陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的典型流域調(diào)查與估算＊
——以碾莊溝流域?yàn)槔?/h1>
2010-09-08 02:15:16岳大鵬董美云
災(zāi)害學(xué) 2010年1期
岳大鵬,董美云
(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710062)
陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的典型流域調(diào)查與估算＊
——以碾莊溝流域?yàn)槔?/p>
岳大鵬,董美云
(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710062)
隨著鄉(xiāng)村聚落的發(fā)展,陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的嚴(yán)重性已經(jīng)凸顯。以碾莊溝流域?yàn)槔?研究了鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕方式,并對(duì)侵蝕總量進(jìn)行了估算。結(jié)果顯示:從鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的主要方式來看,以新建窯洞的棄土侵蝕最大,窯洞坍塌侵蝕次之,聚落水蝕侵蝕量最小,其中塌窯侵蝕和建窯侵蝕兩項(xiàng)合計(jì)占到鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的94.6%;從鄉(xiāng)村聚落的侵蝕總量來看,面積占1.08%的鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的侵蝕量卻占到全流域侵蝕總量的6.83%,人居侵蝕模數(shù)達(dá)6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a)。因此,對(duì)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕應(yīng)加以重視,而土壤侵蝕的防治工作應(yīng)該以新建窯洞的管理和廢棄窯洞坍塌的治理為重點(diǎn)。
陜北多沙粗沙區(qū);碾莊溝流域;鄉(xiāng)村聚落;土壤侵蝕;人居侵蝕模數(shù)
陜北多沙粗沙區(qū)是指陜北延河口—延安—志丹—吳旗一線以北的黃土丘陵、土石丘陵及片沙覆蓋的黃土丘陵區(qū),包括榆林市的12個(gè)縣區(qū)和延安北部7個(gè)縣。核心區(qū)域面積為43 548 km2,占黃河中游多沙粗沙區(qū)總面積7.86萬km2的55.4%,水土流失嚴(yán)重,年產(chǎn)沙量為3.1億t,占到黃河全年產(chǎn)沙量的18.2%[1]。近年來,隨著對(duì)坡面、溝谷地帶水土流失的治理,鄉(xiāng)村面貌整體上發(fā)生了改變,但是鄉(xiāng)村聚落內(nèi)部的土壤侵蝕嚴(yán)重性日益凸顯,這與當(dāng)?shù)氐孛病夂?、地質(zhì)等自然條件以及當(dāng)?shù)鼐用癃?dú)特的生產(chǎn)、生活方式有密切聯(lián)系。黃土高原鄉(xiāng)村聚落用地類型主要有窯洞(房屋)用地、庭院用地、戶間空地及戶間道路用地等,它們受人為影響程度大,形成了特殊的侵蝕環(huán)境。有關(guān)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕研究,甘枝茂、岳大鵬等已進(jìn)行了系列研究,指出陜北黃土高原鄉(xiāng)村聚落中存在著嚴(yán)重的水土流失[1-8],但在一個(gè)流域內(nèi)侵蝕方式和總量估算尚未涉及。本文通過實(shí)地調(diào)查和小區(qū)觀測(cè),對(duì)延河支流碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落部分土壤侵蝕的總量進(jìn)行了估算,為有效控制流域內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的土壤侵蝕提供了依據(jù)。
1 碾莊溝流域概況
碾莊溝位于陜北多沙粗沙區(qū)南部的延安市寶塔區(qū)中北部,為延河一級(jí)支流,流域面積54.2 km2,水土流失面積54.2 km2。地貌形態(tài)為黃土峁居于主導(dǎo)地位的黃土梁峁?fàn)钋鹆?屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱地區(qū),多年平均年降水量527 mm,降水多以暴雨形式出現(xiàn)。流域內(nèi)多年平均侵蝕模數(shù)1.0萬t/km2,年均輸沙量54.2萬t,年均徑流模數(shù)3.3萬m3/km2,年均徑流量178.9萬m3。在行政上,碾莊溝流域?qū)傺影彩袑毸^(qū)李渠鎮(zhèn)管轄,是寶塔區(qū)政府的一個(gè)小流域治理試點(diǎn)流域。有17個(gè)行政村,21個(gè)自然村,總戶數(shù)1 083戶,總?cè)丝? 561人,農(nóng)村人口密度84人/km2,人均土地1.2 hm2。
2 碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕方式與總量估算
