土保持措施下的攔截比例，表示為各項(xiàng)水土保持措施攔截量占所有措施攔截量的比例，計(jì)算方程為：

(3)

式中，rwi—不同水土保持措施下的水、沙攔截比例；∑WRi—各項(xiàng)水土保持措施對水、沙的攔截總量。

通過對比不同的rwi，來確定最為有效的水土保持措施。結(jié)合區(qū)域水沙模數(shù)來確定不同典型年份的水、沙量，計(jì)算方程為：

Ww=Mw·A

(4)

Ws=Ms·A

(5)

Wq=Mq·A

(6)

Wo=Mo·A

(7)

式中，Ww—水土保持措施下的攔截量；Mw—水土保持措施下的攔水模數(shù)；A—區(qū)域水土保持措施的面積；Ws—水土保持措施下的攔截泥沙量；Ms—水土保持措施下的攔沙模數(shù)；Wq—徑流流失水量；Mq—區(qū)域?qū)崪y的輸水模數(shù)；Wo—泥沙流失量；Mo—實(shí)測的輸沙模數(shù)。

1.2 水環(huán)境效應(yīng)衡量指標(biāo)

采用攔截效率、攔截比例以及攔截能力來分析不同水土保持措施對非點(diǎn)源污染物的攔截程度，各項(xiàng)水土保持措施下的攔污量計(jì)算方程為：

Wq=WT×C2/100×η2

(8)

式中，Wq—水土保持區(qū)污染物總量；WT—水土保持區(qū)泥沙流失總量；C2—區(qū)域未治理前的污染物平均含量；η2—區(qū)域土壤污染富集系數(shù)。

污染物攔截效率是指污染物攔截量與總量的比值，計(jì)算方程為：

σ=(Wq-Wp)/Wq

(9)

式中，σ—區(qū)域歷年污染物攔截效率；Wq—區(qū)域污染物總量；Wp—區(qū)域污染物流失量。

污染物的攔截比例、攔截能力同水、沙效應(yīng)中的計(jì)算方程。

2 研究成果

2.1 水土保持試驗(yàn)區(qū)概況

遼寧西部某水土保持區(qū)域內(nèi)主要水土保持措施為壩地、林地、草地、梯田，區(qū)域的集水面積為32.5km2。區(qū)域?qū)儆诘湫偷母珊蛋敫珊祬^(qū)域，降水主要集中夏季，區(qū)域年降水量在200～300mm之間，年輸沙量均值為16×104t，區(qū)域內(nèi)主要的農(nóng)作物為玉米。

2.2 典型年份各水土保持措施水沙攔截效應(yīng)分析

結(jié)合水沙效應(yīng)計(jì)算方法，對各典型年份不同水土保持措施下的水沙攔截效應(yīng)進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表1—2。

從表1—2中可看出，隨著區(qū)域水土保持治理措施的加大，各年份水沙攔截效率逐年增加，各水土保持措施下，其水量攔截效率在27.5%～88.6%之間，而各年份沙量的攔截效率均高于水量攔截效率，各水土保持措施攔沙能力的排序?yàn)椋簤蔚?梯田>草地>林地，壩地的攔水、攔沙能力最強(qiáng)，攔水能力是其他水土水保措施的18～128倍，攔沙能力是其他水土保持措施的17～60倍。表1—2中攔截比例主要為壩地的攔截比例，從表中可看出，壩地的水沙攔截比例在80%以上，可見在水土保持區(qū)域，壩地是最為有效的水土保持措施，這主要因?yàn)閴蔚乜s短了匯流的坡長，使其蓄水保土影響十分明顯，能有效攔截水、沙量。而林地和草地的減水減沙效益主要和覆被相關(guān)，覆蓋度越高，減水減沙效應(yīng)越強(qiáng)，其次還與區(qū)域的產(chǎn)流量相關(guān)，產(chǎn)流量越大，減沙效果越佳。

表1 各年份不同水土保持措施下的徑流攔截能力分析結(jié)果

表2 各年份不同水土保持措施下的泥沙攔截能力分析結(jié)果

2.3 典型年份各水土保持措施污染物攔截效應(yīng)分析

對各典型年份區(qū)域所有水土保持措施下的污染物攔截量及其效率進(jìn)行分析，見表3，并對各項(xiàng)措施下不同污染物的攔截量級壩地的攔截比例進(jìn)行了定量解析，見表4—6。

表3 各年份不同水土保持措施下的污染物攔截效率分析結(jié)果

表4 各項(xiàng)措施總氮攔截量及效率分析結(jié)果

表5 各項(xiàng)措施總磷攔截量及效率分析結(jié)果

表6 各項(xiàng)措施有機(jī)質(zhì)攔截量及效率分析結(jié)果

從表3中可看出，隨著區(qū)域水土保持措施力度的加大，區(qū)域污染物攔截效率呈現(xiàn)明顯的遞增趨勢，這主要是因?yàn)樵谒帘３执胧┫?，水沙的攔截效率逐年加大，而污染物主要是依托于水沙進(jìn)行輸移，因此其相應(yīng)的攔截效率也在逐漸增大。表4—6為各項(xiàng)水保措施污染物攔截效率的定量解析，從解析結(jié)果可看出，壩地下的污染物攔截效率依然最大，林地的污染攔截效率最小，各水土保持措施對總氮、總磷及其他有機(jī)物攔截能力的排序?yàn)椋簤蔚?梯田>草地>林地，壩地?cái)r污能力是其他水土保持措施的6～200倍，可見，壩地是區(qū)域水土保持措施污染物攔截效率最為有效的方式。這主要是因?yàn)閴蔚馗淖兞似麻L，減少了水沙流失量，因此也降低了污染物的流失比例，而其他水土保持措施由于蓄水保沙作用弱于壩地，因此攔截量低于壩地。

2.4 典型暴雨特征下各水土保持措施生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析

結(jié)合年份來降水量較大的5場典型暴雨，分析其減水減沙效益，并對其污染物攔截效率進(jìn)行定量分析，分析結(jié)果見表7—8。

表7 典型暴雨特征下水土保持措施減水減沙效率分析

表8 典型暴雨特征下水土保持措施下攔污量效率分析

從表7中可看出，各場次典型暴雨下，水土保持區(qū)域的水沙攔截效益較高，減水效益可以達(dá)到45%以上，減沙效益可以達(dá)到60%以上，可見采取不同水土保持措施后，減水減沙效益明顯。在各典型暴雨下，污染物攔截效率也在65%以上，可見對于污染物的攔截效率更高。

3 結(jié)論

壩地雖然蓄水保沙作用及污染物的攔截效率高于其他水土保持措施，但其減水效應(yīng)也明顯強(qiáng)于其他水土保持措施，且壩地在生態(tài)功能上弱于草地和林地，因此水土保持治理區(qū)域應(yīng)以壩地為主，其他生態(tài)林為輔的方式最大程度地降低區(qū)域水土流失，同時(shí)發(fā)揮區(qū)域的生態(tài)功能。

本文重點(diǎn)探討了不同水土保持措施下的生態(tài)效應(yīng)，針對何種坡度采取水土保持措施未進(jìn)行分析，而區(qū)域坡度對流域的水土保持影響也較為敏感，在以后的研究中還需要對不同坡度下采用何種水土保持措施進(jìn)行分析，確定最為有效的水土保持措施。