朝陽縣下洼小流域水土保持措施空間配置研究

張曉光

(朝陽縣水土保持局，遼寧 朝陽 122000)

0 引 言

調查顯示，水土流失對全國約1/3的土地均造成了不同程度的危害，中國屬于土壤侵蝕較嚴重的地區之一，給經濟社會發展和當地農業生產建設帶來極為不利的影響，特別是小流域的水土保持治理仍面臨著嚴峻的形勢。

隨著人們生態環保意識的增強以及社會科技的不斷進步，水土流失治理越來越引起相關部門的高度重視，水土保持工作的重要內容逐漸轉向以小流域為單元的治理。長期以來，小流域的水土保持措施為國內外諸多學者的研究重點，形成了一定的自然環境保護方法和綜合效益評價理論。從最初的單因素定性分析到現在的多目標、多要素定量評價，正穩步向前推進小流域的水土保持工作，同時該項工作中也逐漸引入一些新理論和新方法，為準確評價與分析治理工程各項效益提供有效手段[1-5]。

當前，水土保持工作集中于保護措施、治理模式和經濟效益等內容，設計改善自然環境和減輕土壤侵蝕危害的研究較少，治理成果理論化程度低且未考慮不同地區水保措施的差異性[6]。因此，文章以朝陽縣下洼小流域為例，考慮生態、社會與經濟等多方面因素，從空間上優化配置該小流域的水土保持措施，可為區域水土保持規劃以及協調各子系統之間的關系提供決策依據。

1 小流域概況

1.1 水土流失現狀

下洼小流域位于朝陽縣烏蘭河碩鄉境內，屬大凌河水系，地處遼西低山丘陵區，地理位置為E119°53'53"-119°56'9"，N41°20'45"-41°22'6"。流域總面積430.23hm2，海撥高程105-370m，相對高差265m，氣候類型為半濕潤、半干旱大陸性季風氣候，年均降水量為515mm，相對濕度52%，年均徑流深112mm。受地理條件與季風氣候影響降水量年季間變化大，年內分配不均勻，多集中在7、8、9三個月。在降水沖刷作用下流域內土壤侵蝕問題突出，主要以中度水蝕為主，水土流失面積340.76hm2，其中輕度、中度和強烈侵蝕面積為41.79hm2、285.71hm2、13.26hm2，土壤侵蝕模數為1989t/km2·a。為進一步促進農業發展和穩步提升農民收入，改善農業生產條件和居民生活環境，降低江河泥沙淤積和水土流失危害程度，朝陽縣建設實施了一系列的綜合治理項目，并取得了較好的治理成效，有必要選用合適的方法評價流域生態安全狀況[7]。

1.2 水土流失成因及其帶來的影響

根據土壤侵蝕現場調查結果和相關資料，自然因素和人為因素為造成小流域水土流失的兩大原因。

1)自然因素：該流域地處半濕潤區域，降雨強度大、降雨多、雨量集中且年內分配不均衡，大多數河流為山溪性河流，汛期河水順山勢而下對沿河的農田、林地造成了一定的危害，同時流域內土質疏松、土層較薄、山高坡陡，這些因素加劇了水土流失的形成。

2)人為因素：由于經濟利益的趨使一些人違反自然規律，破壞生態平衡，在沒有長遠規劃的情況下亂墾亂牧、濫砍濫伐，不合理的毀林開荒和陡坡耕種等要素為產生水土流失的重要原因，加之一些采石、取土等不合理的生產建設活動，使得地面植被發生嚴重的破壞，巖石裸露等也是引起土壤侵蝕的重要因素。其中，人為因素主要表現為植被破壞、過度放牧等長期掠奪式生產方式。

水土流失給當地帶來的影響主要體現在以下方面：①從農業生產的角度，降低了地表土壤的肥力以及小流域抵御自然災害的能力，增大農業投入成本，耕地被切割得支離破碎，糧食產量低而不穩；②從生態環境的角度，水土流失使得土壤肥力和蓄水保墑效果下降，人為活動對林草植被的打破了原有系統平衡，環境惡化、生態失衡、干旱與洪澇災害頻發等問題突出，澇時成災、旱時斷流、地下水位下降等對小流域生態保護和人畜飲水安全帶來極大負面影響；③大量泥沙在連年洪水沖刷下進入河流，從而使得河道淤積、河床太高，對沿岸農田、道路及村莊安全造成嚴重的威脅[8]。

1.3 水土保持措施

項目區地形總體較為平坦，大部分為荒山，坡耕地、林地面積較少，荒山大部分為土石質山，適宜進行水土保持整地、造林；工程區內的坡耕地土層厚度在80-200范圍內，適宜修建水平梯田；工程區集中連片有利于機械施工和生產作業，土壤含水性較好，穩定的地下水資源也為梯田建設所達到的高產豐產提供可靠的保障。

因此，針對工程區土壤侵蝕特征、地貌形態特征及侵蝕類型，以興建水土保持林、恢復植被為重點，以開發利用和治理保護水土資源為基礎，綜合治理小流域的水土流失。對地表徑流區采取保土耕作措施以減少坡耕地土壤侵蝕危害；對荒山、林地以及疏林地等實施封育治理改善立地條件，可為生態恢復和提高林草覆蓋率創造有利的條件。工程建設規模為：經濟林(水平槽)、封育治理、保土耕作為50.00、91.04、108.96hm2，圍欄2965m，作業路4.06km，綜合治理面積250.00hm2。