2004年7月-2007年10月我們?cè)谀肭f溝流域進(jìn)行了多次調(diào)查,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的主要方式是現(xiàn)有聚落水蝕、廢棄院落的塌窯侵蝕和新建聚落(窯洞)的棄土侵蝕。并對(duì)聚落用地類型、聚落內(nèi)總戶數(shù)、戶均占地面積、新建窯洞的數(shù)量與比例,廢棄窯洞的比例等進(jìn)行了調(diào)查,調(diào)查結(jié)果見表1。
表1 碾莊溝流域聚落與土壤侵蝕情況調(diào)查結(jié)果
2.1 鄉(xiāng)村聚落水蝕估算
(1)現(xiàn)有聚落水蝕的觀測(cè)與水蝕強(qiáng)度的確定
2004年,我們?cè)谀肭f溝流域碾莊村建立了聚落水蝕觀測(cè)站,觀測(cè)站位于碾莊溝坡麓臺(tái)地上,分別設(shè)立庭院、戶間道路與戶間空地觀測(cè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)基本上保持了地面原狀,其范圍與面積大小,按易于匯流的自然地面而定,為非規(guī)則形狀。2005年6-10月對(duì)9次產(chǎn)沙降水的水沙進(jìn)行觀測(cè)、采樣,然后進(jìn)行室內(nèi)稱重和粒度分析,得到輾莊村的水蝕情況(表2)。碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落用地類型有窯舍、庭院、戶間道路、戶間空地,由于窯舍的水蝕強(qiáng)度難以
表2 2005年延安輾莊溝徑流泥沙觀測(cè)結(jié)果匯總表
測(cè)定但又不能忽略不計(jì),此處只對(duì)庭院、戶間道
路和空地的侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定,本文以測(cè)定值
的平均值來估算碾莊溝流域水蝕平均侵蝕模數(shù)。所以碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的平均水蝕強(qiáng)度可以用
公式(1)進(jìn)行計(jì)算:
式中:Eds、Eks、Ets分別為戶間道路水蝕強(qiáng)度、戶間空地水蝕強(qiáng)度、庭院水蝕強(qiáng)度,單位是t/(km2·a); Sjd、Sjk、Sjt分別為戶均道路占地面積、戶均空地占地總面積、戶均庭院占地面積,單位為m2或km2。
根據(jù)調(diào)查結(jié)果和測(cè)定值,碾莊溝流域平均水蝕強(qiáng)度為:4 347.5 t/(km2·a)。
(2)總水蝕量(W s)的估算
按照下列公式計(jì)算:
式中:Ws為水蝕量(t/a),N為輾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落現(xiàn)有戶數(shù),Shj為戶均占地面積(km2),Ejs為年平均水蝕模數(shù)(t/(km2·a))。
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落年水蝕量為2 223 t/a,占流域侵蝕量的0.37%。
2.2 窯洞坍塌(塌窯)侵蝕量的估算
(1)坍塌窯洞的估算
據(jù)調(diào)查,碾莊溝流域總戶數(shù)為1 083戶,戶均窯洞數(shù)為4孔(3孔住人,1孔堆放雜物或作為牲畜圈舍),則流域內(nèi)窯洞總數(shù)約為4 332孔。而坍塌的窯洞約占廢棄窯洞的30%(表1),依此推算,全流域大致有195孔窯洞坍塌。
(2)土壤容重的確定
輾莊村位于碾莊溝的中心位置,最能代表碾莊溝流域土壤容重的平均值。2004年7-10月我們?cè)谳毲f村采樣,經(jīng)測(cè)定,不同用地類型土壤容重平均值為:戶間道路為1.89 t/m3,庭院為1.79 t/m3,戶間空地為1.4 t/m3。戶間道路和庭院經(jīng)過人工夯實(shí)或踩踏,土壤緊實(shí),土壤容重較戶間空地大。而塌窯所產(chǎn)生的崩塌體和建窯時(shí)的棄土土質(zhì)疏松,孔隙度較大,其土壤容重與戶間空地更接近。所以本文的土壤容重采用輾莊村戶間空地土壤容重的平均值。即土壤容重為1.40 t/m3。
(3)塌窯侵蝕強(qiáng)度的確定
塌窯侵蝕在不同地區(qū)差異比較大,因此為盡量準(zhǔn)確,選陜北全區(qū)的數(shù)據(jù)加以分析。對(duì)陜北全區(qū)(安塞縣、延川縣、子長(zhǎng)縣、榆陽區(qū)、子洲縣)共32戶、102孔塌窯進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查測(cè)量,內(nèi)容包括塌窯孔數(shù)、建窯時(shí)間、塌窯時(shí)間、垮塌年限、崩塌體積、殘留量、流失量等。結(jié)果顯示:陜北全區(qū)窯洞坍塌侵蝕量平均為46.3 m3/(孔·a)。根據(jù)土壤容重和每孔窯洞占地面積(38.2 m2),計(jì)算出單位面積年侵蝕量(侵蝕模數(shù))為:169.7萬t/(km2·a);塌窯占地面積=38.2 m2/孔×195孔= 7 449 km2。
(4)塌窯侵蝕量的估算
塌窯侵蝕量Wt依據(jù)下列公式計(jì)算:
式中:Nt、Etm、d分別為塌窯孔數(shù)(孔)、每孔塌窯的年侵蝕量(m3/(孔·a))、土壤容重(t/m3)。
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域窯洞坍塌的總侵蝕量為1.3萬t/a,占流域平均侵蝕量的2.4%。
2.3 新建窯洞侵蝕量的估算
(1)新建窯洞數(shù)的估算
