朝陽縣下洼小流域水土保持措施空間配置研究

張曉光

(朝陽縣水土保持局，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

調(diào)查顯示，水土流失對全國約1/3的土地均造成了不同程度的危害，中國屬于土壤侵蝕較嚴重的地區(qū)之一，給經(jīng)濟社會發(fā)展和當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)帶來極為不利的影響，特別是小流域的水土保持治理仍面臨著嚴峻的形勢。

隨著人們生態(tài)環(huán)保意識的增強以及社會科技的不斷進步，水土流失治理越來越引起相關(guān)部門的高度重視，水土保持工作的重要內(nèi)容逐漸轉(zhuǎn)向以小流域為單元的治理。長期以來，小流域的水土保持措施為國內(nèi)外諸多學者的研究重點，形成了一定的自然環(huán)境保護方法和綜合效益評價理論。從最初的單因素定性分析到現(xiàn)在的多目標、多要素定量評價，正穩(wěn)步向前推進小流域的水土保持工作，同時該項工作中也逐漸引入一些新理論和新方法，為準確評價與分析治理工程各項效益提供有效手段[1-5]。

當前，水土保持工作集中于保護措施、治理模式和經(jīng)濟效益等內(nèi)容，設(shè)計改善自然環(huán)境和減輕土壤侵蝕危害的研究較少，治理成果理論化程度低且未考慮不同地區(qū)水保措施的差異性[6]。因此，文章以朝陽縣下洼小流域為例，考慮生態(tài)、社會與經(jīng)濟等多方面因素，從空間上優(yōu)化配置該小流域的水土保持措施，可為區(qū)域水土保持規(guī)劃以及協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)之間的關(guān)系提供決策依據(jù)。

1 小流域概況

1.1 水土流失現(xiàn)狀

下洼小流域位于朝陽縣烏蘭河碩鄉(xiāng)境內(nèi)，屬大凌河水系，地處遼西低山丘陵區(qū)，地理位置為E119°53'53"-119°56'9"，N41°20'45"-41°22'6"。流域總面積430.23hm2，海撥高程105-370m，相對高差265m，氣候類型為半濕潤、半干旱大陸性季風氣候，年均降水量為515mm，相對濕度52%，年均徑流深112mm。受地理條件與季風氣候影響降水量年季間變化大，年內(nèi)分配不均勻，多集中在7、8、9三個月。在降水沖刷作用下流域內(nèi)土壤侵蝕問題突出，主要以中度水蝕為主，水土流失面積340.76hm2，其中輕度、中度和強烈侵蝕面積為41.79hm2、285.71hm2、13.26hm2，土壤侵蝕模數(shù)為1989t/km2·a。為進一步促進農(nóng)業(yè)發(fā)展和穩(wěn)步提升農(nóng)民收入，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和居民生活環(huán)境，降低江河泥沙淤積和水土流失危害程度，朝陽縣建設(shè)實施了一系列的綜合治理項目，并取得了較好的治理成效，有必要選用合適的方法評價流域生態(tài)安全狀況[7]。

1.2 水土流失成因及其帶來的影響

根據(jù)土壤侵蝕現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果和相關(guān)資料，自然因素和人為因素為造成小流域水土流失的兩大原因。

1)自然因素：該流域地處半濕潤區(qū)域，降雨強度大、降雨多、雨量集中且年內(nèi)分配不均衡，大多數(shù)河流為山溪性河流，汛期河水順山勢而下對沿河的農(nóng)田、林地造成了一定的危害，同時流域內(nèi)土質(zhì)疏松、土層較薄、山高坡陡，這些因素加劇了水土流失的形成。

2)人為因素：由于經(jīng)濟利益的趨使一些人違反自然規(guī)律，破壞生態(tài)平衡，在沒有長遠規(guī)劃的情況下亂墾亂牧、濫砍濫伐，不合理的毀林開荒和陡坡耕種等要素為產(chǎn)生水土流失的重要原因，加之一些采石、取土等不合理的生產(chǎn)建設(shè)活動，使得地面植被發(fā)生嚴重的破壞，巖石裸露等也是引起土壤侵蝕的重要因素。其中，人為因素主要表現(xiàn)為植被破壞、過度放牧等長期掠奪式生產(chǎn)方式。

