柠条在寒、旱、沙化地区高速公路边坡植被防护中的调水保土效益研究

2014-01-12王建辉

山西交通科技 2014年3期

王建辉

（山西省交通科学研究院，山西太原 030006）

0 引言

黄土高原属于干旱和半干旱气候区，是全国水土流失最为严重的地区之一，区域内土壤质地大部分为质地较轻、遇水立即分散、抗蚀力低的黄土母质。具有寒冷、干旱、沙化特点的地区主要包括山西省的西北和相邻的陕、蒙、宁、甘的广大地区，该地区高速公路边坡植被生长条件差[1]，普通植被不易成活，通过种植耐寒、耐旱的柠条，建立简易径流小区，进行科学观测试验，探讨柠条在该地区高速公路边坡植被防护中的调水保土效益对于寒、旱、沙化地区高速公路生态恢复和景观绿化具有重要意义。

调水保土效益是水土保持综合治理效益的基础，虽然《水土保持综合治理效益计算方法》（GB/T 15774—2008）中把调水保土效益分为多项计算内容和相对应的具体计算项目，但是对于特定地区和特定项目，应该选取哪些指标进行计算没有明确的规定，而且选取不同的指标进行计算得到的结果相差较大。本文在总结水土保持综合治理效益和水土保持基础效益研究成果的基础上，通过对指标体系、层次结构的调整和具体指标的补充与剔除，对大同至呼和浩特高速公路山西省右玉段种植柠条后边坡调水保土效益进行了定量评价研究，以期得到量化的评价结果。

1 综合评价方法概述

评价是决策的前提，目前国内外常用的综合评价方法有专家评价法、经济分析法、运筹学和其他数学方法[2]，其中水土保持综合治理效益评价一般采用多指标综合评价方法，具体为评分法、层次分析法、关联矩阵法、模糊综合评价法等[3]。本文选用层次分析法对大同至呼和浩特高速公路山西省右玉段种植柠条后边坡调水保土效益进行分析评价。

2 建立指标体系

指标体系和计算方法的确定对于综合评价十分重要[4]，评价指标体系构建应遵循系统性和层次性、科学性与实用性相统一的原则以及宏观与微观分析、定性与定量分析相结合的原则，同时把握主导要素原则，抓住可以真实反映效益特征的因素进行分析[5]。在紧扣上述原则的基础上，通过已有的研究成果和现行技术标准，根据大呼高速公路种植柠条边坡实际情况和区域气候特征，适当考虑指标量化难易程度，本文选用16项指标构成调水保土效益综合评价指标体系，见表1。

3 分项指标计算与量化

参照国标本文中有关指标的含义解释及计算方法如下[6]：

3.1 就地入渗措施的效益计算

计算项目包括两方面，一是减少地表径流量，以m3计，二是减少土壤侵蚀量，以t计。计算按两个步骤进行，第一步先求得减少径流与侵蚀的模数，第二步再计算减少径流与减少侵蚀的总量。

表1 柠条调水保土效益评价指标体系

3.2 就地拦蓄措施的效益计算

计算项目包括两方面，一是减少的径流量，以m3计，二是减少的泥沙量，以t计。对不同特点的措施应采取不同的计算方法，计算方法主要有典型推算法和具体量算法两种。

a)典型推算法对于数量较多，而每个容量较小的水窖、涝池、谷坊、塘坝、小型淤地坝等措施，可采用此法。通过典型调查，求得有代表性的单个拦蓄量，再乘上水保措施的数量，即得总量。

b)具体量算法对数量较少，而每个容量较大的大型淤地坝、治沟骨干工程和小型以上小水库等措施，应采用此法。其拦蓄量，应到现场逐座具体量算求得。

3.3 减轻沟蚀的效益计算

减轻沟蚀效益包括4个方面，可按式（1）计算：

式中：∑ΔG为减轻沟蚀效益，单位为m3；ΔG1为沟头防护工程制止沟头前进的保土量，单位为m3；ΔG2为谷坊淤地坝等制止沟底下切的保土量，单位为m3；ΔG3为稳定沟坡制止沟岸扩张的保土量，单位为m3；ΔG4为塬面、坡面水不下沟（或少下沟）而减轻沟蚀的保土量，单位为m3。

3.4 坡面排水

治理前后被面排水能力的变化可按式（2）计算：

式中：ΔQ为治理前后坡面排水能力的变化值，单位为m3/s；Qa为治理后坡面排水能力，单位为m3/s；Qb为治理前坡面排水能力，单位为m3/s。

3.5 调节小流域径流

式中：ΔRi为治理前后年径流量、旱季径流量和雨季径流量变化值，单位为mm；Ria为治理后年径流量、旱季径流量和雨季径流量，单位为mm；Rib为治理前年径流量、旱季径流量和雨季径流量，单位为mm。

4 综合评价

4.1 指标权重的确定

在评价过程中，各指标要素权重的确定是事关评价成败的关键，目前常用的方法主要有专家评分法、层次分析法、主层次分析法、模糊综合评判法等。本文运用层次分析法确定权重[7]，各指标判断矩阵见表 2、表 3。

表2 调水保土效益的准则层与领域层因子重要性判断矩阵

表3 调水保土效益的各指标层因子重要性判断矩阵

4.2 指标计算及标准化处理

a）指标的量化定量指标根据基础统计数据查出或计算出指标值；定性指标量化方法是首先给定性指标以明确定义，再根据指标定义和实际情况将它们分层后按统一分制及正向约定打分，从而将其定量化。

b）指标的标准化各指标值经过量化以后都是正值，指标值越大，效益越高。指标的标准化本文采用两种方法。方法一为构造每一个指标的评价函数法[8]；方法二为利用指标质量离散刻度对各指标进行标准化[9]。指标质量离散刻度是结合国家、地方标准或者比较公认量化值限定指标标准化值，在刻度范围以内插的形式确定指标的标准化值。以往由于一些指标难以确定参照值，标准化比较困难，有的甚至舍弃了一些难以标准化的重要指标，这种方法避免了这种情况，而且易于实现指标的标准化，见表4。

表4 调水保土效益指标离散刻度

4.3 调水保土效益计算结果

选取一个种植柠条的边坡和一个无柠条且条件相似的高速公路边坡，建立简易径流小区，计算每个指标的标准化值，计算结果见表5。

5 评价结论及分析

5.1 调水效益分析

调水效益无柠条边坡评价得分值0.403 8，有柠条得分值0.624 7，指数增量为0.220 9，可见种植柠条坡面的水土保持调水效益明显。其中，有柠条边坡调节小流域径流得分值最高，评价得分值为0.678 8，说明坡面种植柠条后调节小流域径流效果最为明显，其次为拦蓄地表径流，改善坡面排水，增加土壤入渗。