水土保持術(shù)語修訂中“水流失”概念的界定

張 鴻,馬 濤,張進朝,石東凱,張衛(wèi)東,宋承禮

(西平縣水利局,河南 西平 463900)

水土保持術(shù)語是水土保持的理論基礎(chǔ),對水土保持相關(guān)工作具有指導(dǎo)性。2006年頒布的《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)在滿足水土保持階段性工作方面起到了積極作用,但隨著社會的發(fā)展及人們對環(huán)境需求的不斷提高,對水土保持工作特別是“水的損失”概念也提出了新的觀點和要求[1］。

“水的損失”是水土流失造成危害的表現(xiàn)形式。該概念在指導(dǎo)水土保持生產(chǎn)實踐過程中發(fā)揮了積極的作用,但隨著經(jīng)濟社會和學(xué)科的不斷發(fā)展,特別是在國家生態(tài)文明建設(shè)及《中華人民共和國水土保持法》修訂頒布的背景下,該概念已不能完全適應(yīng)水土保持內(nèi)涵和外延的發(fā)展,需要進行科學(xué)研究界定[2］。

根據(jù)《國家標準管理辦法》,按照國家標準化管理委員會推出的標準化工作十項新舉措要求,有必要對《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)進行修訂,科學(xué)界定“水流失”的概念,為完善水土保持基礎(chǔ)理論,滿足新時代水土保持工作新要求打下堅實基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)狀分析

水土流失屬水土保持學(xué)科概念,國內(nèi)外對水土流失解釋均不一致,使水土保持工作實踐及水土保持學(xué)科發(fā)展出現(xiàn)一定困難和問題[3］。

英、美等大多數(shù)國家采用“土壤侵蝕”一詞,指在雨和風(fēng)等作用下造成的土壤分離、搬運和流失[4-9］。在我國,孫建軒[10］、吳以敩[11］認為水土流失就是土壤侵蝕;陳彰岑[12］認為水土流失是水土進入了河道支流;水土保持學(xué)界老前輩關(guān)君蔚教授在教材《水土保持原理》中定義“水土流失是在陸地表面由外營力引起的水土資源和生產(chǎn)力的損失和破壞;水土流失包括水的流失和土的流失兩個相互滲透和依存的側(cè)面,土壤侵蝕是水土流失的同義語”;王禮先[13］認為“水土流失(soil erosion and water loss)是在水力、風(fēng)力、重力等外營力作用下,水土資源和土地生產(chǎn)力遭受的破壞和損失,包括土地表層侵蝕及水的損失,又稱水土損失”;辛樹幟等[14］提出“水土流失是地表土壤及母質(zhì)受外力作用發(fā)生的各種破壞、移動和堆積過程,以及水的損失,包括水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕和凍融侵蝕等”;南京大學(xué)、北京大學(xué)等合編的《地貌學(xué)》中認為“所謂水土流失,就是地表土層受流水作用造成的水和土的損失,其中有流水直接沖刷造成的,也有間接造成的”[15］;陳道[16］、安樹青[17］認為水土流失是“在自然或人為因素影響下造成地表土壤中的水分和土壤同時流失的現(xiàn)象”;郭廷輔[18］、王漢存[19］認為水土流失除土壤、母質(zhì)的流失外,還包括水的流失;壽嘉華[20］認為“在山區(qū)、丘陵區(qū),由于雨水不能就地消納,順著溝坡下流,沖刷土壤,使水分和土壤同時流失的現(xiàn)象稱為水土流失”;項玉章等[21］解釋水土流失是“在水力、風(fēng)力、凍融、重力等外力作用下,水土資源和土地生產(chǎn)力的破壞和損失,包括土地表層侵蝕及水的損失”;解明曙等[22］認為水土流失的含義包括“水的損失(water loss)”和“土壤侵蝕(soil erosion)”。

2006年,國家標準《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)頒布,“水土流失”被定義為“水土流失soil erosion and water loss:在水力、風(fēng)力、重力及凍融等自然營力和人類活動作用下,水土資源和土地生產(chǎn)能力的破壞和損失,包括土地表層侵蝕和水的損失”。其中,作為其重要組成部分,“水的損失”被定義為“水的損失water loss:大于土壤入滲強度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現(xiàn)象”[23］。近年來,國內(nèi)專家學(xué)者及工程技術(shù)人員對“水的損失”概念進行了研究和思考,提出了一些看法和建議,但對現(xiàn)行國標《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)修訂的研究及“水流失”新概念的界定涉及很少?，F(xiàn)行國標中“水的損失”概念是在我國重視生態(tài)文明建設(shè)以前總結(jié)的階段性概念,適應(yīng)了當(dāng)時社會的發(fā)展,但隨著社會進步和人類對生存環(huán)境的新需求,逐漸顯現(xiàn)出明顯的不足。

