馬河小流域水土流失成因及綜合治理效益探析

宋世杰，邱丹丹，張清怡，牧明印

(武漢工程大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖北 武漢 430073)

1 引言

土地退化的原因有多種，但最根本的是水土流失，也是導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化的重要因素之一[1]。我國是世界上水土流失最嚴(yán)重的國家之一，根據(jù)第一次全國水利普查成果顯示，中國現(xiàn)有水土流失面積294.9萬km2[2]。黨的“十八大”把生態(tài)文明建設(shè)納入中國特色社會主義事業(yè)總布局，黨的“十九大”指出：“建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計”[3]。

因此，響應(yīng)國家政策積極參與水土保持工作和水生態(tài)文明建設(shè)是實現(xiàn)美麗中國的重要基礎(chǔ)工作。本文以馬河小流域綜合治理為研究對象進(jìn)行探討。馬河貫穿松柏鄉(xiāng)，是項目區(qū)重要的生態(tài)功能區(qū)，進(jìn)行生態(tài)清潔小流域建設(shè)可以在滿足水土資源和生態(tài)環(huán)境承受能力的前提下，改善河流水質(zhì)并實現(xiàn)區(qū)內(nèi)群眾的資源開發(fā)、生產(chǎn)、生活需要。因此，抓好小流域綜合治理是必須長期堅持的主要任務(wù)，對推進(jìn)社會主義新農(nóng)村建設(shè)，改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，加快推進(jìn)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)具有重要意義，真正把“綠水青山”打造成帶動群眾脫貧致富的“金山銀山”[4]。

2 馬河小流域概況

2.1 自然概況

馬河小流域位于湖南省永州市江永縣東南部松柏瑤族鄉(xiāng)范圍內(nèi)，永明河一級支流馬河流域的中上游，流域面積為59.82 km2，流域范圍地理坐標(biāo)為：東經(jīng)l11°22′46″～111°27′16″，北緯25°06′46″～25°12′18″，流域中各程度水土流失面積總和占總面積的31.15%為18.63 km2，年土壤侵蝕量達(dá)到3.22萬t，土壤侵蝕模數(shù)1727 t(km2·a)，治理面積為16.53 km2其中生態(tài)自然修復(fù)區(qū)面積1291 hm2，綜合治理區(qū)面積361.92 hm2。項目區(qū)內(nèi)水系發(fā)育，溪河密布，河網(wǎng)密度0.85 km/km2，年平均徑流量0.73 m3/s。項目區(qū)土壤類型豐富包括紅、黃壤土以及水稻土，由于土層淺薄、土壤疏松并且有機(jī)質(zhì)含量較低，以至土壤抗蝕力弱。小流域氣候類型為中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年降雨量較大，植被覆蓋率為63.35%，植被類型以常綠闊葉混交林、常綠落葉闊葉混交林、常綠針葉林和灌木草叢為主。

2.2 項目區(qū)水土流失特征分析

在水土流失現(xiàn)狀調(diào)查過程中，依據(jù)1∶10000地形圖，結(jié)合野外實地對比勾畫圖斑和典型流失區(qū)實地情況，并確認(rèn)當(dāng)?shù)厍治g類型以水力侵蝕為主及輕微的重力侵蝕，勘測項目區(qū)內(nèi)的土壤剖面對水土流失的危害進(jìn)行典型調(diào)查。項目區(qū)水土流失特征如下：項目區(qū)主要侵蝕類型為水蝕，由于氣候類型和土壤質(zhì)地原因，主要侵蝕外營力是地表徑流和降雨[5]。

水土流失面積大、分布廣、強(qiáng)度大同時受人為活動的影響大，產(chǎn)砂量大小和流失物質(zhì)顆粒粗細(xì)直接影響山塘庫及河道的清潔能力，項目區(qū)產(chǎn)砂量大且流失物質(zhì)的顆粒粗，流失物質(zhì)沉積的體積大、速度快，造成山塘庫淤泥堆積嚴(yán)重，工程效益低，影響山塘庫周邊地區(qū)居民安全，加大了洪澇災(zāi)害的可能性，嚴(yán)重威脅到中下游人民的生命財產(chǎn)安全。

