水土保持術語修訂中“水流失”概念的界定

張 鴻,馬 濤,張進朝,石東凱,張衛東,宋承禮

(西平縣水利局,河南 西平 463900)

水土保持術語是水土保持的理論基礎,對水土保持相關工作具有指導性。2006年頒布的《水土保持術語》(GB/T 20465—2006)在滿足水土保持階段性工作方面起到了積極作用,但隨著社會的發展及人們對環境需求的不斷提高,對水土保持工作特別是“水的損失”概念也提出了新的觀點和要求[1］。

“水的損失”是水土流失造成危害的表現形式。該概念在指導水土保持生產實踐過程中發揮了積極的作用,但隨著經濟社會和學科的不斷發展,特別是在國家生態文明建設及《中華人民共和國水土保持法》修訂頒布的背景下,該概念已不能完全適應水土保持內涵和外延的發展,需要進行科學研究界定[2］。

根據《國家標準管理辦法》,按照國家標準化管理委員會推出的標準化工作十項新舉措要求,有必要對《水土保持術語》(GB/T 20465—2006)進行修訂,科學界定“水流失”的概念,為完善水土保持基礎理論,滿足新時代水土保持工作新要求打下堅實基礎。

1 現狀分析

水土流失屬水土保持學科概念,國內外對水土流失解釋均不一致,使水土保持工作實踐及水土保持學科發展出現一定困難和問題[3］。

英、美等大多數國家采用“土壤侵蝕”一詞,指在雨和風等作用下造成的土壤分離、搬運和流失[4-9］。在我國,孫建軒[10］、吳以敩[11］認為水土流失就是土壤侵蝕;陳彰岑[12］認為水土流失是水土進入了河道支流;水土保持學界老前輩關君蔚教授在教材《水土保持原理》中定義“水土流失是在陸地表面由外營力引起的水土資源和生產力的損失和破壞;水土流失包括水的流失和土的流失兩個相互滲透和依存的側面,土壤侵蝕是水土流失的同義語”;王禮先[13］認為“水土流失(soil erosion and water loss)是在水力、風力、重力等外營力作用下,水土資源和土地生產力遭受的破壞和損失,包括土地表層侵蝕及水的損失,又稱水土損失”;辛樹幟等[14］提出“水土流失是地表土壤及母質受外力作用發生的各種破壞、移動和堆積過程,以及水的損失,包括水力侵蝕、風力侵蝕、重力侵蝕和凍融侵蝕等”;南京大學、北京大學等合編的《地貌學》中認為“所謂水土流失,就是地表土層受流水作用造成的水和土的損失,其中有流水直接沖刷造成的,也有間接造成的”[15］;陳道[16］、安樹青[17］認為水土流失是“在自然或人為因素影響下造成地表土壤中的水分和土壤同時流失的現象”;郭廷輔[18］、王漢存[19］認為水土流失除土壤、母質的流失外,還包括水的流失;壽嘉華[20］認為“在山區、丘陵區,由于雨水不能就地消納,順著溝坡下流,沖刷土壤,使水分和土壤同時流失的現象稱為水土流失”;項玉章等[21］解釋水土流失是“在水力、風力、凍融、重力等外力作用下,水土資源和土地生產力的破壞和損失,包括土地表層侵蝕及水的損失”;解明曙等[22］認為水土流失的含義包括“水的損失(water loss)”和“土壤侵蝕(soil erosion)”。

2006年,國家標準《水土保持術語》(GB/T 20465—2006)頒布,“水土流失”被定義為“水土流失soil erosion and water loss:在水力、風力、重力及凍融等自然營力和人類活動作用下,水土資源和土地生產能力的破壞和損失,包括土地表層侵蝕和水的損失”。其中,作為其重要組成部分,“水的損失”被定義為“水的損失water loss:大于土壤入滲強度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現象”[23］。近年來,國內專家學者及工程技術人員對“水的損失”概念進行了研究和思考,提出了一些看法和建議,但對現行國標《水土保持術語》(GB/T 20465—2006)修訂的研究及“水流失”新概念的界定涉及很少。現行國標中“水的損失”概念是在我國重視生態文明建設以前總結的階段性概念,適應了當時社會的發展,但隨著社會進步和人類對生存環境的新需求,逐漸顯現出明顯的不足。

1.1 “水的損失”概念定義規則約束缺失

“水的損失”作為被定義項,其概念認知度應低于定義項“大于土壤入滲強度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現象”的認知度。但顯然,人們對“流失”一詞的認知與“水的損失”一樣不清晰,因此這是晦澀定義的表現;同時,定義項中不能直接或間接地包含被定義項,而用“流失”解釋“水的損失”明顯是間接包含,出現循環定義的問題;再者,定義項與被定義項的外延必須是全同關系,該概念把自然入滲以外的自然徑流看作是水的損失現象,明顯是定義過窄[24］。