1.1 “水的損失”概念定義規(guī)則約束缺失

“水的損失”作為被定義項,其概念認知度應(yīng)低于定義項“大于土壤入滲強度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現(xiàn)象”的認知度。但顯然,人們對“流失”一詞的認知與“水的損失”一樣不清晰,因此這是晦澀定義的表現(xiàn);同時,定義項中不能直接或間接地包含被定義項,而用“流失”解釋“水的損失”明顯是間接包含,出現(xiàn)循環(huán)定義的問題;再者,定義項與被定義項的外延必須是全同關(guān)系,該概念把自然入滲以外的自然徑流看作是水的損失現(xiàn)象,明顯是定義過窄[24］。

1.2 “水的損失”概念階段發(fā)展不完善

“水的損失”概念在應(yīng)用實踐中,其內(nèi)涵外延有一定的變化,學(xué)術(shù)界進行了初步探討。

李文銀等[25］在編著的《工礦區(qū)水土保持》中提出,“工礦區(qū)水損失是指工礦區(qū)生產(chǎn)建設(shè)活動所引起的區(qū)域水量的損失”。

楊子生等[26］在對“水的損失(或流失)”的研究中,主要是對“土壤水分流失”進行了實際研究。

何騰兵[27］提出,“水的損失主要是指降水落到地表之后,由于蒸發(fā)和蒸騰、地表徑流和土體內(nèi)滲透、向深層滲漏,從而造成不利于生產(chǎn)和生活的現(xiàn)象”。

楊子生[3］提出,“水土流失中的‘水的流失’,對水蝕區(qū)而言,主要包括引起侵蝕的那部分徑流的損失(沒有引起侵蝕的那部分徑流的損失不歸入‘水的流失’中)和土壤水分的流失;而對風(fēng)蝕區(qū)來說,則主要指土壤水分的流失。此外,還可包括因措施不力或無措施而使土壤水分過多蒸發(fā)所致的水分損失”。

朱太芳[28］提出,“開發(fā)建設(shè)項目造成的水流失是指項目水文地質(zhì)單元中的水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被建設(shè)項目人為干擾活動(疏排水)所破壞,造成儲存量減少,流出量增加,增加的流出量即為流失量,包括水的質(zhì)和量兩個方面”。

水土保持專家劉寶元[29］提出,“水的損失包括地表徑流、滲漏和蒸發(fā),一般單指地表徑流;水土流失監(jiān)測主要包括水的流失、土的流失和養(yǎng)分流失”。

趙永軍等[30］對“水流失量”有如下描述:“項目建成后地表(下)水輸出項目區(qū)的總量與原地貌條件下地表(下)水輸出量之差,以及因增加無效蒸發(fā)而損失的水量,統(tǒng)稱為水流失量?！?/p>

注冊土木工程師(水利水電工程)資格考試指定輔導(dǎo)教材《水利水電工程專業(yè)知識》[31］中定義:“水損失是指由于人類活動而導(dǎo)致局地正常水循環(huán)遭受破壞,使水分以徑流、蒸散、滲漏等形式而損失,從而導(dǎo)致干旱、洪水等災(zāi)害的一種水土流失形式?！?/p>

張鴻[32］在《開發(fā)建設(shè)項目水土流失中水損失的預(yù)測》一文中提出:“開發(fā)建設(shè)項目水損失就是項目水文地質(zhì)單元中的水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被建設(shè)項目人為干擾活動所破壞,造成徑流加大、蒸發(fā)量減小、入滲量減小,其增減的量即為損失量,包括水的質(zhì)和量兩個方面?！?/p>

1.3 “水的損失”概念不統(tǒng)一使法律規(guī)范執(zhí)行缺失

水土保持法律法規(guī)提出了水土保持方案編制、水土保持規(guī)劃等方面的要求[33］,《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL 575—2012)提出“對于年均降雨量300～600 mm的地區(qū),應(yīng)預(yù)測水損失”[34］。但我國水土保持工作實踐中對水的損失的預(yù)測、治理基本缺項,其主要原因就是對“水的損失”概念的不完善不統(tǒng)一造成的理論指導(dǎo)性缺失。

