阜蒙縣中南部地區(qū)水土保持措施水沙攔截效應(yīng)分析

馬 猛

(遼寧省本溪水文局， 遼寧 本溪 117000)

水土流失將直接加劇整個(gè)區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)環(huán)境的破壞,對于人民的生活和整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都會(huì)產(chǎn)生更大的影響,90年代初以來,雖然加強(qiáng)了水土流失治理，但許多地方水土流失嚴(yán)重[1]，區(qū)域生態(tài)環(huán)境遭到不同程度的破壞。雖然通過改變該地區(qū)的下墊面和人類社會(huì)活動(dòng)，并采取相應(yīng)的水土保持措施,以減少水土資源流失和點(diǎn)源污染物排放，但不同區(qū)域內(nèi)的水土保持政策措施對于區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)環(huán)境的影響也有所差異，因此我們有必要把有效水土保持政策措施緊密結(jié)合起來,以改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境。近年來,對采用不同的水土保持措施對流域地區(qū)的水土流失造成影響的定量性研究雖然取得了一定的進(jìn)展，但是關(guān)于不同水土保持措施對流域區(qū)域面源污染影響的定量研究較少[2-4],本文以阜蒙縣中南部地區(qū)水土保持地區(qū)為主要研究地, 在水土保持措施定量分析的基礎(chǔ)上，分析了不同區(qū)域水土保持措施對生態(tài)環(huán)境的影響。

1 生態(tài)環(huán)境效應(yīng)計(jì)算

1.1 水土流失效應(yīng)衡量指標(biāo)

通過對典型年份各種水土保持措施和典型暴雨天氣特征下攔水?dāng)r沙效率的數(shù)據(jù)分析[5],測算不同水土保持措施對攔水?dāng)r沙的影響，計(jì)算分析單位面積或地塊的水沙量，分析不同地區(qū)水土環(huán)境保護(hù)措施的攔洪能力。其公式為:

(1)

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

水土保持措施的攔截效率可以用方程式表示,即其中一定期間內(nèi)的水沙攔截物數(shù)與其他水土保持措施總數(shù)的比值,其計(jì)算公式為:

(2)

式中：ro為水土保持措施攔截水沙效率；WT為水土保持措施下的產(chǎn)水產(chǎn)沙總量。

不同排水方向的各種水土保持保護(hù)措施方式攔截?cái)?shù)總量的統(tǒng)計(jì)比率[6],以各方向的水土保持保護(hù)措施方式攔截量總數(shù)與各種保持措施方式攔截?cái)?shù)相間之比率來表示,其計(jì)算公式為:

(3)

式中：rwi為不同水土保持措施下的水沙攔截比例；∑WRi為各向水土保持措施對水、沙的攔截總量。

1.2 水環(huán)境效應(yīng)衡量指標(biāo)

采用攔截處理效率、攔截比例以及攔截處理能力等因素來綜合分析各種水土保持措施對于非點(diǎn)源性污染物攔截影響程度[7],各項(xiàng)在水土保持措施下攔截污染物的計(jì)算公式如下：

Wq=WT×C2/100×η2

(4)

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

污染物截留效率的計(jì)算是指各種污染物的截留量與總量的比值。其公式如下:

σ=(Wq-Wp)/Wq

(5)

式中：σ為該區(qū)域歷年對污染物進(jìn)行攔截的效率；Wq為區(qū)域內(nèi)污染物的總數(shù)；Wp為區(qū)域污染物流失量。

2 應(yīng)用

2.1 水土保持試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)位于阜蒙縣中南部地區(qū),細(xì)河上游?？偯娣e26.2 km2，總灌溉面積6 000畝。該區(qū)域降水時(shí)空不均,季風(fēng)寒熱盛行。多年平均年夏季累計(jì)降水量494.2 mm,多年平均徑流降水量103.7萬 m3,多月份集中于7-9月份,占該縣全年夏季累計(jì)平均降水量的68.3%,年均最低溫度水面蒸發(fā)年均降雨量1 150 mm(E601),年平均風(fēng)速3.1 m/s。