2.3 水土流失類型、面積、程度

小流域主要以水蝕為主的水土流失形式，其表現(xiàn)有面蝕、溝蝕兩種侵蝕形式。面蝕是位于斜坡地下分水線附近裸露松散的土質(zhì)在斜坡地上所發(fā)生的一種降雨、徑流侵蝕，主要有雨滴灑蝕,層流侵蝕，坡面小孔溝滲蝕三種不同的侵蝕形式共同組成。而溝蝕則指的是坡面徑流集中地沖蝕土壤和其他母質(zhì)，合力沖刷形成溝壑槽的一種侵蝕形態(tài),重力侵蝕相對較少[6]。

調(diào)查項目區(qū)水土流失總面積為18.63 km2是項目區(qū)總面積的31.15%。將流失程度分為三級：包括有面積15.26 km2的輕度流失，輕度流失面積最大占總流失面積81.89%；中度流失面積較小為3.28 km2，占總流失面積17.63%，強(qiáng)烈流失面積最小，但其治理難度最大有0.09 km2，占總流失面積0.48%，具體見表1。

表1 水土流失面積統(tǒng)計

3 項目區(qū)水土流失成因分析

對水土流失的成因進(jìn)行分析是開展水土保持工作的前提，是制定土壤流失方案的必要過程。針對不同區(qū)域不同的水土流失原因，因地制宜采取恰當(dāng)?shù)闹卫矸桨?，才能得到事半功倍的效果[7]。本文從人為因素和自然因素兩方面來分析流域內(nèi)水土流失的原因。

3.1 人為因素的影響

導(dǎo)致水土流失的關(guān)鍵性因素是人類不合理的社會經(jīng)濟(jì)活動，分析項目區(qū)不合理的人為社會經(jīng)濟(jì)活動主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(1)開發(fā)建設(shè)不規(guī)范。交通設(shè)施建設(shè)及開釆礦山等項目破壞地表植被，沒有采取水土保持有關(guān)措施，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重。

(2)植被破壞嚴(yán)重，流失加劇。不講立地條件釆取“一刀切”的全墾造林等，破壞大量森林植被致使土壤疏松，降雨后徑流外營力加大加劇了水土流失的發(fā)生發(fā)展。

(3)不合理的墾復(fù)耕作方式。幼林和經(jīng)濟(jì)林全墾培育由于普遍采取了全墾整地方式，且林種單一，以及對經(jīng)濟(jì)林實行全墾撫育，破壞林地灌草植被，加劇了水土流失。同時項目區(qū)存在坡耕地的耕作方式，無法保水保田造成水土流失，而耕作比例越大，造成水土流失越嚴(yán)重。

(4)項目區(qū)排灌體系不完善，徑流無序亂流，造成大量的地表沖刷，水土流失嚴(yán)重。

3.2 自然因素的影響

(1)氣候因素。氣候因素包括氣壓、氣溫、濕度降水、雷暴、輻射等，其中降水是造成以水蝕為主的水土流失類型發(fā)生的主要原因，當(dāng)降水量巨大時將引發(fā)更為強(qiáng)烈的水土流失現(xiàn)象[8]。馬河小流域每年有68%的暴雨集中在4～6月份，強(qiáng)度大，次數(shù)多。暴雨或大雨會引起山洪暴發(fā)，造成水土流失[9]。

(2)地貌因素。項目區(qū)地貌以崗丘為主，15°～25°低山丘陵地的地區(qū)極易產(chǎn)生水土流失，立地相同的情況下，坡度的陡峭程度直接影響雨水沖刷的強(qiáng)度，暴雨的沖擊下，雨水帶走土粒的同時帶走了大量砂石。

(3)土壤質(zhì)地因素。項目區(qū)多種土壤類型中山地黃壤土多為強(qiáng)烈面蝕，嚴(yán)重的地段，往往是面蝕與溝蝕重迭發(fā)生?；◢弾r、石灰?guī)r母巖礦物質(zhì)復(fù)雜，熱濕膨脹，冷干收縮，風(fēng)化快，加之植被稀少，土層薄而疏松，石粒含量大，保水力差，極易被雨水沖刷。

