关于水土流失和水土保持定量研究的探讨

刘 丽

（吐鲁番市水利水电勘测设计研究院，新疆 吐鲁番 838000）

随着城市化建设加快，土木工程兴建，但由于地理条件复杂，气象因素众多，局部区域存在水蚀、风蚀、冻蚀等环境侵蚀作用，导致水土流失现象严重，已经影响我国未来可持续性发展战略的实施和国民安居乐业。上世纪70年代开始，我国已经积极尝试建立水土流失和水土保持定量的评价系统，并基于评价系统，进一步研究和建立水土数据评价模型。针对我国黄土高原，包括甘肃、陕西、山西等多个省市进行具体化的土壤侵蚀和水土保持现状研究。现阶段，我国有关部门对土壤流失和水土保持定量的评价主要分地块、小流域、区域或国家三大单元，每个单元都具有两种模型，即：统计模型和物理模型[1]。

1 地块水土流失模型的研究和建立

地块也可以称为坡面土壤，是水土流失和保持水土定量研究的最常用子单元。地块土壤流失模型主要是指将一个小流域划分为许多地块单元，然后进行区域观测或者室内试验模拟，建立的统计性或物理性模型。在研究中，以地块模型为单元，计算某区域水土流失总量，并对区域土地的综合运用以及水土保护计划的实施，提供合理性论证或者模拟分析[2]。

1.1 地块确定与划分方式研究

在水土研究和水土模型开发中，常用电脑模拟的理想地块为研究单元，区域模型的标准地块单元需要根据实际标准进行划分。一般，地块划分方式有两种：简单地块划分、综合地块划分。其中，简单地块划分是在PC端对研究区域进行实际三维模拟，根据水土模型计算的需要，将研究区地貌单元、水表径流状况、或者区域土地特征作为参照物，进行地块划分，最简单的方式是将研究区直接划分为同等大小、形状的规则方格，直接作为计算分析的地块单元。这种划分方式只能应用于一些理想地貌区域的研究，即矩形、坡度、土壤和土地利用情况等相对平衡且相似度较高的地理空间单元；在综合地块划分中，地块空间单元的确立，是根据区域地形地貌、土地利用状况、土壤评价级别等更容易影响水土流失情况的环境因子划分，并以此为基础，采集环境和地质管理参数数据，从而计算水土流失量[3]。

1.2 地块统计模型的研究和建立

上个世纪80年代，我国开始水土流失和保持系统的研究数据模型建立，并参考和利用了USAWE数据库的基本模型形式，结合实际观测到的水土环境资料，计算各类水土流失因子值，以地块为环境单元，计算坡面和流域水土流失量，研究区域的土壤空间变换异化值。

现阶段，我国关于水土流失统计模型仍存在一些科学问题如：现有的水土流失和水土保持研究大多以地方性研究为主，缺乏统筹度和全局效应，不能应用于较大区域；地表植被和作物与水表因子之间并没有建立良好观测资料和具有说服力的联系证明，直接影响到统计模型的使用性能；大多数统计模型并不成熟，不能直接应用于研究区域内的流域土地水土保持定量规划工作计划；对国外模型的引入和应用，存在一些不合理的情况，例如模型应用于比例尺超过1∶250000的区域，具有不客观性。

1.3 地块物理模型的研究和建立

地块物理模型主要是以地块坡面径流量、径流侵蚀能力、水利溅蚀、沟蚀分散量为核心因素建立。在对黄土高原水土流失情况进行研究中，通过沟坡模型研究可知，沟坡侵蚀产沙量与上部径流和沙量有关；沟道模型则主要是用泥沙输入量比值来研究沟道淤泥变化规律。严格来说，沟道模型属于半物理性质。

2 小流域模型建立

小流域治理是我国水土流失研究和水土定量保持的基本方式之一。从宏观角度来看，每一个小流域在地质状态、侵蚀因子、产沙输沙等过程都具有一定类比性。

2.1 小流域土壤流失研究

小流域的土壤过程可以近似的看成水文因子、气象因子、土壤面因子的相关函数。水文因子和气象因子可以归为同类，包括：降雨量、地表径流量、土方值等。土壤面因子包括小流域内的流域物理特征，如：物理几何特征、地形地貌特征、土壤地质特征、植被土壤利用特征等。小流域可以看作是若干个地块的集合，故在小流域的指标中，所有上述指标只能是该项统计特征的均值和比例值，比如平均地表径流量、平均沟谷密度、平均农地比例等。

2.2 小流域模型评价因子确立

小流域模型评价因子，是根据以区域降雨和区域径流为核心的动力侵蚀因子以及以区域地形、岩面、区域植被、土地利用为核心的土壤因子为核心，运用统计学和计算分析方式，计算出各种评价因子和区域侵蚀量关系，再根据因子贡献量确定评价因子。常用的评价因子详见表1。

表1 小流域模型评价因子统计表

2.3 小流域评价模型实例

目前比较常用的小流域评价模型公式主要有以下两种:

式中，MS为小流域土壤产沙模数，m3/km2·a；Mw为小区域径流模数值；Rh为区域狭窄度；Re为区域宽度；Dh为综合治理程度；Rs为小流域区域岩土抗腐蚀性。

式中，a、b、c均为小流域评价因子比重值。

2.4 区域评价模型的建立

对于一个较大区域，为了对其水土保持定量研究和江河治理，必须进行区域土壤侵蚀和水土保持的综合性、宏观性判断，提出区域评价模型概念。区域评价模型的实现必须立足于我国卫星传输装置提供空间概念整体性资料，必须伴随航天技术，同步发展。

3 水土流失和水土保持定量研究发展方向

水土流失和水土保持一直受到国家、地方和农民的普遍关注，基于研究水土流失和水土定量研究数据，为国家决策提供规划和支持。

3.1 建立自主水土资源资料库

水土资源数据库可以用于记录和统计所有地区水土流失情况的调查数据，以空间数据库为基础，利用现代三维影像技术，建立影音资料，为后续多种区域模型的开发提供数据存储资料。

3.2 提高对土壤流失过程及影响因子的认知

通过对现有的水土流失数据库资料进行分析，以及对现有的区域模型敏感性进行实时分析，提高对水土流失过程的认识，必要时可进行区域人工降雨实验，辅助问题研究。

3.3 提高水土空间特征认识

在区域模型建立和对水土流失及水土保持定量研究中，可以着重利用特殊区域环境，如我国黄土高原、青藏高原、内蒙古沙漠地区等，进行国家水土流失情况的空间归纳整理，以便未来通过各种空间尺度模型，建立比例尺转化和模型更改。

4 结束语

在借鉴国外水土流失和水土保持定量研究评价模型和相关环境理论前提下，结合实际情况，通过地块、小流域、区域或国家三大单元深入分析我国现阶段水土流失和沙土侵蚀基本成因和环境特征。通过资料对比，建立土壤侵蚀评价因子综合考核系统，多层次建立空间区域模型，为我国防止水土流失，保持水土定量，提供科学依据。