張風(fēng)香，劉培郎

(河南省舞鋼市水利局，河南 舞鋼 462500)

我國是水土流失相對比較嚴(yán)重的國家之一，據(jù)統(tǒng)計，全國約有1/3以上的土地存在不同程度的水土流失，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，也制約著我國的可持續(xù)發(fā)展，水土保持的形勢不容樂觀[1-4]。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，政府對水土保持的治理工作越來越重視，特別是以小流域為基礎(chǔ)的水土流失治理模式，逐漸成為我國在水土保持工作中的重要一環(huán)，多年以來，許多專家學(xué)者均致力于對小流域的水土保持措施的研究，并已形成一定的理論基礎(chǔ)[5-8]。從最初的定性分析到現(xiàn)在的定量分析，從最初的單因素評價到現(xiàn)在的多因素、多目標(biāo)評價，小流域的水土保持工作正穩(wěn)步向前推進(jìn)，同時，一些新方法和新理論也逐漸被引入到該項工作中，給工程的各項效益計算和評價提供了科學(xué)合理的手段[9-10]。

針對目前小流域水土保持工作多集中于經(jīng)濟(jì)效益及模式、措施等方面，但治理成果理論化程度低、對減輕水土流失災(zāi)害和改善生態(tài)環(huán)境等研究不足，且不同地區(qū)的水土保持措施的不唯一性，以燈臺架小流域為例，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、社會與生態(tài)因素，對該地區(qū)的水土保持措施進(jìn)行了空間上的最佳配置研究，可為類似地區(qū)的水土保持工作提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

1.1 水土流失概況

燈臺架小流域位于舞鋼市楊莊鄉(xiāng)境內(nèi)。該流域由于受地形、地貌、降雨等自然條件及人類不合理的生產(chǎn)活動方式的影響，造成水土流失面積較大，范圍較廣，流域內(nèi)水土流失形式以水力侵蝕中的面蝕和溝蝕為主。流域總面積3500hm2，水土流失面積2446hm2，占總面積的70%，其中：輕度侵蝕面積946.47hm2，中度侵蝕面積1218.93hm2，強度侵蝕面積280.23hm2。流域內(nèi)平均土壤侵蝕模數(shù)2174t/(km2·a)，年均土壤流失總量達(dá)7.61萬t。

1.2 水土流失對當(dāng)?shù)貛淼挠绊?/h3>

水土流失給當(dāng)?shù)卦斐闪溯^大的危害，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，地表土壤肥力逐步降低，跑水跑肥造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入成本增加，糧食生產(chǎn)低而不穩(wěn)，抗御自然災(zāi)害能力不足；在生態(tài)環(huán)境方面，水土流失使地表土層肥力下降，土層變薄，蓄水保墑效果降低，導(dǎo)致林草植被生長緩慢，甚至枯死，加之人為活動對植被破壞，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)植被逐年減少，自然生態(tài)失衡，環(huán)境不斷惡化，洪澇、干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生，河流旱時斷流，澇時泛濫成災(zāi)，地下水位不斷下降，造成農(nóng)村人蓄飲水困難。由于連年洪水使大量泥沙沖入河道，河床逐漸抬高，山塘、水庫淤積嚴(yán)重，河道兩岸農(nóng)田沖刷毀壞嚴(yán)重。

2 水土保持措施配置評價分析

2.1 土地適宜性評價

土地適宜性評價是指對要素稟賦及其空間差異進(jìn)行科學(xué)合理的分析，通過評價結(jié)果分析，可在水土保持措施的空間配置中得到各區(qū)域土地的具體適宜的利用方式。評價過程一般遵循以下原則：比較原則、因地制宜原則、可持續(xù)利用原則、農(nóng)林牧地原則。利用GIS對30m×30m的土地單元進(jìn)行統(tǒng)計分析，對土地利用方式、侵蝕強度、地貌部位、坡度以及坡向等指標(biāo)進(jìn)行具體的量化，最后加權(quán)求和得到評價單元的綜合得分率，即可判斷該塊土地的適宜性(見表1)。

表1 土地適宜性評價指標(biāo)權(quán)重

2.2 水沙響應(yīng)評價

水沙響應(yīng)采用小流域侵蝕模型并結(jié)合GIS技術(shù)，對破面徑流、流域匯流、坡面侵蝕量以及流域產(chǎn)沙等指標(biāo)進(jìn)行分析，計算單元仍舊采用30m×30m的柵格。通過SCS徑流曲線法計算得到的CN值如圖1所示，根據(jù)圖中CN值結(jié)果并結(jié)合燈臺架小流域的實際情況，確定該地區(qū)的水文土壤為B組。根據(jù)燈臺架地區(qū)破面徑流資料，監(jiān)測不同措施下的水保結(jié)果，發(fā)現(xiàn)各種水土保持措施的效益有很大的差異性，如圖2所示。計算各單元出口處的徑流總量，并將每個單元的土壤侵蝕量累加并乘以對應(yīng)子流域的面積，得到子流域的土壤侵蝕量和侵蝕模數(shù)，見表2。從表2中可以看到，由于水流的動力作用，會帶走原本沉積的泥沙，隨著下游流量的增加，對土壤的侵蝕能力加大，沖刷和搬運能力顯著增強，水土流失越發(fā)嚴(yán)重。

