朝阳县下洼小流域水土保持措施空间配置研究

张晓光

(朝阳县水土保持局，辽宁 朝阳 122000)

0 引 言

调查显示，水土流失对全国约1/3的土地均造成了不同程度的危害，中国属于土壤侵蚀较严重的地区之一，给经济社会发展和当地农业生产建设带来极为不利的影响，特别是小流域的水土保持治理仍面临着严峻的形势。

随着人们生态环保意识的增强以及社会科技的不断进步，水土流失治理越来越引起相关部门的高度重视，水土保持工作的重要内容逐渐转向以小流域为单元的治理。长期以来，小流域的水土保持措施为国内外诸多学者的研究重点，形成了一定的自然环境保护方法和综合效益评价理论。从最初的单因素定性分析到现在的多目标、多要素定量评价，正稳步向前推进小流域的水土保持工作，同时该项工作中也逐渐引入一些新理论和新方法，为准确评价与分析治理工程各项效益提供有效手段[1-5]。

当前，水土保持工作集中于保护措施、治理模式和经济效益等内容，设计改善自然环境和减轻土壤侵蚀危害的研究较少，治理成果理论化程度低且未考虑不同地区水保措施的差异性[6]。因此，文章以朝阳县下洼小流域为例，考虑生态、社会与经济等多方面因素，从空间上优化配置该小流域的水土保持措施，可为区域水土保持规划以及协调各子系统之间的关系提供决策依据。

1 小流域概况

1.1 水土流失现状

下洼小流域位于朝阳县乌兰河硕乡境内，属大凌河水系，地处辽西低山丘陵区，地理位置为E119°53'53"-119°56'9"，N41°20'45"-41°22'6"。流域总面积430.23hm2，海拨高程105-370m，相对高差265m，气候类型为半湿润、半干旱大陆性季风气候，年均降水量为515mm，相对湿度52%，年均径流深112mm。受地理条件与季风气候影响降水量年季间变化大，年内分配不均匀，多集中在7、8、9三个月。在降水冲刷作用下流域内土壤侵蚀问题突出，主要以中度水蚀为主，水土流失面积340.76hm2，其中轻度、中度和强烈侵蚀面积为41.79hm2、285.71hm2、13.26hm2，土壤侵蚀模数为1989t/km2·a。为进一步促进农业发展和稳步提升农民收入，改善农业生产条件和居民生活环境，降低江河泥沙淤积和水土流失危害程度，朝阳县建设实施了一系列的综合治理项目，并取得了较好的治理成效，有必要选用合适的方法评价流域生态安全状况[7]。

1.2 水土流失成因及其带来的影响

根据土壤侵蚀现场调查结果和相关资料，自然因素和人为因素为造成小流域水土流失的两大原因。

1)自然因素：该流域地处半湿润区域，降雨强度大、降雨多、雨量集中且年内分配不均衡，大多数河流为山溪性河流，汛期河水顺山势而下对沿河的农田、林地造成了一定的危害，同时流域内土质疏松、土层较薄、山高坡陡，这些因素加剧了水土流失的形成。

2)人为因素：由于经济利益的趋使一些人违反自然规律，破坏生态平衡，在没有长远规划的情况下乱垦乱牧、滥砍滥伐，不合理的毁林开荒和陡坡耕种等要素为产生水土流失的重要原因，加之一些采石、取土等不合理的生产建设活动，使得地面植被发生严重的破坏，岩石裸露等也是引起土壤侵蚀的重要因素。其中，人为因素主要表现为植被破坏、过度放牧等长期掠夺式生产方式。

水土流失给当地带来的影响主要体现在以下方面：①从农业生产的角度，降低了地表土壤的肥力以及小流域抵御自然灾害的能力，增大农业投入成本，耕地被切割得支离破碎，粮食产量低而不稳；②从生态环境的角度，水土流失使得土壤肥力和蓄水保墒效果下降，人为活动对林草植被的打破了原有系统平衡，环境恶化、生态失衡、干旱与洪涝灾害频发等问题突出，涝时成灾、旱时断流、地下水位下降等对小流域生态保护和人畜饮水安全带来极大负面影响；③大量泥沙在连年洪水冲刷下进入河流，从而使得河道淤积、河床太高，对沿岸农田、道路及村庄安全造成严重的威胁[8]。

1.3 水土保持措施

项目区地形总体较为平坦，大部分为荒山，坡耕地、林地面积较少，荒山大部分为土石质山，适宜进行水土保持整地、造林；工程区内的坡耕地土层厚度在80-200范围内，适宜修建水平梯田；工程区集中连片有利于机械施工和生产作业，土壤含水性较好，稳定的地下水资源也为梯田建设所达到的高产丰产提供可靠的保障。

因此，针对工程区土壤侵蚀特征、地貌形态特征及侵蚀类型，以兴建水土保持林、恢复植被为重点，以开发利用和治理保护水土资源为基础，综合治理小流域的水土流失。对地表径流区采取保土耕作措施以减少坡耕地土壤侵蚀危害；对荒山、林地以及疏林地等实施封育治理改善立地条件，可为生态恢复和提高林草覆盖率创造有利的条件。工程建设规模为：经济林(水平槽)、封育治理、保土耕作为50.00、91.04、108.96hm2，围栏2965m，作业路4.06km，综合治理面积250.00hm2。