2 水土保持措施空間配置

2.1 土地適宜性分析

對土地各要素空間差異性及其稟賦條件的科學合理分析為土地適宜性評價的關鍵，結合分析結果優選出適合各區域土地的水保措施配置模式。一般地，土地適宜性分析應遵循農林牧地、可持續利用、因地制宜和對比分析等原則，將各土地單元運用分辨率為30m×30m的GIS軟件統計，量化坡向、坡度、地貌部位、侵蝕強度和利用方式等具體的指標，然后采用加權求和法輸出最終的得分率，并以此為依據評判土地的適宜性水平，土地適宜性各要素得分率，見表1。

表1 土地適宜性各要素得分率

2.2 水沙響應評價

水沙響應主要是對流域產沙、坡面侵蝕量、流域匯流及坡面徑流等要素利用GIS技術和小流域土壤侵蝕模型進行分析，仍選用分辨率為30m×30m的格柵完成量化分析。將不同土地利用方式下小流域的CN值運用SCS徑流曲線法求解，不同土地利用的CN值，見圖1。根據朝陽縣下洼小流域實際狀況和圖1中不同用地類型下的CN值，確定工程區為B組水文土壤。結合下洼地區的坡面徑流資料監測不同整治措施下的治理效益，結果顯示不同措施的水保效益存在較大差異，水土保持效益值，見圖2。然后將各子流域的面積與累加的每個單元土壤侵蝕量作乘積運算，結合各單元出口出的徑流總量確定子流域土壤侵蝕模數和侵蝕量，小流域水沙響應值，見表2。從表2可知，原本沉積的泥沙在水流動力的作用下會被沖走，土壤的侵蝕能力隨著下游流量的增大而增加，由此進一步增強了水流的搬運與沖刷能力，使得小流域土壤侵蝕問題更加突出。

圖1 不同土地利用的CN值

圖2 水土保持效益值

表2 小流域水沙響應值

2.3 生態安全評價

為更加客觀的識別當地生態系統的脆弱性、穩定性及可持續性有必要科學評價小流域的生態安全水平，參與水土流失風險源識別的因子有溝壑密度、人類活動強度、坡向、土壤類別、溝道比降、植被覆蓋率、坡度及年降雨量等，計算確定的各因子權重為0.04、0.03、0.03、0.03、0.12、0.20、0.22、0.33；小流域生態安全的重要性評價指標選取為生態服務價值、受影響人口、潛在經濟損失，利用公式確定相應的權重為0.25、0.58、0.17。采用加權公式確定各個評價因子值，即：

(1)

采用乘法公式確定綜合評判值，其表達式為：

Y=p0.75×D0.25

(2)

式中：D、Y、p為小流域生態安全的重要性、綜合得分和風險源。生態安全重要性等級按照綜合計算得分和劃分的評定標準確定，小流域生態安全重要性等級，見表3。統計分析下洼地區的相關數據，最終確定綜合得分、受體重要性和風險源得分為0.42、0.48、0.47，可見下洼小流域具有較高的水土流失風險，生態環境遭受破壞的概率大且危害程度高，其中農民居民點為高等級生態安全風險集中區。

表3 小流域生態安全重要性等級

2.4 配置過程分析

小流域水土流失現狀、當地的地形條件在很大程度上決定了綜合治理措施的實施，水土保持措施按照上下游分層次有序的構筑，主要涉及生態環境改善區、水土流失治理區以及其它地區，水土保持措施空間配置區劃，見表4。

表4 水土保持措施空間配置區劃

結合小流域治理目標和上文分析結果，從空間上合理布置下洼小流域的多種治理措施，具體包括：①為提升工程區林草植被覆蓋率和發揮生態系統的自修復能力，對坡度>25°的水土流失治理區實行封山育林措施，對人口聚居且坡度<25°的區域實施生物工程治理措施，因地制宜的選擇落葉松、刺槐以及果樹等合適的樹種；②對生態環境改善區堅持以防為主、防治結合的原則實行一定的工程措施，如修建生產道路、疏溪固堤、谷坊、堰壩、排水溝、蓄水池、山塘、梯田等綜合設施；③強調水文耦合的反復運算以滿足措施空間配置的要求，注重不同治理措施之間的銜接性與相互作用關系。

從減水、減沙的角度分析工程和生物治理措施的水土保持效益，小流域不同斷面的減水減沙效益，見圖3。從圖3可知，下洼小流域綜合治理工程發揮著顯著的減水減沙作用，減水、減沙率達到49.1%和22.8%，由此表明布設的各項治理措施逐漸發揮相應的成效，對恢復生態環境和控制水土流失具有積極作用。各項工程措施發揮效益后可以顯著降低土壤流失量，可促進生態環境的良性循環，有效遏制水土流失的發展趨勢，這在很大程度上推動農村經濟發展，同時能夠將土地利用率提升至80%以上。項目的實施從根本上解決了河道淤積的問題，提升了土壤肥沃力和當地農業生產條件，逐漸形成了休閑娛樂、適宜居住的好地方[9]。

圖3 小流域不同斷面的減水減沙效益

3 結 論

文章以朝陽縣下洼小流域為例，設定水保措施的決策依據、約束條件為減流減沙效益和土地適宜性分析，從數量、時間和空間上形成不同水保措施的空間配置體系。結果發現，生態治理措施的實施顯著改善的當地自然環境，對改善土壤理化性質、增強土壤肥力和解決河道淤積等問題發揮著巨大作用，可為其他小流域水土保持規劃和水生態文明建設提供決策依據。