朝陽地區(qū)蓄水保沙能力定量評估及污染物攔截分析

高永軍

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

水土流失嚴(yán)重影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的提高[1]。我國自20世紀(jì)90年代起加大對水土流失治理的力度，許多水土流失較為嚴(yán)重的區(qū)域得到有效治理，區(qū)域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)也逐步顯現(xiàn)[2]。當(dāng)前，國內(nèi)主要采用的水土保持措施包括梯田、壩地、退耕還林還草，不同水土保持措施的蓄水保沙以及污染物攔截能力有所不同，因此對生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響程度也有所差異[3]。當(dāng)前，國內(nèi)對于不同水土保持措施的生態(tài)效應(yīng)定量評估取得一定研究成果[4-5]，這其中一種定量評估方法得到較為成熟的應(yīng)用[6-8]，但在朝陽地區(qū)還未得到具體應(yīng)用。朝陽屬于遼寧省水土流失較為嚴(yán)重的區(qū)域，自20世紀(jì)90年代起，朝陽地區(qū)加大對水土流失治理力度，區(qū)域水土流失也得到較為明顯的改善。為科學(xué)規(guī)劃區(qū)域水土保持措施，改善水土流失嚴(yán)重區(qū)域水土保持措施的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，本文對朝陽地區(qū)主要水土保持措施，采用生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評估方法進(jìn)行綜合評估。研究成果對于朝陽地區(qū)水土保持措施的科學(xué)規(guī)劃具有重要參考意義。

1 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)定量評估

1.1 蓄水保沙能力定量評估

采用場次暴雨觀測方式對采取不同水土保持措施的蓄水保沙能力進(jìn)行定量評估，單個地塊蓄水保沙能力評估方程為：

(1)

式中，ra—采取不同水土保持措施的攔水能力，mm(或攔沙能力，t/km2);WR—采取不同水土保持措施的攔水量，m3(或攔沙量，t);a—水土流失治理面積，km2。

蓄水保沙效率r0計(jì)算方程為：

(2)

式中，WT—時(shí)段T內(nèi)產(chǎn)水總量，m3(或產(chǎn)沙總量，t)；其余變量含義同前所述。

采取不同水土保持措施的蓄水保沙比例rwi計(jì)算方程為：

(3)

式中，∑WRi—采取不同水土保持措施的攔水總量，m3(或攔沙總量，t)。

區(qū)域最優(yōu)水土保持措施主要通過對比rwi來確定，典型年份水沙模數(shù)計(jì)算方程分別為：

Ww=Mw·A

(4)

Ws=Ms·A

(5)

Wq=Mq·A

(6)

Wo=Mo·A

(7)

式中，Ww—采取不同水土保持措施的攔水量，m3;Ws—采取不同水土保持措施的攔沙量，t;Mw—采取不同水土保持措施的攔水模數(shù)，m3/km2;MS—采取不同水土保持措施的攔沙模數(shù)，t/km2；Wq—采取不同水土保持措施流失的徑流量，m3;Mq—采取不同水土保持措施的徑流模數(shù)實(shí)測值，m3/km2；Wo—采取不同水土保持措施的水土流失量，t;Mo—采取不同水土保持措施的輸沙模數(shù)實(shí)測值，t/km2。

1.2 攔污量評估指標(biāo)

采取不同水土保持措施的污染物攔截量評估方程為：

Wq=WT×C2/100×η2

(8)

式中，Wq—采取不同水土保持措施攔截的污染物總量，t;WT—采取不同水土保持措施的水土流失總量，t;C2—未采取水土保持措施的區(qū)域污染物均值，t;η2—土壤污染富集度。

污染物攔截效率σ的評估方程為：

σ=(Wq-Wp)/Wq

(9)

式中，Wq—污染物總量，t;Wp—污染物流失總量，t;污染物的攔截比例、攔截能力同水沙評估方程一致。

2 評估結(jié)果

2.1 典型年份采取不同水土保持措施的蓄水保沙分析

以朝陽地區(qū)為典型區(qū)域，結(jié)合區(qū)域4種水土保持措施，對各年份采取不同水土保持措施的水沙攔截能力進(jìn)行評估，見表1—2。

表1 各年份采取不同水土保持措施的徑流攔截分析

表2 各年份采取不同水土保持措施的沙量攔截分析

由各年份采取不同水土保持措施的攔水?dāng)r沙能力可看出，壩地相比于其他3種水土保持措施而言蓄水保沙能力最強(qiáng)，其次為梯田，草地的蓄水保沙能力最弱。采用壩地水土保持措施的水沙攔截比例均在80%以上，為朝陽地區(qū)效果較優(yōu)的水土保持措施，壩地有效減小匯流坡面的長度，具有較好的蓄水保沙功效。林地和草地蓄水保沙功能相較于壩地有所減弱。

2.2 典型年份采取不同水土保持措施污染物攔截分析

采用試驗(yàn)觀測方式對各年份采取不同水土保持措施的污染物攔截能力進(jìn)行分析，見表3。

表3 各年份采取不同水土保持措施污染物攔截分析

由采取不同水土保持措施的攔污能力分析可看出，研究區(qū)域自2000年以來，加大了區(qū)域水土保持措施治理的力度，各年份攔截的污染物量也呈現(xiàn)明顯遞增變化。對于區(qū)域而言，由于蓄水保沙能力的增強(qiáng)，采取不同水土保持措施的污染物攔截量也明顯增加。壩地蓄水保沙能力最強(qiáng)，其攔污效率也最高；其次為梯田；草地蓄水保沙功能較弱，其污染物攔截效率也最低。由于坡長的改變，壩體水土流失量明顯減少。

2.3 基于場次暴雨特征的各水土保持措施生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析

基于典型暴雨特征對區(qū)域的各水土保持措施生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行定量評估，分析結(jié)果見表4—5。

表4 基于典型暴雨特征的蓄水保沙效應(yīng)分析

表5 基于典型暴雨特征的污染物攔截效應(yīng)分析

由典型暴雨的生態(tài)效應(yīng)評估結(jié)果可看出，水土保持措施的生態(tài)效應(yīng)較高，其中減水減沙效應(yīng)均可達(dá)到40%以上，采取不同水土保持措施具有較為明顯的蓄水保沙作用。由不同暴雨場次攔截的污染物量也可看出，污染物攔截效率均在60%以上，具有較明顯的生態(tài)效應(yīng)。

3 評估結(jié)論

(1)壩地的蓄水保沙能力較強(qiáng)，但是減少了河道內(nèi)的水量，對于整個區(qū)域生態(tài)環(huán)境而言，建議可采取以壩地為主的水土流失治理方式，輔助以林地和草地的水土流失治理模式，既降低區(qū)域水土流失量，又不較大程度影響區(qū)域水量，充分發(fā)揮水土保持措施的生態(tài)效應(yīng)。

(2)本文對不同水土保持措施的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行定量評估，但未對不同水土保持措施的坡度影響進(jìn)行探討，而坡度對于區(qū)域采取水土保持措施的生態(tài)效應(yīng)影響也較為敏感，在后續(xù)研究中還應(yīng)對水土保持措施和坡度進(jìn)行區(qū)域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)綜合評估。