表1 不同水土保持措施下各年徑流截留能力分析

地貌形態(tài)分為三類：(1)支流上游記論證區(qū)北側(cè)低山丘陵強(qiáng)剝蝕區(qū)，海拔高程在200 m以上，以風(fēng)、水蝕為主，森林覆蓋率18.1%，水土流失嚴(yán)重；(2)沿河帶狀平原階地微蝕區(qū)，高程在181～185 m，相對坡度較小，屬風(fēng)、水微蝕區(qū)域；(3)河流水蝕區(qū)，伊嗎圖河干流與論證區(qū)擦邊而過，洪水期沖刷兩岸嚴(yán)重，并帶有大量泥沙落淤或沖向下游[7]，是良好的建筑砂料場，其支流屬小河道坡度陡，地表水來水快，沖刷和切割嚴(yán)重，屬于遼西典型的水蝕區(qū)。

表2 不同年份不同水土保持措施截沙能力分析

表3 不同水土保持措施下各年污染物截留效率分析

表4 各措施總氮截留量及效率分析

2.2 水土保持措施水沙攔截效應(yīng)

結(jié)合水沙效應(yīng)攔截計(jì)算分析方法,對各典型年份不同水土保持情況條件下的攔截效應(yīng)計(jì)算情況進(jìn)行了綜合分析,其中分析結(jié)果及表1和表2。

從表1和表2可以清楚地看到, 隨著沙土資源保護(hù)綜合治理政策措施深入推進(jìn)，落實(shí)力度不斷加大[8], 截水防沙效率逐年穩(wěn)步提高，在水土保持控制措施下，其年平均水沙攔截效率約分別為25.5%～85.8%,而各年沙量攔截效率均遠(yuǎn)高于年水量攔截效率。表1和表2中截留主體為壩地，截水?dāng)r沙率達(dá)80%以上，是最有效的截水?dāng)r沙控制措施。

2.3 水土保持措施污染物攔截效應(yīng)

對不同典型年份不同水土保持措施下污染物截留量及其效率比進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，見表3。 并對不同污染物的總體截留水平和不同措施下大壩截留率的變化進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)分析,見表4、表5和表6。

表5 各措施總磷截留及效率分析

表6 各種措施的有機(jī)物截留能力及效率分析

從表3中可以清楚地看到,隨著區(qū)域水土保持管理措施的日趨完善，區(qū)域污染物截留效率逐年遞增。主要原因是在實(shí)施水土保持管理措施的前提下，其保水保沙效率逐年提高，而該地區(qū)污染物主要依靠水沙輸送[9], 因此，其相應(yīng)的攔截效率明顯提高。表4-表6各種水土保持措施對污染物截留攔截比例的不同，是因?yàn)樵诮ㄔO(shè)大壩的過程中改變了坡度[10]，從而改變了水沙的流失量，從而導(dǎo)致污染物攔截比例不同。

3 結(jié)語

大壩不僅蓄水蓄沙效果和截污效率遠(yuǎn)高于其他水土保持措施，且截水效果也遠(yuǎn)強(qiáng)于其他水土保持措施。草地和森林的生態(tài)功能優(yōu)勢遠(yuǎn)高于草地和森林壩地，若將水土保持考慮在內(nèi)，則應(yīng)以壩地為主，輔以其他生態(tài)林，以更好地達(dá)到發(fā)揮區(qū)域生態(tài)功能的目的。同時(shí)應(yīng)該注意的是，區(qū)域坡度對河道流域地貌和水土保持的影響較大，因此具體實(shí)施時(shí)還是需要準(zhǔn)確地分析哪些區(qū)域在不同的坡度下應(yīng)該采取什么樣的水土保持措施,以便確定最有效的水土保持措施。