據(jù)調(diào)查,碾莊溝流域新建房屋的戶數(shù)平均占到村莊戶數(shù)的85%。那么近20年來全流域就有新建窯洞3 682孔。
(2)每年參與棄土侵蝕的新建窯洞數(shù)的估算
20年所建的窯洞是逐年建成的,雖然近幾年新建窯洞的速度比20世紀(jì)80年代初要快,但平均計(jì)算,每年也有新建窯洞184.1孔。然而,參與棄土侵蝕的新建窯洞不只是一年修建的窯洞,也應(yīng)包括前幾年修建的。據(jù)調(diào)查,輾莊流域棄土流失系數(shù)為0.15(表3),也就是說修建新窯產(chǎn)生的棄土量,平均在大約6.7年的時(shí)間侵蝕掉,因此現(xiàn)在每年實(shí)際參與棄土侵蝕的新建窯洞數(shù),應(yīng)為184.1孔/a×6.7a=1 233.5孔。
表3 陜北黃土高原碾莊溝流域新建窯洞侵蝕量調(diào)查表
(3)棄土年流失量(侵蝕量)的確定
在碾莊溝流域的三個(gè)樣本平均值為13 m3/(孔·a)(表3),即每孔新建窯洞的年平均侵蝕量為13 m3/(孔·a)。換算成單位面積的新建窯洞平均年侵蝕量(t/km2):每孔窯洞平均占地38.2 m2,新建窯洞占地總面積=38.2 m2/孔× 1 233.5孔=4.7萬m2;單位面積年侵蝕量為: 47.6萬t/km2。
(4)新建窯洞年侵蝕量的估算
新建窯洞年侵蝕量Wx可以依下列公式計(jì)算:
式中:Wx為新建窯洞年侵蝕量(t/a);Nx為每年參與棄土侵蝕的新建窯洞的數(shù)量(孔);Eqm為每孔新建窯洞的年平均侵蝕量(m3/(孔·a));d為土壤容重(t/m3)。
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域新建窯洞侵蝕量為2.2萬t,占全流域侵蝕量的4.06%。
2.4 總侵蝕量和人居侵蝕模數(shù)的估算
2.4.1 總侵蝕量的估算
總侵蝕量(W)是水蝕量、塌窯侵蝕量、建窯侵蝕量三項(xiàng)的和,即:
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的年侵蝕總量為3.7萬t,約占全流域的6.83%。上述計(jì)算結(jié)果的匯總表,如表4。
表4 碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落侵蝕量估算結(jié)果匯總表
2.4.2 人居侵蝕模數(shù)的估算
人居侵蝕模數(shù)是指單位面積聚落(包括鄉(xiāng)村聚落和城鎮(zhèn)聚落)所產(chǎn)生的土壤侵蝕量或人均侵蝕量,它綜合反映了人類居住環(huán)境中人類活動(dòng)所產(chǎn)生土壤侵蝕的強(qiáng)弱。在黃土丘陵區(qū),鄉(xiāng)村聚落中產(chǎn)生的人居侵蝕模數(shù)較大,這與本區(qū)聚落水蝕、廢棄窯洞坍塌(塌窯侵蝕)、聚落新建窯洞開挖棄土侵蝕量較大有關(guān)。裴新富等認(rèn)為[9],黃土丘陵區(qū)的人居侵蝕影響到窯洞民居類型、建筑形式、住房水平、再塑地類面積大小以及防護(hù)措施布設(shè)狀況,進(jìn)而影響下墊面條件、地表徑流水沙狀況,決定了土壤侵蝕效應(yīng)大小。
(1)聚落占地總面積的確定
通過調(diào)查,碾莊溝流域戶均占地面積平均為472.1 m2,現(xiàn)住戶數(shù)為1 083戶,整個(gè)流域現(xiàn)住聚落占地面積約為0.511 3 km2;此外,該流域目前有大約15%的住戶廢棄了原有聚落或者窯洞,廢棄窯洞聚落的占地面積應(yīng)為現(xiàn)有聚落面積的15%,即0.076 7 km2。
這樣,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落總面積合計(jì)為0.588 km2,占整個(gè)流域面積的1.08%,比延安市統(tǒng)計(jì)的平均農(nóng)村居民點(diǎn)用地的比例稍大(延安市平均為0.78 km2[10])。
(2)人居侵蝕模數(shù)的估算
單位面積平均每年的土壤侵蝕量:
平均每人每年的土壤侵蝕量:
式中:W為總侵蝕量(t/a),S為碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的占地面積(km2),Nr為碾莊溝聚落的總?cè)藬?shù),計(jì)算所得碾莊溝流域的人居侵蝕模數(shù)為6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a)。
3 結(jié)論分析
(1)從土壤侵蝕的主要方式來看,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落以新建窯洞的棄土侵蝕最大,其年侵蝕量達(dá)到2.2萬t/a,占鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的59.5%;窯洞坍塌侵蝕次之,達(dá)到1.3萬t/a,占鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的35.1%;聚落水蝕侵蝕量最小,為2 223 t/a,僅占5.4%,其中塌窯侵蝕和建窯侵蝕兩項(xiàng)合計(jì)占到鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的94.6%,成為鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的最主要表現(xiàn)。