(4)植被因素。植被具有阻擋或阻緩地表水沖刷山上泥土下泄的功能，減少水土流失的危害。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)馬河小流域范圍水土流失狀態(tài)輕度的地區(qū)內(nèi)，都存在較高的植被覆蓋率的特點；其植被覆蓋率低的地區(qū)中，由于樹木和林草的分布不均勻，植物的郁閉度為低度，導(dǎo)致地表土壤疏松，致使草本植物無法快速成長，加劇了地表土壤流失。

4 水土流失危害及主要防治措施

4.1 水土流失危害

自然生態(tài)系統(tǒng)的相對平衡受水土流失的影響，制約了當(dāng)?shù)厣鐣a(chǎn)、生活經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。水土流失危害集中體現(xiàn)在土壤、河流、地質(zhì)、氣候和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，對土壤的危害表現(xiàn)為土壤中有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀養(yǎng)分大量流失，土地生產(chǎn)能力下降，土壤顆粒變粗，結(jié)構(gòu)松散，地力減退，產(chǎn)量低微。水土流失對河道的危害主要體現(xiàn)在泥土沙石的快速下泄，沉積在河道導(dǎo)致河床上升，河道水流不通，河堤的防洪閾值下降，直接威脅到沿岸人民的人身財產(chǎn)安全[10]。

水土流失同時可能導(dǎo)致山體的滑坡、泥石流等重大災(zāi)害發(fā)生，破壞公路影響交通網(wǎng)絡(luò)正常運行。嚴(yán)重的水土流失會使區(qū)域氣候環(huán)境改變，生態(tài)系統(tǒng)的平衡遭到破壞，導(dǎo)致頻繁發(fā)生自然災(zāi)害[11]。生態(tài)環(huán)境遭到破壞的同時，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展和生產(chǎn)產(chǎn)生不良的影響，持續(xù)降低農(nóng)業(yè)的產(chǎn)值，損害農(nóng)民的利益。

4.2 主要防治措施

根據(jù)馬河小流域項目區(qū)區(qū)域特點，共分為三個水土保持防治區(qū)，包括生態(tài)自然修復(fù)區(qū)、綜合治理區(qū)和溝(河)道及湖庫周邊整治區(qū)。

生態(tài)自然修復(fù)區(qū)治理面積12.91 km2，設(shè)置封禁治理1291.43 hm2。其中，封禁補(bǔ)植821.13 hm2、半封470.30 hm2。

綜合治理區(qū)設(shè)置水土保持林、經(jīng)果林、小型水利水保工程、面源污染治理工程和人居環(huán)境綜合整治工程。其中，水土保持林243.46 hm2、經(jīng)果林118.46 hm2；小型水利水保工程40處，含排灌溝渠11.11 km、渠道整修1.58 km、沉砂池20個、山塘整修2座、生產(chǎn)道路5.99 km；面源污染治理中，含回收地膜6385 kg、控制農(nóng)藥施用436 hm2、控制化肥施用436 hm2、人工濕地0.3 hm2、生態(tài)溝5.69 km；人居環(huán)境綜合整治工程中，含垃圾處理設(shè)施188個、廁所改造8個、人工濕地0.40 hm2，村莊綠化美化0.42 hm2休閑廣場900 m2、路面硬化0.36 km，其他工程34處(標(biāo)志牌34塊)。

溝(河)道及湖庫周邊區(qū)設(shè)置護(hù)岸工程1530 m、溝道垃圾處理622 m3、人工挖淤泥流沙1100 m3。

5 綜合治理效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)濟(jì)效益是指在實施水土保持措施的土地上生長的產(chǎn)品產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，主要包括：栽植經(jīng)濟(jì)林增加的經(jīng)濟(jì)收益；水土保持林、封禁治理每年林木蓄積量增加產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益等；渠道、溝道湖庫周邊整治后對周邊糧食與經(jīng)濟(jì)作物增產(chǎn)效益[12]。

經(jīng)計算，本項目區(qū)按照上述規(guī)劃實施后，在經(jīng)濟(jì)計算期內(nèi)經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為11.32%，經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值為742.72萬元，經(jīng)濟(jì)效益費用比為1.86，效益較為明顯。