因此,水土保持術(shù)語中“水的損失”概念標準已經(jīng)不適應(yīng)社會的發(fā)展,迫切需要修訂。

2 “水的損失”概念確定思路與方法

2.1 “水的損失”概念確定思路

現(xiàn)行國標《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)對“水的損失”概念定義僅從雨水形成徑流角度,做了表面描述?！八膿p失”概念確定的新思路是增加入滲和蒸發(fā)及質(zhì)量三方面因素,即從水循環(huán)角度綜合考慮降雨、徑流、入滲、蒸發(fā)及水質(zhì)來確定水的損失概念。另外,從概念應(yīng)用方面加入邏輯規(guī)則的復(fù)合性判定。

2.2 “水的損失”概念確定方法

2.2.1 “水的損失”宜混淆詞語判別

孫龍等[35-37］在論文中提出的“水損失”是指電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濕式冷卻塔的蒸發(fā)損失及系統(tǒng)漏點漏水;馮書倉等[38-46］在論文中提出的“輸水損失”是指渠道、河道跑水、滲漏水現(xiàn)象;弭磊等[47］提出的“棄水損失”是指水電站運行中泄洪閘泄水;官海峰[48］提出的“水量損失”是指土質(zhì)渠道滲漏問題;劉洪先[49］提出的“水損失”是指灌溉工程中的大氣損失(包括:水面蒸發(fā);噴灌系統(tǒng)的飄逸和蒸發(fā)損失;裸地蒸發(fā);非目的植物的蒸騰和蒸發(fā),但這類作物屬于經(jīng)濟作物,如茅草、牧草、藥材等;非經(jīng)濟或糧食作物的蒸發(fā)和騰發(fā),如田間雜草)、地面損失(未用于田間灌溉的渠道水流、田間徑流、排水溝排出的水量)和滲入地下(渠道的滲漏損失、田間深層滲漏損失);李延昭等[50］提出的“水損失”是指供熱管網(wǎng)跑、冒、滴、漏,用戶違規(guī)排、用熱水;ЖИВАЙКИН[51］提出的“水損失”是指噴淋水從冷卻管旁邊流走的現(xiàn)象;于占鴻[52］提出的“水損失”是企業(yè)管理方面供水系統(tǒng)漏失、漏計損失和水表失準損失;查智力等[53］提出的“水力損失”是指井筒式泵水流漩渦引起的能量損失。

由上述詞語實際含義可知,其與水土保持術(shù)語中的“水的損失”在本質(zhì)上有天壤之別,這在認知上容易引起詞語混亂。因此,有必要探討用其他詞語替代的可行性。

2.2.2 “水的損失”相似概念邏輯判別

李文銀等[25］提出的“工礦區(qū)水損失”包括:一是地表徑流損失,即地表遭遇破壞后使巖土體下滲和容蓄水分能力降低時,地表徑流迅速匯集而流失;二是地表水淺層滲漏損失,即地表遭遇擾動后水分向淺層巖土中迅速滲漏,使表層0～50 cm的植物根系得不到充足水分供應(yīng),造成植被生長不良或死亡;三是地表水深層滲漏損失,即地表儲水結(jié)構(gòu)破壞,出現(xiàn)塌陷或裂縫時,地表水分向深層滲漏,造成地表嚴重干旱、植被干枯;四是礦山排水引起的地下水損失,即礦坑水或疏干水排放使區(qū)域地下水儲量大幅下降,造成水資源嚴重浪費和短缺;五是工程建設(shè)活動引起的地下水損失,即鉆井、穿山隧洞、地下水超采造成的地下水損失。由上述概念內(nèi)涵可以看出,用“流失”解釋“地表徑流損失”不符合邏輯規(guī)則要求,而“迅速滲漏”“深層滲漏”“礦坑水或疏干水排放”“鉆井、穿山隧洞、地下水超采”等形成的水損失應(yīng)該歸為無法彌補、恢復(fù)的水環(huán)境的破壞,不應(yīng)是“水的損失”概念的內(nèi)涵。

朱太芳[28］提出“水流失”一詞,定義了其內(nèi)涵是“人為干擾活動”“破壞”“水文地質(zhì)單元”“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”,并以“增加的流出量”擴大了“流失量”這一概念的內(nèi)涵,但他是以建設(shè)項目所占地域為研究對象提出的,是僅從“疏排水”這一現(xiàn)象做出的定義,對“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”中的水分入滲、水分蒸發(fā)研究缺失。