(2)從年侵蝕總量來看,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的年侵蝕總量為3.7萬t/a,占到整個(gè)碾莊溝流域年侵蝕量的6.83%;而其聚落占地(包括廢棄聚落)0.588 km2,占到全流域的1.08%。也就是說,面積占1.08%的鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的侵蝕量卻占到全流域侵蝕總量的6.83%。如果把這么多的侵蝕量平均分配到鄉(xiāng)村聚落里,可以使鄉(xiāng)村聚落的人居侵蝕模數(shù)達(dá)到6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a),達(dá)到劇烈侵蝕。依此推算,整個(gè)陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落總侵蝕量可以達(dá)到0.28億t/a,占陜北多沙粗沙區(qū)年輸沙量的9%。這不能不引起人們的高度重視。建議有關(guān)部門把防止鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕納入防治工作的議程。
(3)對(duì)碾莊溝流域的研究表明,鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的防治工作應(yīng)該以新建窯洞的管理和廢棄窯洞坍塌的治理為重點(diǎn),通過各級(jí)部門的大力協(xié)助,把聚落建設(shè)、鄉(xiāng)村規(guī)劃與水土保持工作密切結(jié)合起來,再造一個(gè)美好的生存環(huán)境。
[1] 甘銳,岳大鵬,甘枝茂,等.陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕及防治對(duì)策[J].水土保持通報(bào),2006,26(4):96 -100.
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Investigation and Est imation of Soil Erosion of Rural Settlements in Abundant and Coarse Sed iment Area of North Shaanxi——An Example in Nianzhuanggou River Basin
Yue Dapeng and DongMeiyun
(College of Tourism and Environm ental Science,Shaanxi N or m al University,Xi'an710062,China)
W ith developmentof the rural settlement,soil erosion becomesmore and more serious inAbundant and Coarse Sed iment Area of North Shaanxi.Taking Nianzhuanggou reaches as an example,the soil erosion patterns are studied and amount of soil erosion is evaluated in this paper.The results indicate that in view ofmain soil erosion patterns in rural settlements,the amountof soil erosion due to construction of new caves is the greatest, erosion amount due to cave collapse takes second place and the amount of water erosion is the least.The for mer two are the main soil erosion patterns,accounting for 94.6%of the total amount of rural settlement erosion.In view of the total erosion amount of rural settlements,the amount of soil erosion resulted by the rural settlements which possesses only 1.08%of the area of the whole Nianzhuanggou river basin accounts for 6.83%of the total erosion of the whole area.The living environment erosion modulus reaches 63 thousand tons per square kilometer per year or 8.18 tons per year per person.Therefore,attention must be paid to the soil erosion in rural settlements.The efforts for soil erosion prevention should be focused on the management of cave construction and proper treatment of abandoned and collapsed caves.
