談水文土壤分組方法及其對生態(tài)規(guī)劃的指導★

張 敏 任仲申

(北京大學，北京 100871)

·園林·綠化·環(huán)保·

談水文土壤分組方法及其對生態(tài)規(guī)劃的指導★

張 敏 任仲申

(北京大學，北京 100871)

以兩江新區(qū)的土壤數(shù)據(jù)為例，采用三次樣條插值法，將采用國際制土壤級配標準的土壤二次普查數(shù)據(jù)轉換成美國制標準，繼而劃分出水文土壤組。劃分結果表明，兩江新區(qū)土壤下滲能力較強，適宜進行LID，BMP等生態(tài)雨水設施的規(guī)劃建設，從而可減少城市洪澇災害。

水文土壤組，生態(tài)規(guī)劃，滲透性

1 概述

早在1955年，美國就開始將土壤作為生態(tài)規(guī)劃的重要考慮因素，美國農業(yè)部基于土壤的滲透性等水文特征劃分出A，B，C，D四個水文土壤分組，用于指導規(guī)劃建設。20世紀60年代，麥克哈格在Woodlands生態(tài)社區(qū)規(guī)劃中，就參考了美國農業(yè)部對當?shù)厮耐寥李愋偷恼{研報告，依據(jù)每類土壤的入滲、產流能力及其上植被狀況等因素，判定出適宜建設區(qū)域、保護區(qū)域及適建區(qū)的開發(fā)強度，并構建了生態(tài)排水設施[1]。該規(guī)劃方案的實施使Woodlands社區(qū)免遭數(shù)次洪水災害[2]。而中國學界對水文土壤的研究近幾年才剛剛興起，大都集中于土壤水文性質的理論研究，尚不能直接指導規(guī)劃實踐。水文分析常用的SCS，SWAT等來自美國的水文模型，雖然都涉及將中國土壤數(shù)據(jù)劃分為相應的水文土壤組，但缺少對分組方法的詳細介紹。因此，本文以重慶兩江新區(qū)土壤普查數(shù)據(jù)為例，探討水文土壤組劃分方法在中國的應用，推動國內規(guī)劃設計對土壤水文特征的分析和應用。

2 數(shù)據(jù)獲取與處理

表1 兩江新區(qū)土壤顆粒分級(國際制)

本文依托北京大學“水體污染控制與治理科技重大專項”課題組，獲取重慶市兩江新區(qū)的土壤二次普查數(shù)據(jù)。兩江新區(qū)現(xiàn)有土壤數(shù)據(jù)按照土壤的發(fā)生學類型來分，共有7個亞類，二次普查的土壤顆粒數(shù)據(jù)如表1所示，采用的是國際制的土壤級配標準。水文土壤組A，B，C，D[3]四個類別的劃分標準，采用的是美國制的土壤級配標準，國際制和美國制的區(qū)別在于粒徑的劃分刻度不同(見表2)。關于土壤質地不同制度間的轉換目前主要有圖解法和數(shù)學模型法，數(shù)學方法與圖解法相比可以避免人為的隨意性而更具有客觀性[4]。蔡永明對比了應用三次樣條插值、二次樣條插值、線性插值法等將土壤數(shù)據(jù)進行轉換的結果，表明三次樣條插值法最優(yōu)[4]，因此本文采用三次樣條插值法將土壤級配數(shù)據(jù)轉換成美國制。

Matlab軟件可方便實現(xiàn)三次樣條插值，且操作簡單，轉換成美國制的土壤級配標準如表3所示。

表2 土壤粒徑的國際制和美國制比較

表3 兩江新區(qū)土壤顆粒分級(美國制)

3 水文土壤分組結果

按照土壤入滲能力的強弱，美國農業(yè)部將土壤劃分為A,B,C,D四個入滲能力依次減弱的水文土壤組。體現(xiàn)土壤入滲能力的重要特征就是土壤的飽和導水率(K)，以土壤飽和導水率為標準劃分的水文土壤組如表4所示。

表4 水文土壤組劃分標準

飽和導水率通過經(jīng)驗公式[5]得到:

K=0.056·C+0.016·S+0.231·Om-0.693。

式中：K——飽和導水率，mm/min;C——土壤中粘粒含量，%;S——土壤中砂粒含量，%;Om——土壤中有機質含量,%。

其中的土壤粒級分類標準依照美國制。將兩江新區(qū)所有的土壤顆粒數(shù)據(jù)和有機質資料代入公式即可以計算出每種土壤的飽和導水率K，繼而得到每種土壤所對應的土壤水文組(如表5所示)。

表5 兩江新區(qū)水文土壤分組結果

從分組結果來看，兩江新區(qū)的7種土壤亞類可劃分為2種水文土壤A，B，四類水文土壤的性質如下(見表6)。因此，可以整體判斷兩江新區(qū)的土壤滲透性好，產流能力低，適宜進行LID，BMP等生態(tài)雨水設施規(guī)劃。

表6 各類水文土壤組性質

4 結語

本文以重慶兩江新區(qū)的土壤數(shù)據(jù)為例，介紹了將采用國際制土壤級配標準的中國土壤數(shù)據(jù)，轉換成美國制標準繼而劃分出水文土壤組的方法。劃分結果表明，兩江新區(qū)土壤滲透性好，適宜生態(tài)雨水設施及其他下滲設施的規(guī)劃建設，從而可減少洪澇災害、補給地下水。同時，清晰的水文土壤組劃分步驟利于規(guī)劃師操作，使規(guī)劃師能夠根據(jù)土壤的水文特征，在更小的尺度安排更恰當?shù)耐恋乩梅绞健榱俗屚寥罃?shù)據(jù)能更好的為規(guī)劃所用，建議今后的土壤普查數(shù)據(jù)采用美國制級配標準。

[1] Wallace,McHarg,Roberts,et al.WOODLANDS NEW COMMUNITY-GUIDELINES FOR SITE PLANNING[R].Philadelphia,Pennsylvania，19103,1973.

[2] Yang B,Li M-H.Assessing planning approaches by watershed streamflow modeling:Case study of The Woodlands;Texas[J].Landscape and Urban Planning,2011,99(1):9-22.

[3] Soil Survey Staff.Soil survey manual.United States Department of Agriculture-Natural Resources Conservation Service.Archived from the original on，2006.

[4] 蔡永明,張科利,李雙才.不同粒徑制間土壤質地資料的轉換問題研究[J].土壤學報,2003(4):511-517.

[5] Chow W D.Handbook of Applied Hydrology.McGraw-Hill，1964：624.

On water soil grouping method and its direction for ecological planning★

ZHANG Min REN Zhong-shen

(BeijingUniversity,Beijing100871,China)

Taking the soil data in Liangjiang New District as the example, the paper adopts the cubic spine interpolation method and transforms the soil secondary census data of the international soil graded standard sand into American standard, classifies the water-soil groupd, and proves by the classification that the soil infiltration capacity is strong and it is suitable for undertaking the planning construction for the ecological rainwater facilities, including LID and BMP, so as to reduce the urban flood disaster.

water-soil group, ecological planning, infiltration

1009-6825(2014)11-0225-02

2014-02-07★：水體污染控制與治理科技重大專項“重慶兩江新區(qū)城市水系統(tǒng)構建技術研究與示范”(項目編號：2012ZX07307-001-003)

張 敏(1991- )，女，在讀碩士； 任仲申(1989- )，男，在讀碩士

S159.2

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