水土流失給當?shù)貛淼挠绊懼饕w現(xiàn)在以下方面：①從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的角度，降低了地表土壤的肥力以及小流域抵御自然災害的能力，增大農(nóng)業(yè)投入成本，耕地被切割得支離破碎，糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)；②從生態(tài)環(huán)境的角度，水土流失使得土壤肥力和蓄水保墑效果下降，人為活動對林草植被的打破了原有系統(tǒng)平衡，環(huán)境惡化、生態(tài)失衡、干旱與洪澇災害頻發(fā)等問題突出，澇時成災、旱時斷流、地下水位下降等對小流域生態(tài)保護和人畜飲水安全帶來極大負面影響；③大量泥沙在連年洪水沖刷下進入河流，從而使得河道淤積、河床太高，對沿岸農(nóng)田、道路及村莊安全造成嚴重的威脅[8]。

1.3 水土保持措施

項目區(qū)地形總體較為平坦，大部分為荒山，坡耕地、林地面積較少，荒山大部分為土石質(zhì)山，適宜進行水土保持整地、造林；工程區(qū)內(nèi)的坡耕地土層厚度在80-200范圍內(nèi)，適宜修建水平梯田；工程區(qū)集中連片有利于機械施工和生產(chǎn)作業(yè)，土壤含水性較好，穩(wěn)定的地下水資源也為梯田建設(shè)所達到的高產(chǎn)豐產(chǎn)提供可靠的保障。

因此，針對工程區(qū)土壤侵蝕特征、地貌形態(tài)特征及侵蝕類型，以興建水土保持林、恢復植被為重點，以開發(fā)利用和治理保護水土資源為基礎(chǔ)，綜合治理小流域的水土流失。對地表徑流區(qū)采取保土耕作措施以減少坡耕地土壤侵蝕危害；對荒山、林地以及疏林地等實施封育治理改善立地條件，可為生態(tài)恢復和提高林草覆蓋率創(chuàng)造有利的條件。工程建設(shè)規(guī)模為：經(jīng)濟林(水平槽)、封育治理、保土耕作為50.00、91.04、108.96hm2，圍欄2965m，作業(yè)路4.06km，綜合治理面積250.00hm2。

2 水土保持措施空間配置

2.1 土地適宜性分析

對土地各要素空間差異性及其稟賦條件的科學合理分析為土地適宜性評價的關(guān)鍵，結(jié)合分析結(jié)果優(yōu)選出適合各區(qū)域土地的水保措施配置模式。一般地，土地適宜性分析應遵循農(nóng)林牧地、可持續(xù)利用、因地制宜和對比分析等原則，將各土地單元運用分辨率為30m×30m的GIS軟件統(tǒng)計，量化坡向、坡度、地貌部位、侵蝕強度和利用方式等具體的指標，然后采用加權(quán)求和法輸出最終的得分率，并以此為依據(jù)評判土地的適宜性水平，土地適宜性各要素得分率，見表1。

表1 土地適宜性各要素得分率

2.2 水沙響應評價

水沙響應主要是對流域產(chǎn)沙、坡面侵蝕量、流域匯流及坡面徑流等要素利用GIS技術(shù)和小流域土壤侵蝕模型進行分析，仍選用分辨率為30m×30m的格柵完成量化分析。將不同土地利用方式下小流域的CN值運用SCS徑流曲線法求解，不同土地利用的CN值，見圖1。根據(jù)朝陽縣下洼小流域?qū)嶋H狀況和圖1中不同用地類型下的CN值，確定工程區(qū)為B組水文土壤。結(jié)合下洼地區(qū)的坡面徑流資料監(jiān)測不同整治措施下的治理效益，結(jié)果顯示不同措施的水保效益存在較大差異，水土保持效益值，見圖2。然后將各子流域的面積與累加的每個單元土壤侵蝕量作乘積運算，結(jié)合各單元出口出的徑流總量確定子流域土壤侵蝕模數(shù)和侵蝕量，小流域水沙響應值，見表2。從表2可知，原本沉積的泥沙在水流動力的作用下會被沖走，土壤的侵蝕能力隨著下游流量的增大而增加，由此進一步增強了水流的搬運與沖刷能力，使得小流域土壤侵蝕問題更加突出。