abundant and coarse sed iment area of north Shaanxi;Nianzhuanggou river basin;rural settlements; soil erosion;living environment erosion modulus
S157
A
1000-811X(2010)01-0059-05
2009-07-12
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50279019);水利部黃河水利委員會(huì)黃河聯(lián)合研究基金項(xiàng)目(50279019)
岳大鵬(1964-),男,陜西興平人,副教授,主要從事自然地理、土壤侵蝕、資源與環(huán)境方面的研究. E-mail:yuedp@snnu.edu.cn
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岳大鵬,董美云
(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710062)
陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的典型流域調(diào)查與估算＊
——以碾莊溝流域?yàn)槔?/p>
岳大鵬,董美云
(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院,陜西西安 710062)
隨著鄉(xiāng)村聚落的發(fā)展,陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的嚴(yán)重性已經(jīng)凸顯。以碾莊溝流域?yàn)槔?研究了鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕方式,并對(duì)侵蝕總量進(jìn)行了估算。結(jié)果顯示:從鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的主要方式來看,以新建窯洞的棄土侵蝕最大,窯洞坍塌侵蝕次之,聚落水蝕侵蝕量最小,其中塌窯侵蝕和建窯侵蝕兩項(xiàng)合計(jì)占到鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的94.6%;從鄉(xiāng)村聚落的侵蝕總量來看,面積占1.08%的鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的侵蝕量卻占到全流域侵蝕總量的6.83%,人居侵蝕模數(shù)達(dá)6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a)。因此,對(duì)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕應(yīng)加以重視,而土壤侵蝕的防治工作應(yīng)該以新建窯洞的管理和廢棄窯洞坍塌的治理為重點(diǎn)。
陜北多沙粗沙區(qū);碾莊溝流域;鄉(xiāng)村聚落;土壤侵蝕;人居侵蝕模數(shù)
陜北多沙粗沙區(qū)是指陜北延河口—延安—志丹—吳旗一線以北的黃土丘陵、土石丘陵及片沙覆蓋的黃土丘陵區(qū),包括榆林市的12個(gè)縣區(qū)和延安北部7個(gè)縣。核心區(qū)域面積為43 548 km2,占黃河中游多沙粗沙區(qū)總面積7.86萬km2的55.4%,水土流失嚴(yán)重,年產(chǎn)沙量為3.1億t,占到黃河全年產(chǎn)沙量的18.2%[1]。近年來,隨著對(duì)坡面、溝谷地帶水土流失的治理,鄉(xiāng)村面貌整體上發(fā)生了改變,但是鄉(xiāng)村聚落內(nèi)部的土壤侵蝕嚴(yán)重性日益凸顯,這與當(dāng)?shù)氐孛病夂?、地質(zhì)等自然條件以及當(dāng)?shù)鼐用癃?dú)特的生產(chǎn)、生活方式有密切聯(lián)系。黃土高原鄉(xiāng)村聚落用地類型主要有窯洞(房屋)用地、庭院用地、戶間空地及戶間道路用地等,它們受人為影響程度大,形成了特殊的侵蝕環(huán)境。有關(guān)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕研究,甘枝茂、岳大鵬等已進(jìn)行了系列研究,指出陜北黃土高原鄉(xiāng)村聚落中存在著嚴(yán)重的水土流失[1-8],但在一個(gè)流域內(nèi)侵蝕方式和總量估算尚未涉及。本文通過實(shí)地調(diào)查和小區(qū)觀測(cè),對(duì)延河支流碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落部分土壤侵蝕的總量進(jìn)行了估算,為有效控制流域內(nèi)鄉(xiāng)村聚落的土壤侵蝕提供了依據(jù)。
1 碾莊溝流域概況
碾莊溝位于陜北多沙粗沙區(qū)南部的延安市寶塔區(qū)中北部,為延河一級(jí)支流,流域面積54.2 km2,水土流失面積54.2 km2。地貌形態(tài)為黃土峁居于主導(dǎo)地位的黃土梁峁?fàn)钋鹆?屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱地區(qū),多年平均年降水量527 mm,降水多以暴雨形式出現(xiàn)。流域內(nèi)多年平均侵蝕模數(shù)1.0萬t/km2,年均輸沙量54.2萬t,年均徑流模數(shù)3.3萬m3/km2,年均徑流量178.9萬m3。在行政上,碾莊溝流域?qū)傺影彩袑毸^(qū)李渠鎮(zhèn)管轄,是寶塔區(qū)政府的一個(gè)小流域治理試點(diǎn)流域。有17個(gè)行政村,21個(gè)自然村,總戶數(shù)1 083戶,總?cè)丝? 561人,農(nóng)村人口密度84人/km2,人均土地1.2 hm2。
