廣西水土流失生態(tài)氣象災害與減緩策略

黃雪松，朱秋宇，謝 敏*，何莉陽，王 帥，徐圣璇

（1.廣西壯族自治區(qū)氣候中心，南寧 530022；2.廣西壯族自治區(qū)氣象服務中心，南寧 530022）

引言

水土流失（即土壤侵蝕）是指在水力、風力、重力等外營力以及人類活動作用下，水土資源和土地生產力遭受破壞和損失，包括土地表層的侵蝕和水的損失［1］。水土流失是全國范圍內普遍存在的一種生態(tài)氣象災害［2］。作為重要的生態(tài)因素之一，氣象因子在生態(tài)環(huán)境問題的產生和發(fā)展過程中起著重要的作用［1］。研究表明，強降雨是導致水土流失的重要自然因素［2］。降雨強度、降雨類型、降雨持續(xù)時間等都與土壤侵蝕量以及侵蝕過程有著密切關系，前期較為充足的雨水已使土壤水分增大，如再遇暴雨以上等級的強降雨則易于形成地表徑流，從而造成一定程度的土壤侵蝕［2］；國內外大量試驗研究表明，可引發(fā)土壤侵蝕的臨界雨強為10～25mm／h［2］。水土流失破壞土地資源，惡化生態(tài)環(huán)境，威脅生態(tài)安全，制約經濟和社會可持續(xù)發(fā)展。廣西地處亞熱帶季風氣候區(qū)，受地理環(huán)境和大氣環(huán)流的影響，降水量豐富但時空發(fā)布不均，是全國暴雨洪澇災害多發(fā)省區(qū)。因此，在分析廣西水土流失生態(tài)氣象災害的成因、特征和危害的基礎上，開展減緩水土流失生態(tài)氣象災害策略研究，對政府部門有效管理與防御措施的制定、生態(tài)文明建設的構建和社會可持續(xù)發(fā)展都具有深遠的意義。

1 廣西水土流失成因

廣西水土流失的類型主要是水力侵蝕［3］。強降水是水力侵蝕的基礎［2］，在廣西分布的土壤侵蝕類型及形式中，以降雨影響最為明顯［4］。

1.1 自然因素

1.1.1 強降雨

廣西境內80%的面積為山丘或巖溶地區(qū)，受西南低渦、低空急流、高空槽天氣系統和熱帶氣旋交替影響，強降雨天氣過程頻繁［5］。廣西暴雨（24h 雨量≥50mm）集中出現在汛期（4—9 月），其中桂東大部地區(qū)暴雨多出現在5—6 月，桂西北大部出現在6 月，桂西南大部及沿海多出現在7 月或8 月；汛期暴雨總站次約占全年總數的90%［6］。1961—2020 年，廣西年平均出現暴雨219～804 站日，隨著全球氣候變化，近年來廣西發(fā)生的大范圍暴雨過程和暴雨站日均呈增多趨勢［7］（圖1），其中暴雨每10a 增多23 站日。年初至春季出現還會有冬春暴雨［8］。暴雨以上等級的強降雨能很快形成地表徑流，加之暴雨雨滴具有較大動能，因而侵蝕作用就大；暴雨強度大加之山多、坡多的地形地貌又為降雨徑流的產生提供了有利條件和較大勢能，使得徑流沖刷力強，加上土壤抗蝕性差，極易發(fā)生水土流失［2］。

圖1 1961—2020 年廣西年暴雨站日變化趨勢

1.1.2 地貌和土壤植被

廣西地貌以山地和丘陵為主，石山多、坡多而陡，地形破碎；桂西部分地區(qū)及桂東北局部巖溶地貌發(fā)育，巖溶總面積占廣西總面積的35.2%［9］。在強降雨或風力長期侵蝕下，土層薄弱。大石山區(qū)和巖溶地區(qū)森林植被覆蓋率低，地貌蓄水能力差，地表徑流調節(jié)和緩沖能力都弱，為強降雨徑流的產生提供了有利條件和較大勢能，使得徑流侵蝕力較高，水土流失更容易發(fā)生［3］。

1.2 人為因素

20 世紀50—60 年代，由于廣西人口不斷增長，亂砍濫伐林木、開礦和無序采礦也導致林木受損，使得土壤裸露，極易造成水土流失［10］。隨著經濟發(fā)展的需要，興修水利工程、發(fā)展交通（如修建公路、鐵路、內河航道）、興建水庫、發(fā)展房地產建設項目、實施天然氣管道工程等可導致占壓、擾動和破壞地表植被，施工期間可能造成的水土流失［10-13］。

2 水土流失特征及其危害

2.1 水土流失特征

從區(qū)域分布看，廣西的水土流失主要集中在百色、河池、桂林、南寧、崇左等市［3］（圖2）。

圖2 2020 年廣西各市水土流失面積占國土面積比例（單位：%）

新中國成立初期，廣西水土流失面積為1×106hm2，隨著工農業(yè)生產建設的發(fā)展和人口的不斷增長，水土流失也不斷擴展，到90 年代末開始，水土流失面積平均保持在3.0×106hm2以上，其中2011年和2017 年為4.99×106hm2以上［4］；2018—2020 年，水土流失面積減少到3.93×106hm2以下（表1）。