劉寶元[29］提出“水的損失”內(nèi)涵包括了“地表徑流、滲漏和蒸發(fā)”,沒有對水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系中的徑流、入滲、蒸發(fā)環(huán)節(jié)進一步增加概念內(nèi)涵,使“水的損失”概念外延擴大了。

趙永軍等[30］以整個項目區(qū)域為研究對象,提出“水流失量”概念,內(nèi)涵引入“原地貌條件下”約束條件,項目區(qū)建成后地表(下)水輸出項目區(qū)的總量與建成前輸出總量之差值即為“水流失量”,實際研究中只以“徑流”代表了地表(下)水輸出項目區(qū)的總量,對入滲、蒸發(fā)未做深入研究。

注冊土木工程師(水利水電工程)資格考試指定輔導(dǎo)教材《水利水電工程專業(yè)知識》[31］提出“水損失”概念,定義了其內(nèi)涵是“人類活動”“破壞”“局地”“正常水循環(huán)”,“水分”以“徑流、蒸散、滲漏等形式而損失”,也是沒有從“正常水循環(huán)”中徑流、入滲、蒸發(fā)環(huán)節(jié)進一步增加概念內(nèi)涵,擴大了“水損失”概念外延,有違概念限制的邏輯規(guī)則[54］。

張鴻[32］以“項目水文地質(zhì)單元”為研究對象,提出“水的損失”概念,定義了其內(nèi)涵是“人為干擾活動”“破壞”“水文地質(zhì)單元”“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”,以“徑流加大、蒸發(fā)量減小、入滲量減小”所增減的量定義為“損失量”,對其他“水的損失”概念擴大的外延進行了適當(dāng)減小,較符合概念限制的邏輯規(guī)則;張鴻等[55］在水損失監(jiān)測探討中對“水的損失”概念的應(yīng)用做了進一步補充闡述,使概念內(nèi)涵更清晰。

2.2.3 “水的損失”合理概念邏輯判別

2014年,張鴻[56］在《長江科學(xué)院院報》發(fā)表的《水土保持術(shù)語中水損失的新概念》一文中提出,“水損失應(yīng)該是指一定時段的局地水文地質(zhì)單元中水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被打破而使水分相對變化的現(xiàn)象,表現(xiàn)在徑流加大、蒸發(fā)減小、入滲減小,其增減的數(shù)值即為損失量,包括水的質(zhì)和量兩方面”。其中,包括以下概念內(nèi)涵內(nèi)容:“一定時段”是指研究對象“局地水文地質(zhì)單元”水損失的發(fā)生與結(jié)果需指定一個開始和結(jié)束時間節(jié)點;“水文地質(zhì)單元”是指一定的陸地下墊面條件下的一定面積;“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”是指大氣水、地表水、地下水三圈帶的水通過降水、蒸發(fā)、入滲、徑流等基本形式完成相互轉(zhuǎn)換,在一定時間內(nèi)保持相對均衡;“被打破”是指因自然或人為因素打破;“水分相對變化”說明“水損失”是相對的,就整個自然界而言并沒有水損失,人類對自然環(huán)境有需求時才有水損失的判定;“其增減的數(shù)值”是指相對加大的徑流量、減小的蒸發(fā)量、減小的入滲量均為正值數(shù),即水損失是正數(shù);“水損失”是下墊面變化造成影響的3種損失的疊加,而不是降雨量在下墊面變化時的徑流、蒸發(fā)、入滲3種形式的新分配。

由上述可以看出,增加了“水的損失”發(fā)生與結(jié)束時間為研究對象“局地水文地質(zhì)單元”中“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被打破”的概念內(nèi)涵;提出“其增減的數(shù)值即為損失量”,合理減少了“水的損失”概念外延,又符合確定“水的損失”概念的邏輯規(guī)則,進一步明確了“水的損失”概念。

3 “水流失”概念的界定

3.1 “水的損失”與“水流失”詞義辨析

目前,人們對“水的損失”詞語的定義涉及以水為載體的電廠冷卻塔、河道、渠道、灌溉工程系統(tǒng)、供熱管網(wǎng)、冷卻管、井筒水泵、供水管理等多方面內(nèi)容,有水本身的疏排、徑流等形式方面內(nèi)容,有降水、徑流、入滲、蒸發(fā)等循環(huán)形式方面的內(nèi)容等,運用較寬泛但各自內(nèi)涵不一樣,因此人們理解上易造成歧義和誤解,特別是在“水的損失”方面易造成交流困難[57］。