2 水土保持措施空间配置

2.1 土地适宜性分析

对土地各要素空间差异性及其禀赋条件的科学合理分析为土地适宜性评价的关键，结合分析结果优选出适合各区域土地的水保措施配置模式。一般地，土地适宜性分析应遵循农林牧地、可持续利用、因地制宜和对比分析等原则，将各土地单元运用分辨率为30m×30m的GIS软件统计，量化坡向、坡度、地貌部位、侵蚀强度和利用方式等具体的指标，然后采用加权求和法输出最终的得分率，并以此为依据评判土地的适宜性水平，土地适宜性各要素得分率，见表1。

表1 土地适宜性各要素得分率

2.2 水沙响应评价

水沙响应主要是对流域产沙、坡面侵蚀量、流域汇流及坡面径流等要素利用GIS技术和小流域土壤侵蚀模型进行分析，仍选用分辨率为30m×30m的格栅完成量化分析。将不同土地利用方式下小流域的CN值运用SCS径流曲线法求解，不同土地利用的CN值，见图1。根据朝阳县下洼小流域实际状况和图1中不同用地类型下的CN值，确定工程区为B组水文土壤。结合下洼地区的坡面径流资料监测不同整治措施下的治理效益，结果显示不同措施的水保效益存在较大差异，水土保持效益值，见图2。然后将各子流域的面积与累加的每个单元土壤侵蚀量作乘积运算，结合各单元出口出的径流总量确定子流域土壤侵蚀模数和侵蚀量，小流域水沙响应值，见表2。从表2可知，原本沉积的泥沙在水流动力的作用下会被冲走，土壤的侵蚀能力随着下游流量的增大而增加，由此进一步增强了水流的搬运与冲刷能力，使得小流域土壤侵蚀问题更加突出。

图1 不同土地利用的CN值

图2 水土保持效益值

表2 小流域水沙响应值

2.3 生态安全评价

为更加客观的识别当地生态系统的脆弱性、稳定性及可持续性有必要科学评价小流域的生态安全水平，参与水土流失风险源识别的因子有沟壑密度、人类活动强度、坡向、土壤类别、沟道比降、植被覆盖率、坡度及年降雨量等，计算确定的各因子权重为0.04、0.03、0.03、0.03、0.12、0.20、0.22、0.33；小流域生态安全的重要性评价指标选取为生态服务价值、受影响人口、潜在经济损失，利用公式确定相应的权重为0.25、0.58、0.17。采用加权公式确定各个评价因子值，即：

(1)

采用乘法公式确定综合评判值，其表达式为：

Y=p0.75×D0.25

(2)

式中：D、Y、p为小流域生态安全的重要性、综合得分和风险源。生态安全重要性等级按照综合计算得分和划分的评定标准确定，小流域生态安全重要性等级，见表3。统计分析下洼地区的相关数据，最终确定综合得分、受体重要性和风险源得分为0.42、0.48、0.47，可见下洼小流域具有较高的水土流失风险，生态环境遭受破坏的概率大且危害程度高，其中农民居民点为高等级生态安全风险集中区。

表3 小流域生态安全重要性等级

2.4 配置过程分析

小流域水土流失现状、当地的地形条件在很大程度上决定了综合治理措施的实施，水土保持措施按照上下游分层次有序的构筑，主要涉及生态环境改善区、水土流失治理区以及其它地区，水土保持措施空间配置区划，见表4。

表4 水土保持措施空间配置区划

结合小流域治理目标和上文分析结果，从空间上合理布置下洼小流域的多种治理措施，具体包括：①为提升工程区林草植被覆盖率和发挥生态系统的自修复能力，对坡度>25°的水土流失治理区实行封山育林措施，对人口聚居且坡度<25°的区域实施生物工程治理措施，因地制宜的选择落叶松、刺槐以及果树等合适的树种；②对生态环境改善区坚持以防为主、防治结合的原则实行一定的工程措施，如修建生产道路、疏溪固堤、谷坊、堰坝、排水沟、蓄水池、山塘、梯田等综合设施；③强调水文耦合的反复运算以满足措施空间配置的要求，注重不同治理措施之间的衔接性与相互作用关系。

从减水、减沙的角度分析工程和生物治理措施的水土保持效益，小流域不同断面的减水减沙效益，见图3。从图3可知，下洼小流域综合治理工程发挥着显著的减水减沙作用，减水、减沙率达到49.1%和22.8%，由此表明布设的各项治理措施逐渐发挥相应的成效，对恢复生态环境和控制水土流失具有积极作用。各项工程措施发挥效益后可以显著降低土壤流失量，可促进生态环境的良性循环，有效遏制水土流失的发展趋势，这在很大程度上推动农村经济发展，同时能够将土地利用率提升至80%以上。项目的实施从根本上解决了河道淤积的问题，提升了土壤肥沃力和当地农业生产条件，逐渐形成了休闲娱乐、适宜居住的好地方[9]。

图3 小流域不同断面的减水减沙效益

3 结 论

文章以朝阳县下洼小流域为例，设定水保措施的决策依据、约束条件为减流减沙效益和土地适宜性分析，从数量、时间和空间上形成不同水保措施的空间配置体系。结果发现，生态治理措施的实施显著改善的当地自然环境，对改善土壤理化性质、增强土壤肥力和解决河道淤积等问题发挥着巨大作用，可为其他小流域水土保持规划和水生态文明建设提供决策依据。