基于生態安全的小流域水土保持措施空間配置研究
——以燈臺架小流域為例

張風香，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重的國家之一，據統計，全國約有1/3以上的土地存在不同程度的水土流失，給當地的農業經濟生產帶來嚴重影響，也制約著我國的可持續發展，水土保持的形勢不容樂觀[1-4]。

隨著社會經濟的不斷發展，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，多年以來，許多專家學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[5-8]。從最初的定性分析到現在的定量分析，從最初的單因素評價到現在的多因素、多目標評價，小流域的水土保持工作正穩步向前推進，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濟效益及模式、措施等方面，但治理成果理論化程度低、對減輕水土流失災害和改善生態環境等研究不足，且不同地區的水土保持措施的不唯一性，以燈臺架小流域為例，綜合考慮經濟、社會與生態因素，對該地區的水土保持措施進行了空間上的最佳配置研究，可為類似地區的水土保持工作提供借鑒。

1 研究區概況

1.1 水土流失概況

燈臺架小流域位于舞鋼市楊莊鄉境內。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活動方式的影響，造成水土流失面積較大，范圍較廣，流域內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。流域內平均土壤侵蝕模數2174t/(km2·a)，年均土壤流失總量達7.61萬t。

1.2 水土流失對當地帶來的影響

水土流失給當地造成了較大的危害，在農業生產方面，地表土壤肥力逐步降低，跑水跑肥造成農業生產投入成本增加，糧食生產低而不穩，抗御自然災害能力不足；在生態環境方面，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，使當地生態植被逐年減少，自然生態失衡，環境不斷惡化，洪澇、干旱災害頻繁發生，河流旱時斷流，澇時泛濫成災，地下水位不斷下降，造成農村人蓄飲水困難。由于連年洪水使大量泥沙沖入河道，河床逐漸抬高，山塘、水庫淤積嚴重，河道兩岸農田沖刷毀壞嚴重。

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行科學合理的分析，通過評價結果分析，可在水土保持措施的空間配置中得到各區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、可持續利用原則、農林牧地原則。利用GIS對30m×30m的土地單元進行統計分析，對土地利用方式、侵蝕強度、地貌部位、坡度以及坡向等指標進行具體的量化，最后加權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權重

2.2 水沙響應評價

水沙響應采用小流域侵蝕模型并結合GIS技術，對破面徑流、流域匯流、坡面侵蝕量以及流域產沙等指標進行分析，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，根據圖中CN值結果并結合燈臺架小流域的實際情況，確定該地區的水文土壤為B組。根據燈臺架地區破面徑流資料，監測不同措施下的水保結果，發現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子流域的面積，得到子流域的土壤侵蝕量和侵蝕模數，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，水土流失越發嚴重。

圖1 CN值

圖2 水土保持效益值

表2 水沙響應值

2.3 生態安全評價

對小流域進行生態安全評價可以更好地辨別當地的生態系統穩定性、脆弱性以及可持續發展性。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項作為水土流失風險源的評價指標，其對應的指標權重分別為0.33、0.03、0.22、0.03、0.20、0.03、0.12、0.04；將潛在經濟損失、受影響人口以及生態服務價值作為受體重要性評價指標，其權重分別為0.16、0.58以及0.26。指標計算采用加法公式，即：

(1)

綜合評價則采用乘法公式：

Y=p0.75·D0.25

(2)

式中，p—風險源；D—受體重要性；Y—綜合生態評價得分。根據評價計算的分數即可對應生態安全重要性等級，見表3。通過對燈臺架地區的數據進行分析，得到風險源指標得分為0.47，受體重要性為0.48，綜合得分為0.42，表明燈臺架地區的水土流失的可能性較高，遭到破壞的危險程度較大，風險較高，且生態安全風險等級較高的地區主要集中于農村居民點。

表3 生態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當地的地形、水土流失的現狀來決定，分層次有序對上下游進行水土保持措施的構筑，主要包括水土流失治理區、生態環境改善區一級其他區域，見表4。

表4 小流域措施配置區劃

根據上文分析結果，采取多種措施對燈臺架地區的對應區域進行空間措施的布置，主要布設措施有：在水土保持治理區(占總面積的71.5%)坡度大于25°的地方進行封山育林，充分發揮生態系統自我恢復能力，在坡度小于25°的人口聚居區域，因地制宜，選擇當地適合的樹種，進行生物工程治理，包括刺柏、五角楓、女貞和麻櫟等；在生態改善區(占總面積的1.9%)，以預防為主，防治結合的方式進行改善，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、生產道路等綜合設施；在措施的空間配置上，注重水文的反復耦合計算，考慮各類措施之間的影響和銜接性。

依據上述水土保持措施，對經過工程和生物工程治理的區域進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的減水減沙作用明顯，平均減水率達到了22.6%，平均減沙率達到49.3%，表明水土保持治理治理效果逐步顯現，水土流失得到遏制，生態環境逐漸恢復，流域內山青水秀一派生機盎然，逐步發展成適合人居、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、以水沙響應為決策依據，構建了基于生態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：該地區水土流失得到明顯遏制，生態環境恢復良好，研究分析結果可為類似小流域地區的水土保持工作提供借鑒。