國內(nèi)外的文獻對“水土流失”有明確的定義,但是在“水流失”的概念上還存在一定的分歧和差異。王艷麗等[58］認為“水流失是指由于流域的人為活動或自然災(zāi)害的破壞,造成流域的地表植被稀疏或缺失、地表涵養(yǎng)水分的能力和土壤滲透能力下降,導(dǎo)致降雨后的匯流歷時縮短,大量的地表徑流快速匯流到溝谷、溪流和河川中,形成猛漲猛落的洪水,引起流域內(nèi)水的流失,同時伴有土壤侵蝕的發(fā)生”;馬樂寬等[59］認為“水流失”本質(zhì)上就是生態(tài)環(huán)境水向潛在資源水和災(zāi)害水轉(zhuǎn)化的過程。

其他涉及“水流失”的文獻均是從水土保持行業(yè)角度對“水土流失”延伸出來的,在概念應(yīng)用方面易于理解和辨別。

3.2 “水流失”概念術(shù)語界定

以上述明確的“水的損失”概念為基礎(chǔ),以“水流失”一詞替代詞語“水的損失”,按直接表述概念的規(guī)范要求來定義如下:“水流失water loss:一定時段的局地水文地質(zhì)單元中水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被打破而使水分相對變化的現(xiàn)象,表現(xiàn)在徑流加大、蒸發(fā)減小、入滲減小,其增減的數(shù)值即為損失量,包括水的質(zhì)和量兩方面。”

水流失估算公式[56］為

(1)

(2)

(3)

式中:WW、WF、WE分別為研究對象在評價期末的年徑流損失量、年入滲損失量、年蒸發(fā)損失量,單位m3/a;i為研究對象的預(yù)測單元,i=1,2,3,…,n;Fi為第i個預(yù)測單元的面積,單位km2;Pi為研究對象在評價期內(nèi)的年均降水量,單位mm;ai、fi、βi分別為第i個預(yù)測單元在評價期末的地表徑流系數(shù)、降水入滲補給系數(shù)、平均蒸發(fā)系數(shù);a0i、f0i、β0i分別為第i個預(yù)測單元在評價期開始時的地表徑流系數(shù)、降水入滲補給系數(shù)、平均蒸發(fā)系數(shù)。

4 “水損失”新概念理念被應(yīng)用實例

2013年12月12日,中央城鎮(zhèn)化工作會議召開,習(xí)近平總書記對城市建設(shè)作出明確指示,要求“加強海綿城市建設(shè)”,海綿城市建設(shè)上升到了國家戰(zhàn)略高度。2014年10月22日,為貫徹習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上的講話及會議精神,落實國務(wù)院關(guān)于城市建設(shè)的文件要求,住建部率先發(fā)布了《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)的通知》,從技術(shù)層面上做出了指導(dǎo)性工作[60］。2014年12月31日,財政部、住建部、水利部三部委聯(lián)合開展中央財政支持的海綿城市建設(shè)試點工作,“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”,使海綿城市建設(shè)進入實質(zhì)探索實踐階段。

研究分析《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》,其理念完全契合水的損失(水流失)的治理過程。水的損失(水流失)治理涵蓋了陸地上的人類治理水的損失(水流失)的整體工作,海綿城市建設(shè)只是其中的一部分[61］。因此,水的損失(水流失)的治理過程完全可以替代海綿城市建設(shè)實踐。

5 結(jié)論

1)在修訂水土保持術(shù)語“水的損失”概念時,用“水流失”替代“水的損失”是可行的。

2)“水流失”新概念內(nèi)涵外延符合邏輯規(guī)則,適應(yīng)新時代水土保持發(fā)展要求。

3)“水流失”新概念是最新提出的修訂國標中水土保持術(shù)語“水的損失”概念的初步實踐,初步認為更能體現(xiàn)“水土流失”概念含義的科學(xué)合理性及全面性,目前還需要得到學(xué)術(shù)界及水土保持部門的認可。

4)建議在“水流失”初步界定的基礎(chǔ)上,廣泛征求意見,群策群力,及時修改國標中水土保持術(shù)語“水的損失”的概念,促進《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)標準修訂工作。

5)建議進一步探討制訂“水流失”的治理標準,保障在新的時期水土保持工作永立社會發(fā)展前沿。