2 碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕方式與總量估算
2004年7月-2007年10月我們?cè)谀肭f溝流域進(jìn)行了多次調(diào)查,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的主要方式是現(xiàn)有聚落水蝕、廢棄院落的塌窯侵蝕和新建聚落(窯洞)的棄土侵蝕。并對(duì)聚落用地類型、聚落內(nèi)總戶數(shù)、戶均占地面積、新建窯洞的數(shù)量與比例,廢棄窯洞的比例等進(jìn)行了調(diào)查,調(diào)查結(jié)果見表1。
表1 碾莊溝流域聚落與土壤侵蝕情況調(diào)查結(jié)果
2.1 鄉(xiāng)村聚落水蝕估算
(1)現(xiàn)有聚落水蝕的觀測(cè)與水蝕強(qiáng)度的確定
2004年,我們?cè)谀肭f溝流域碾莊村建立了聚落水蝕觀測(cè)站,觀測(cè)站位于碾莊溝坡麓臺(tái)地上,分別設(shè)立庭院、戶間道路與戶間空地觀測(cè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)基本上保持了地面原狀,其范圍與面積大小,按易于匯流的自然地面而定,為非規(guī)則形狀。2005年6-10月對(duì)9次產(chǎn)沙降水的水沙進(jìn)行觀測(cè)、采樣,然后進(jìn)行室內(nèi)稱重和粒度分析,得到輾莊村的水蝕情況(表2)。碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落用地類型有窯舍、庭院、戶間道路、戶間空地,由于窯舍的水蝕強(qiáng)度難以
表2 2005年延安輾莊溝徑流泥沙觀測(cè)結(jié)果匯總表
測(cè)定但又不能忽略不計(jì),此處只對(duì)庭院、戶間道
路和空地的侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定,本文以測(cè)定值
的平均值來估算碾莊溝流域水蝕平均侵蝕模數(shù)。所以碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的平均水蝕強(qiáng)度可以用
公式(1)進(jìn)行計(jì)算:
式中:Eds、Eks、Ets分別為戶間道路水蝕強(qiáng)度、戶間空地水蝕強(qiáng)度、庭院水蝕強(qiáng)度,單位是t/(km2·a); Sjd、Sjk、Sjt分別為戶均道路占地面積、戶均空地占地總面積、戶均庭院占地面積,單位為m2或km2。
根據(jù)調(diào)查結(jié)果和測(cè)定值,碾莊溝流域平均水蝕強(qiáng)度為:4 347.5 t/(km2·a)。
(2)總水蝕量(W s)的估算
按照下列公式計(jì)算:
式中:Ws為水蝕量(t/a),N為輾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落現(xiàn)有戶數(shù),Shj為戶均占地面積(km2),Ejs為年平均水蝕模數(shù)(t/(km2·a))。
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落年水蝕量為2 223 t/a,占流域侵蝕量的0.37%。
2.2 窯洞坍塌(塌窯)侵蝕量的估算
(1)坍塌窯洞的估算
據(jù)調(diào)查,碾莊溝流域總戶數(shù)為1 083戶,戶均窯洞數(shù)為4孔(3孔住人,1孔堆放雜物或作為牲畜圈舍),則流域內(nèi)窯洞總數(shù)約為4 332孔。而坍塌的窯洞約占廢棄窯洞的30%(表1),依此推算,全流域大致有195孔窯洞坍塌。
(2)土壤容重的確定
輾莊村位于碾莊溝的中心位置,最能代表碾莊溝流域土壤容重的平均值。2004年7-10月我們?cè)谳毲f村采樣,經(jīng)測(cè)定,不同用地類型土壤容重平均值為:戶間道路為1.89 t/m3,庭院為1.79 t/m3,戶間空地為1.4 t/m3。戶間道路和庭院經(jīng)過人工夯實(shí)或踩踏,土壤緊實(shí),土壤容重較戶間空地大。而塌窯所產(chǎn)生的崩塌體和建窯時(shí)的棄土土質(zhì)疏松,孔隙度較大,其土壤容重與戶間空地更接近。所以本文的土壤容重采用輾莊村戶間空地土壤容重的平均值。即土壤容重為1.40 t/m3。
(3)塌窯侵蝕強(qiáng)度的確定
塌窯侵蝕在不同地區(qū)差異比較大,因此為盡量準(zhǔn)確,選陜北全區(qū)的數(shù)據(jù)加以分析。對(duì)陜北全區(qū)(安塞縣、延川縣、子長(zhǎng)縣、榆陽區(qū)、子洲縣)共32戶、102孔塌窯進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查測(cè)量,內(nèi)容包括塌窯孔數(shù)、建窯時(shí)間、塌窯時(shí)間、垮塌年限、崩塌體積、殘留量、流失量等。結(jié)果顯示:陜北全區(qū)窯洞坍塌侵蝕量平均為46.3 m3/(孔·a)。根據(jù)土壤容重和每孔窯洞占地面積(38.2 m2),計(jì)算出單位面積年侵蝕量(侵蝕模數(shù))為:169.7萬t/(km2·a);塌窯占地面積=38.2 m2/孔×195孔= 7 449 km2。
(4)塌窯侵蝕量的估算
塌窯侵蝕量Wt依據(jù)下列公式計(jì)算:
式中:Nt、Etm、d分別為塌窯孔數(shù)(孔)、每孔塌窯的年侵蝕量(m3/(孔·a))、土壤容重(t/m3)。
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域窯洞坍塌的總侵蝕量為1.3萬t/a,占流域平均侵蝕量的2.4%。
2.3 新建窯洞侵蝕量的估算
(1)新建窯洞數(shù)的估算
據(jù)調(diào)查,碾莊溝流域新建房屋的戶數(shù)平均占到村莊戶數(shù)的85%。那么近20年來全流域就有新建窯洞3 682孔。
(2)每年參與棄土侵蝕的新建窯洞數(shù)的估算