5.2 生態(tài)效益

5.2.1 蓄水保土效益

通過水土保持綜合治理體系的建立，項目區(qū)的水土流失得到完全控制，基本形成坡面喬灌、草多層覆蓋，林草措施與工程措施相結(jié)合的立體防護(hù)體系，小流堿內(nèi)蓄水保土能力明顯增強(qiáng)。根據(jù)已治理的觀測數(shù)據(jù)，確定小流域內(nèi)各項水土保持措施蓄水保土效益指標(biāo)，具體見表2。

經(jīng)測算，馬河小流域各項生物措施和工程措施在全面治理后，可發(fā)揮實際效益每年保水4994萬m3，保土2.95萬t。

表2 蓄水保土效益指標(biāo)

5.2.2 面源污染防治效益

通過綜合治理，流域內(nèi)使用高效低毒農(nóng)藥、化肥的數(shù)量大大降低，可使生態(tài)農(nóng)業(yè)意識大大加強(qiáng)，土地污染面積大幅度降低。經(jīng)測算，新建工程年減少化肥施用量67532 kg，達(dá)到每年化肥使用量小于250 kg/hm2的目標(biāo)；年減少農(nóng)藥施用量1046 kg，農(nóng)藥種類主要以生物農(nóng)藥為主，用量符合GB4285的規(guī)定；年處理生活垃圾量898 t，年處理污水量22062 t。

5.2.3 改善人居和生態(tài)環(huán)境效益

流域內(nèi)垃圾、污水得到有效治理，房前屋后通過種植花草果樹，人居環(huán)境得到大大改善，打造出“美麗中國”概念的最小單元。

通過全面對水土保持綜合治理體系的完善，加快了流域內(nèi)水土流失面積縮減的速度，水土流失狀況得到有效控制，通過封禁治理植被得到快速恢復(fù)和成長，植被覆蓋度和郁閉度得到顯著提升，地表土壤流失程度大為減輕，使生態(tài)環(huán)境得到修復(fù)。

項目區(qū)植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，使植物群落從單一種群向多種群、多層次植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行演替，為野生動物提供良好的棲息生育場所[13]。

5.3 社會效益

馬河生態(tài)清潔小流域建設(shè)，生物措施采取封山禁牧、封育保護(hù)等，工程措施采取清淤護(hù)岸、綠化、垃圾污水處理等，社會效益明顯。宣傳、示范作用效果良好，水土保持意識大幅度提高，水土保持生態(tài)清潔概念深入人心，有效提高了人們的綜合素質(zhì)。地表植被覆蓋率的提高，土壤侵蝕量大大減少，水土流失對土地的破壞最大限度的緩解。同時增強(qiáng)了防洪能力；降低了溝道、河流的洪水、泥沙危害；保護(hù)了土壤肥力；完善了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施。居民飲水和土地澆灌條件提升，促使田地抗旱能力得以加強(qiáng)，產(chǎn)值持續(xù)上漲。土地利用布局優(yōu)化和農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，提升土地生產(chǎn)轉(zhuǎn)化率，資源合理配置，環(huán)境質(zhì)量改善，農(nóng)村勞動力得以解放，農(nóng)村風(fēng)貌整潔美麗，營造濃厚文明氛圍。

通過綜合開發(fā)，多種經(jīng)營，使人口、資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展走上良性循環(huán)，為實現(xiàn)美麗馬河打下了良好基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

以馬河小流域為例，對流域的自然狀況、社會經(jīng)濟(jì)狀況以及水土流失類型、面積、程度進(jìn)行了調(diào)查研究，分析了其水土流失的成因包括人為因素和自然因素兩個主要部分。根據(jù)水土流失狀況和成因制定對應(yīng)的生物措施和工程措施，達(dá)到水土保持的效果。經(jīng)過對社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三方面效益分析以驗證治理效果，最終使項目區(qū)人文生態(tài)環(huán)境得到改善，人民生活水平有所提高。同時進(jìn)一步擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)林規(guī)模，推動綠色產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，提高了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平，增加了農(nóng)民收入，同時村容村貌也得到大幅度改善，呈現(xiàn)出生態(tài)環(huán)境良好、生態(tài)文化繁榮、生態(tài)產(chǎn)業(yè)興旺、村民生活富裕、人與自然和諧的美好景象[14]。