朝陽地區蓄水保沙能力定量評估及污染物攔截分析

高永軍

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

水土流失嚴重影響區域生態環境、社會經濟發展和人們生活水平的提高[1]。我國自20世紀90年代起加大對水土流失治理的力度，許多水土流失較為嚴重的區域得到有效治理，區域生態環境效應也逐步顯現[2]。當前，國內主要采用的水土保持措施包括梯田、壩地、退耕還林還草，不同水土保持措施的蓄水保沙以及污染物攔截能力有所不同，因此對生態環境效應的影響程度也有所差異[3]。當前，國內對于不同水土保持措施的生態效應定量評估取得一定研究成果[4-5]，這其中一種定量評估方法得到較為成熟的應用[6-8]，但在朝陽地區還未得到具體應用。朝陽屬于遼寧省水土流失較為嚴重的區域，自20世紀90年代起，朝陽地區加大對水土流失治理力度，區域水土流失也得到較為明顯的改善。為科學規劃區域水土保持措施，改善水土流失嚴重區域水土保持措施的生態環境效應，本文對朝陽地區主要水土保持措施，采用生態環境效應評估方法進行綜合評估。研究成果對于朝陽地區水土保持措施的科學規劃具有重要參考意義。

1 生態環境效應定量評估

1.1 蓄水保沙能力定量評估

采用場次暴雨觀測方式對采取不同水土保持措施的蓄水保沙能力進行定量評估，單個地塊蓄水保沙能力評估方程為：

(1)

式中，ra—采取不同水土保持措施的攔水能力，mm(或攔沙能力，t/km2);WR—采取不同水土保持措施的攔水量，m3(或攔沙量，t);a—水土流失治理面積，km2。

蓄水保沙效率r0計算方程為：

(2)

式中，WT—時段T內產水總量，m3(或產沙總量，t)；其余變量含義同前所述。

采取不同水土保持措施的蓄水保沙比例rwi計算方程為：

(3)

式中，∑WRi—采取不同水土保持措施的攔水總量，m3(或攔沙總量，t)。

區域最優水土保持措施主要通過對比rwi來確定，典型年份水沙模數計算方程分別為：

Ww=Mw·A

(4)

Ws=Ms·A

(5)

Wq=Mq·A

(6)

Wo=Mo·A

(7)

式中，Ww—采取不同水土保持措施的攔水量，m3;Ws—采取不同水土保持措施的攔沙量，t;Mw—采取不同水土保持措施的攔水模數，m3/km2;MS—采取不同水土保持措施的攔沙模數，t/km2；Wq—采取不同水土保持措施流失的徑流量，m3;Mq—采取不同水土保持措施的徑流模數實測值，m3/km2；Wo—采取不同水土保持措施的水土流失量，t;Mo—采取不同水土保持措施的輸沙模數實測值，t/km2。

1.2 攔污量評估指標

采取不同水土保持措施的污染物攔截量評估方程為：

Wq=WT×C2/100×η2

(8)

式中，Wq—采取不同水土保持措施攔截的污染物總量，t;WT—采取不同水土保持措施的水土流失總量，t;C2—未采取水土保持措施的區域污染物均值，t;η2—土壤污染富集度。

污染物攔截效率σ的評估方程為：

σ=(Wq-Wp)/Wq

(9)

式中，Wq—污染物總量，t;Wp—污染物流失總量，t;污染物的攔截比例、攔截能力同水沙評估方程一致。

2 評估結果

2.1 典型年份采取不同水土保持措施的蓄水保沙分析

以朝陽地區為典型區域，結合區域4種水土保持措施，對各年份采取不同水土保持措施的水沙攔截能力進行評估，見表1—2。

表1 各年份采取不同水土保持措施的徑流攔截分析

表2 各年份采取不同水土保持措施的沙量攔截分析

由各年份采取不同水土保持措施的攔水攔沙能力可看出，壩地相比于其他3種水土保持措施而言蓄水保沙能力最強，其次為梯田，草地的蓄水保沙能力最弱。采用壩地水土保持措施的水沙攔截比例均在80%以上，為朝陽地區效果較優的水土保持措施，壩地有效減小匯流坡面的長度，具有較好的蓄水保沙功效。林地和草地蓄水保沙功能相較于壩地有所減弱。

2.2 典型年份采取不同水土保持措施污染物攔截分析

采用試驗觀測方式對各年份采取不同水土保持措施的污染物攔截能力進行分析，見表3。

表3 各年份采取不同水土保持措施污染物攔截分析

由采取不同水土保持措施的攔污能力分析可看出，研究區域自2000年以來，加大了區域水土保持措施治理的力度，各年份攔截的污染物量也呈現明顯遞增變化。對于區域而言，由于蓄水保沙能力的增強，采取不同水土保持措施的污染物攔截量也明顯增加。壩地蓄水保沙能力最強，其攔污效率也最高；其次為梯田；草地蓄水保沙功能較弱，其污染物攔截效率也最低。由于坡長的改變，壩體水土流失量明顯減少。

2.3 基于場次暴雨特征的各水土保持措施生態環境效應分析

基于典型暴雨特征對區域的各水土保持措施生態效應進行定量評估，分析結果見表4—5。

表4 基于典型暴雨特征的蓄水保沙效應分析

表5 基于典型暴雨特征的污染物攔截效應分析

由典型暴雨的生態效應評估結果可看出，水土保持措施的生態效應較高，其中減水減沙效應均可達到40%以上，采取不同水土保持措施具有較為明顯的蓄水保沙作用。由不同暴雨場次攔截的污染物量也可看出，污染物攔截效率均在60%以上，具有較明顯的生態效應。

3 評估結論

(1)壩地的蓄水保沙能力較強，但是減少了河道內的水量，對于整個區域生態環境而言，建議可采取以壩地為主的水土流失治理方式，輔助以林地和草地的水土流失治理模式，既降低區域水土流失量，又不較大程度影響區域水量，充分發揮水土保持措施的生態效應。

(2)本文對不同水土保持措施的生態效應進行定量評估，但未對不同水土保持措施的坡度影響進行探討，而坡度對于區域采取水土保持措施的生態效應影響也較為敏感，在后續研究中還應對水土保持措施和坡度進行區域生態環境效應綜合評估。