20年所建的窯洞是逐年建成的,雖然近幾年新建窯洞的速度比20世紀(jì)80年代初要快,但平均計(jì)算,每年也有新建窯洞184.1孔。然而,參與棄土侵蝕的新建窯洞不只是一年修建的窯洞,也應(yīng)包括前幾年修建的。據(jù)調(diào)查,輾莊流域棄土流失系數(shù)為0.15(表3),也就是說修建新窯產(chǎn)生的棄土量,平均在大約6.7年的時(shí)間侵蝕掉,因此現(xiàn)在每年實(shí)際參與棄土侵蝕的新建窯洞數(shù),應(yīng)為184.1孔/a×6.7a=1 233.5孔。
表3 陜北黃土高原碾莊溝流域新建窯洞侵蝕量調(diào)查表
(3)棄土年流失量(侵蝕量)的確定
在碾莊溝流域的三個(gè)樣本平均值為13 m3/(孔·a)(表3),即每孔新建窯洞的年平均侵蝕量為13 m3/(孔·a)。換算成單位面積的新建窯洞平均年侵蝕量(t/km2):每孔窯洞平均占地38.2 m2,新建窯洞占地總面積=38.2 m2/孔× 1 233.5孔=4.7萬m2;單位面積年侵蝕量為: 47.6萬t/km2。
(4)新建窯洞年侵蝕量的估算
新建窯洞年侵蝕量Wx可以依下列公式計(jì)算:
式中:Wx為新建窯洞年侵蝕量(t/a);Nx為每年參與棄土侵蝕的新建窯洞的數(shù)量(孔);Eqm為每孔新建窯洞的年平均侵蝕量(m3/(孔·a));d為土壤容重(t/m3)。
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域新建窯洞侵蝕量為2.2萬t,占全流域侵蝕量的4.06%。
2.4 總侵蝕量和人居侵蝕模數(shù)的估算
2.4.1 總侵蝕量的估算
總侵蝕量(W)是水蝕量、塌窯侵蝕量、建窯侵蝕量三項(xiàng)的和,即:
經(jīng)計(jì)算,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的年侵蝕總量為3.7萬t,約占全流域的6.83%。上述計(jì)算結(jié)果的匯總表,如表4。
表4 碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落侵蝕量估算結(jié)果匯總表
2.4.2 人居侵蝕模數(shù)的估算
人居侵蝕模數(shù)是指單位面積聚落(包括鄉(xiāng)村聚落和城鎮(zhèn)聚落)所產(chǎn)生的土壤侵蝕量或人均侵蝕量,它綜合反映了人類居住環(huán)境中人類活動(dòng)所產(chǎn)生土壤侵蝕的強(qiáng)弱。在黃土丘陵區(qū),鄉(xiāng)村聚落中產(chǎn)生的人居侵蝕模數(shù)較大,這與本區(qū)聚落水蝕、廢棄窯洞坍塌(塌窯侵蝕)、聚落新建窯洞開挖棄土侵蝕量較大有關(guān)。裴新富等認(rèn)為[9],黃土丘陵區(qū)的人居侵蝕影響到窯洞民居類型、建筑形式、住房水平、再塑地類面積大小以及防護(hù)措施布設(shè)狀況,進(jìn)而影響下墊面條件、地表徑流水沙狀況,決定了土壤侵蝕效應(yīng)大小。
(1)聚落占地總面積的確定
通過調(diào)查,碾莊溝流域戶均占地面積平均為472.1 m2,現(xiàn)住戶數(shù)為1 083戶,整個(gè)流域現(xiàn)住聚落占地面積約為0.511 3 km2;此外,該流域目前有大約15%的住戶廢棄了原有聚落或者窯洞,廢棄窯洞聚落的占地面積應(yīng)為現(xiàn)有聚落面積的15%,即0.076 7 km2。
這樣,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落總面積合計(jì)為0.588 km2,占整個(gè)流域面積的1.08%,比延安市統(tǒng)計(jì)的平均農(nóng)村居民點(diǎn)用地的比例稍大(延安市平均為0.78 km2[10])。
(2)人居侵蝕模數(shù)的估算
單位面積平均每年的土壤侵蝕量:
平均每人每年的土壤侵蝕量:
式中:W為總侵蝕量(t/a),S為碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落的占地面積(km2),Nr為碾莊溝聚落的總?cè)藬?shù),計(jì)算所得碾莊溝流域的人居侵蝕模數(shù)為6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a)。
3 結(jié)論分析
(1)從土壤侵蝕的主要方式來看,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落以新建窯洞的棄土侵蝕最大,其年侵蝕量達(dá)到2.2萬t/a,占鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的59.5%;窯洞坍塌侵蝕次之,達(dá)到1.3萬t/a,占鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的35.1%;聚落水蝕侵蝕量最小,為2 223 t/a,僅占5.4%,其中塌窯侵蝕和建窯侵蝕兩項(xiàng)合計(jì)占到鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕總量的94.6%,成為鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的最主要表現(xiàn)。
(2)從年侵蝕總量來看,碾莊溝流域鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的年侵蝕總量為3.7萬t/a,占到整個(gè)碾莊溝流域年侵蝕量的6.83%;而其聚落占地(包括廢棄聚落)0.588 km2,占到全流域的1.08%。也就是說,面積占1.08%的鄉(xiāng)村聚落產(chǎn)生的侵蝕量卻占到全流域侵蝕總量的6.83%。如果把這么多的侵蝕量平均分配到鄉(xiāng)村聚落里,可以使鄉(xiāng)村聚落的人居侵蝕模數(shù)達(dá)到6.3萬t/(km2·a)或8.18 t/(人·a),達(dá)到劇烈侵蝕。依此推算,整個(gè)陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落總侵蝕量可以達(dá)到0.28億t/a,占陜北多沙粗沙區(qū)年輸沙量的9%。這不能不引起人們的高度重視。建議有關(guān)部門把防止鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕納入防治工作的議程。