圖1 不同土地利用的CN值

圖2 水土保持效益值

表2 小流域水沙響應值

2.3 生態(tài)安全評價

為更加客觀的識別當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的脆弱性、穩(wěn)定性及可持續(xù)性有必要科學評價小流域的生態(tài)安全水平，參與水土流失風險源識別的因子有溝壑密度、人類活動強度、坡向、土壤類別、溝道比降、植被覆蓋率、坡度及年降雨量等，計算確定的各因子權(quán)重為0.04、0.03、0.03、0.03、0.12、0.20、0.22、0.33；小流域生態(tài)安全的重要性評價指標選取為生態(tài)服務(wù)價值、受影響人口、潛在經(jīng)濟損失，利用公式確定相應的權(quán)重為0.25、0.58、0.17。采用加權(quán)公式確定各個評價因子值，即：

(1)

采用乘法公式確定綜合評判值，其表達式為：

Y=p0.75×D0.25

(2)

式中：D、Y、p為小流域生態(tài)安全的重要性、綜合得分和風險源。生態(tài)安全重要性等級按照綜合計算得分和劃分的評定標準確定，小流域生態(tài)安全重要性等級，見表3。統(tǒng)計分析下洼地區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)，最終確定綜合得分、受體重要性和風險源得分為0.42、0.48、0.47，可見下洼小流域具有較高的水土流失風險，生態(tài)環(huán)境遭受破壞的概率大且危害程度高，其中農(nóng)民居民點為高等級生態(tài)安全風險集中區(qū)。

表3 小流域生態(tài)安全重要性等級

2.4 配置過程分析

小流域水土流失現(xiàn)狀、當?shù)氐牡匦螚l件在很大程度上決定了綜合治理措施的實施，水土保持措施按照上下游分層次有序的構(gòu)筑，主要涉及生態(tài)環(huán)境改善區(qū)、水土流失治理區(qū)以及其它地區(qū)，水土保持措施空間配置區(qū)劃，見表4。

表4 水土保持措施空間配置區(qū)劃

結(jié)合小流域治理目標和上文分析結(jié)果，從空間上合理布置下洼小流域的多種治理措施，具體包括：①為提升工程區(qū)林草植被覆蓋率和發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自修復能力，對坡度>25°的水土流失治理區(qū)實行封山育林措施，對人口聚居且坡度<25°的區(qū)域?qū)嵤┥锕こ讨卫泶胧?，因地制宜的選擇落葉松、刺槐以及果樹等合適的樹種；②對生態(tài)環(huán)境改善區(qū)堅持以防為主、防治結(jié)合的原則實行一定的工程措施，如修建生產(chǎn)道路、疏溪固堤、谷坊、堰壩、排水溝、蓄水池、山塘、梯田等綜合設(shè)施；③強調(diào)水文耦合的反復運算以滿足措施空間配置的要求，注重不同治理措施之間的銜接性與相互作用關(guān)系。

從減水、減沙的角度分析工程和生物治理措施的水土保持效益，小流域不同斷面的減水減沙效益，見圖3。從圖3可知，下洼小流域綜合治理工程發(fā)揮著顯著的減水減沙作用，減水、減沙率達到49.1%和22.8%，由此表明布設(shè)的各項治理措施逐漸發(fā)揮相應的成效，對恢復生態(tài)環(huán)境和控制水土流失具有積極作用。各項工程措施發(fā)揮效益后可以顯著降低土壤流失量，可促進生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，有效遏制水土流失的發(fā)展趨勢，這在很大程度上推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，同時能夠?qū)⑼恋乩寐侍嵘?0%以上。項目的實施從根本上解決了河道淤積的問題，提升了土壤肥沃力和當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，逐漸形成了休閑娛樂、適宜居住的好地方[9]。

圖3 小流域不同斷面的減水減沙效益

3 結(jié) 論

文章以朝陽縣下洼小流域為例，設(shè)定水保措施的決策依據(jù)、約束條件為減流減沙效益和土地適宜性分析，從數(shù)量、時間和空間上形成不同水保措施的空間配置體系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生態(tài)治理措施的實施顯著改善的當?shù)刈匀画h(huán)境，對改善土壤理化性質(zhì)、增強土壤肥力和解決河道淤積等問題發(fā)揮著巨大作用，可為其他小流域水土保持規(guī)劃和水生態(tài)文明建設(shè)提供決策依據(jù)。