表1 廣西近70 年來水土流失面積年代分布［14-15］

2.2 水土流失造成的危害

（1）土地退化，制約山丘農業(yè)發(fā)展

強降雨導致的水土流失可造成土層變薄、肥力下降，甚至使土壤變成“光板地”或裸巖，從而失去農業(yè)利用價值。據估算，廣西因水土流失每年將損失1.1×1011kg 的土壤，其中大部分是肥力較好的表層土，土壤和肥力的損失帶來的棄耕、被迫改種及作物減產相當于每年減少耕地1.7×104hm2。由于水土流失，廣西每年約有0.67×104hm2耕地因泥沙埋沒而改種或棄耕［16］。1985 年5 月26—27 日，桂東北出現暴雨天氣過程，興安、灌陽、全州連降特大暴雨導致湘江上游及其主要支流的江河水位暴漲，發(fā)生了1908年以來當地最大的一次洪水，農田被毀而無法恢復的有0.33×104hm2［17］。

（2）加劇干旱災害

水土流失導致坡耕地跑水、跑土、跑肥，致使土壤日益瘠薄，而土壤侵蝕造成土壤透水性和持水力下降，加劇了干旱的危害。根據廣西壯族自治區(qū)民政廳的災情數據統計，20 世紀50 年代以來，廣西幾乎每年都出現不同程度的干旱，其中80 年代以來干旱偏多、旱情趨重，受災面積超過100×104hm2的嚴重干旱過程有90%發(fā)生在80 年代后期至2011 年；嚴重水土流失，使得降雨得不到就地攔蓄涵養(yǎng)，每到秋冬季節(jié)山溪干涸、水源枯竭，即發(fā)生人畜飲水困難。

（3）淤塞江河湖庫，加劇洪澇災害

水土流失不但加速了暴雨徑流的匯集過程，而且所造成的大量泥沙匯集在江河湖庫中，隨著時間的推移，泥沙淤積量越來越多，使得河床不斷提升，降低了行洪斷面，使水利設施難以發(fā)揮調洪作用，從而降低了水庫調蓄和河道蓄洪、調洪能力，致使相關地區(qū)在強降雨作用下發(fā)生大范圍洪澇，廣西每年均出現不同程度的暴雨洪澇，其中20 世紀90 年代以來，廣西平均每年大暴雨站次明顯多于60 年代至80 年代年平均值，隨著強降水頻次增多，洪澇發(fā)生也更頻繁，特別是進入20 世紀80 年代后期以來，嚴重洪澇發(fā)生的頻次明顯增加，近67a 來廣西最嚴重的10 次洪澇災害中有7 次發(fā)生在1990 年以后［17］。水土流失造成的大量泥沙淤積還縮短了通航里程，導致內河航運里程和泊船噸位急劇降低［18］。水土流失可能嚴重影響水利工程安全運行能力，降低工程的使用壽命［19］。

3 對策與建議

（1）加強部門聯動，提高預報預警水平

由氣象部門與農業(yè)、水利、住建、交通等部門的聯合監(jiān)測、預警，特別要做好農村、巖溶區(qū)域、重要江河流域、地質災害易發(fā)區(qū)及各類生產建設項目所在區(qū)域的強降雨和水土流失生態(tài)災害動態(tài)監(jiān)測工作。

加強廣西氣候變化導致的強降雨頻率和強度變化對生態(tài)系統和社會經濟等方面的影響及適應措施的研究；加快強降雨監(jiān)測與水土流失預警工程建設［20］。加強水土流失重點防護區(qū)內各地市造成水土流失的機理和強降雨閾值的精細化研究；不斷提高水文觀測技術、加強分布式水文模型與地理信息系統的耦合、加強與氣象模型的耦合等方面的研究，以進一步提高暴雨洪澇災害預報準確率［21］。著重對多源資料的應用、數值預報產品的釋用、集合預報技術的應用、人工智能的應用等客觀預報技術在廣西暴雨預報的應用方面進行歸納［21］，對廣西城鎮(zhèn)強降雨天氣預報質量開展分析評估［22］。

（2）加強暴雨評估業(yè)務服務，提高水土保持的氣象保障服務水平

研究結果表明，21 世紀末，極端降水的強度和頻率也將增強，暴雨洪澇風險可能隨時間呈增加趨勢［23］隨著全球氣候變暖速度加快，地表生態(tài)環(huán)境、水文動態(tài)循環(huán)過程等都受到影響，因此利用國內外先進氣候模式對未來強降雨特征進行預估顯得尤為必要［24］。

水土保持氣象專業(yè)保障服務需從專業(yè)氣象的觀測與分析技術、強降雨預報預測方法、強降雨預警產品發(fā)布及服務等多個方面著手，未來服務重點在于加快專業(yè)氣象服務的觀測站網建設、研發(fā)基于對水土流失造成影響的強降水專業(yè)氣象預報技術、建設智能化專業(yè)氣象服務平臺，不斷提升促進廣西水土保持的專業(yè)氣象監(jiān)測精密、預報精準、服務精細化的能力［25］。

（3）開展喀斯特地區(qū)水土流失趨勢預測

廣西水土流失重災區(qū)多屬于喀斯特地區(qū)，當地較為惡劣的生態(tài)環(huán)境制約著當地社會經濟的發(fā)展。可借助ARCGIS10.2、ENVI5.1 和IDRISI17.0 等軟件平臺，利用遙感調查、數據統計分析、轉移矩陣等方法對研究區(qū)水土流失變化進行研究，對水土流失變化原因作深入分析，基于CA－Markov 模型對區(qū)域的水土流失發(fā)展趨勢進行科學模擬預測［20］。

此外，還要強化水土保持監(jiān)管，健全建設項目監(jiān)管機制，以及加大水土保持宣傳力度，提高全社會水土保持意識。