(3)對(duì)碾莊溝流域的研究表明,鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕的防治工作應(yīng)該以新建窯洞的管理和廢棄窯洞坍塌的治理為重點(diǎn),通過各級(jí)部門的大力協(xié)助,把聚落建設(shè)、鄉(xiāng)村規(guī)劃與水土保持工作密切結(jié)合起來,再造一個(gè)美好的生存環(huán)境。
[1] 甘銳,岳大鵬,甘枝茂,等.陜北多沙粗沙區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤侵蝕及防治對(duì)策[J].水土保持通報(bào),2006,26(4):96 -100.
[2] 甘枝茂,岳大鵬,甘銳,等.陜北黃土丘陵區(qū)鄉(xiāng)村聚落土壤水蝕觀測(cè)分析[J].地理學(xué)報(bào),2005,60(3):519-525.
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Investigation and Est imation of Soil Erosion of Rural Settlements in Abundant and Coarse Sed iment Area of North Shaanxi——An Example in Nianzhuanggou River Basin
Yue Dapeng and DongMeiyun
(College of Tourism and Environm ental Science,Shaanxi N or m al University,Xi'an710062,China)
W ith developmentof the rural settlement,soil erosion becomesmore and more serious inAbundant and Coarse Sed iment Area of North Shaanxi.Taking Nianzhuanggou reaches as an example,the soil erosion patterns are studied and amount of soil erosion is evaluated in this paper.The results indicate that in view ofmain soil erosion patterns in rural settlements,the amountof soil erosion due to construction of new caves is the greatest, erosion amount due to cave collapse takes second place and the amount of water erosion is the least.The for mer two are the main soil erosion patterns,accounting for 94.6%of the total amount of rural settlement erosion.In view of the total erosion amount of rural settlements,the amount of soil erosion resulted by the rural settlements which possesses only 1.08%of the area of the whole Nianzhuanggou river basin accounts for 6.83%of the total erosion of the whole area.The living environment erosion modulus reaches 63 thousand tons per square kilometer per year or 8.18 tons per year per person.Therefore,attention must be paid to the soil erosion in rural settlements.The efforts for soil erosion prevention should be focused on the management of cave construction and proper treatment of abandoned and collapsed caves.
abundant and coarse sed iment area of north Shaanxi;Nianzhuanggou river basin;rural settlements; soil erosion;living environment erosion modulus
S157
A
1000-811X(2010)01-0059-05
2009-07-12
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50279019);水利部黃河水利委員會(huì)黃河聯(lián)合研究基金項(xiàng)目(50279019)
岳大鵬(1964-),男,陜西興平人,副教授,主要從事自然地理、土壤侵蝕、資源與環(huán)境方面的研究. E-mail:yuedp@snnu.edu.cn
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