圖1 CN值

圖2 水土保持效益值

表2 水沙響應(yīng)值

2.3 生態(tài)安全評價

對小流域進(jìn)行生態(tài)安全評價可以更好地辨別當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、脆弱性以及可持續(xù)發(fā)展性。選取年降雨量、土壤類別、坡度、坡向、植被覆蓋率、人類活動強度、溝道比降、溝壑密度等8項作為水土流失風(fēng)險源的評價指標(biāo)，其對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重分別為0.33、0.03、0.22、0.03、0.20、0.03、0.12、0.04；將潛在經(jīng)濟(jì)損失、受影響人口以及生態(tài)服務(wù)價值作為受體重要性評價指標(biāo)，其權(quán)重分別為0.16、0.58以及0.26。指標(biāo)計算采用加法公式，即：

(1)

綜合評價則采用乘法公式：

Y=p0.75·D0.25

(2)

式中，p—風(fēng)險源；D—受體重要性；Y—綜合生態(tài)評價得分。根據(jù)評價計算的分?jǐn)?shù)即可對應(yīng)生態(tài)安全重要性等級，見表3。通過對燈臺架地區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到風(fēng)險源指標(biāo)得分為0.47，受體重要性為0.48，綜合得分為0.42，表明燈臺架地區(qū)的水土流失的可能性較高，遭到破壞的危險程度較大，風(fēng)險較高，且生態(tài)安全風(fēng)險等級較高的地區(qū)主要集中于農(nóng)村居民點。

表3 生態(tài)安全重要性等級劃分

3 配置過程分析

小流域的綜合治理要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦?、水土流失的現(xiàn)狀來決定，分層次有序?qū)ι舷掠芜M(jìn)行水土保持措施的構(gòu)筑，主要包括水土流失治理區(qū)、生態(tài)環(huán)境改善區(qū)一級其他區(qū)域，見表4。

表4 小流域措施配置區(qū)劃

根據(jù)上文分析結(jié)果，采取多種措施對燈臺架地區(qū)的對應(yīng)區(qū)域進(jìn)行空間措施的布置，主要布設(shè)措施有：在水土保持治理區(qū)(占總面積的71.5%)坡度大于25°的地方進(jìn)行封山育林，充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我恢復(fù)能力，在坡度小于25°的人口聚居區(qū)域，因地制宜，選擇當(dāng)?shù)剡m合的樹種，進(jìn)行生物工程治理，包括刺柏、五角楓、女貞和麻櫟等；在生態(tài)改善區(qū)(占總面積的1.9%)，以預(yù)防為主，防治結(jié)合的方式進(jìn)行改善，同時采取一定的工程措施，如新修梯田、堰壩、山塘、谷坊、蓄水池、疏溪固堤、排水溝、生產(chǎn)道路等綜合設(shè)施；在措施的空間配置上，注重水文的反復(fù)耦合計算，考慮各類措施之間的影響和銜接性。

依據(jù)上述水土保持措施，對經(jīng)過工程和生物工程治理的區(qū)域進(jìn)行減水和減沙效益值的分析，如圖3所示。

圖3 減水減沙效益值

從圖3中可以看出，治理過后的燈臺架地區(qū)的減水減沙作用明顯，平均減水率達(dá)到了22.6%，平均減沙率達(dá)到49.3%，表明水土保持治理治理效果逐步顯現(xiàn)，水土流失得到遏制，生態(tài)環(huán)境逐漸恢復(fù)，流域內(nèi)山青水秀一派生機盎然，逐步發(fā)展成適合人居、修閑旅游的好去處，也為今后清潔型小流域綜合治理找到了一條成功模式。

4 結(jié)論

以燈臺架小流域為例，以土地適宜性為約束條件、以水沙響應(yīng)為決策依據(jù)，構(gòu)建了基于生態(tài)安全評價的水土保持措施空間配置體系，通過治理后的效果表明：該地區(qū)水土流失得到明顯遏制，生態(tài)環(huán)境恢復(fù)良好，研究分析結(jié)果可為類似小流域地區(qū)的水土保持工作提供借鑒。