1.2 “水的損失”概念階段發展不完善

“水的損失”概念在應用實踐中,其內涵外延有一定的變化,學術界進行了初步探討。

李文銀等[25］在編著的《工礦區水土保持》中提出,“工礦區水損失是指工礦區生產建設活動所引起的區域水量的損失”。

楊子生等[26］在對“水的損失(或流失)”的研究中,主要是對“土壤水分流失”進行了實際研究。

何騰兵[27］提出,“水的損失主要是指降水落到地表之后,由于蒸發和蒸騰、地表徑流和土體內滲透、向深層滲漏,從而造成不利于生產和生活的現象”。

楊子生[3］提出,“水土流失中的‘水的流失’,對水蝕區而言,主要包括引起侵蝕的那部分徑流的損失(沒有引起侵蝕的那部分徑流的損失不歸入‘水的流失’中)和土壤水分的流失;而對風蝕區來說,則主要指土壤水分的流失。此外,還可包括因措施不力或無措施而使土壤水分過多蒸發所致的水分損失”。

朱太芳[28］提出,“開發建設項目造成的水流失是指項目水文地質單元中的水均衡轉換關系被建設項目人為干擾活動(疏排水)所破壞,造成儲存量減少,流出量增加,增加的流出量即為流失量,包括水的質和量兩個方面”。

水土保持專家劉寶元[29］提出,“水的損失包括地表徑流、滲漏和蒸發,一般單指地表徑流;水土流失監測主要包括水的流失、土的流失和養分流失”。

趙永軍等[30］對“水流失量”有如下描述:“項目建成后地表(下)水輸出項目區的總量與原地貌條件下地表(下)水輸出量之差,以及因增加無效蒸發而損失的水量,統稱為水流失量。”

注冊土木工程師(水利水電工程)資格考試指定輔導教材《水利水電工程專業知識》[31］中定義:“水損失是指由于人類活動而導致局地正常水循環遭受破壞,使水分以徑流、蒸散、滲漏等形式而損失,從而導致干旱、洪水等災害的一種水土流失形式。”

張鴻[32］在《開發建設項目水土流失中水損失的預測》一文中提出:“開發建設項目水損失就是項目水文地質單元中的水均衡轉換關系被建設項目人為干擾活動所破壞,造成徑流加大、蒸發量減小、入滲量減小,其增減的量即為損失量,包括水的質和量兩個方面。”

1.3 “水的損失”概念不統一使法律規范執行缺失

水土保持法律法規提出了水土保持方案編制、水土保持規劃等方面的要求[33］,《水利水電工程水土保持技術規范》(SL 575—2012)提出“對于年均降雨量300～600 mm的地區,應預測水損失”[34］。但我國水土保持工作實踐中對水的損失的預測、治理基本缺項,其主要原因就是對“水的損失”概念的不完善不統一造成的理論指導性缺失。

因此,水土保持術語中“水的損失”概念標準已經不適應社會的發展,迫切需要修訂。

2 “水的損失”概念確定思路與方法

2.1 “水的損失”概念確定思路

現行國標《水土保持術語》(GB/T 20465—2006)對“水的損失”概念定義僅從雨水形成徑流角度,做了表面描述。“水的損失”概念確定的新思路是增加入滲和蒸發及質量三方面因素,即從水循環角度綜合考慮降雨、徑流、入滲、蒸發及水質來確定水的損失概念。另外,從概念應用方面加入邏輯規則的復合性判定。

2.2 “水的損失”概念確定方法

2.2.1 “水的損失”宜混淆詞語判別

孫龍等[35-37］在論文中提出的“水損失”是指電廠循環冷卻水系統濕式冷卻塔的蒸發損失及系統漏點漏水;馮書倉等[38-46］在論文中提出的“輸水損失”是指渠道、河道跑水、滲漏水現象;弭磊等[47］提出的“棄水損失”是指水電站運行中泄洪閘泄水;官海峰[48］提出的“水量損失”是指土質渠道滲漏問題;劉洪先[49］提出的“水損失”是指灌溉工程中的大氣損失(包括:水面蒸發;噴灌系統的飄逸和蒸發損失;裸地蒸發;非目的植物的蒸騰和蒸發,但這類作物屬于經濟作物,如茅草、牧草、藥材等;非經濟或糧食作物的蒸發和騰發,如田間雜草)、地面損失(未用于田間灌溉的渠道水流、田間徑流、排水溝排出的水量)和滲入地下(渠道的滲漏損失、田間深層滲漏損失);李延昭等[50］提出的“水損失”是指供熱管網跑、冒、滴、漏,用戶違規排、用熱水;ЖИВАЙКИН[51］提出的“水損失”是指噴淋水從冷卻管旁邊流走的現象;于占鴻[52］提出的“水損失”是企業管理方面供水系統漏失、漏計損失和水表失準損失;查智力等[53］提出的“水力損失”是指井筒式泵水流漩渦引起的能量損失。

由上述詞語實際含義可知,其與水土保持術語中的“水的損失”在本質上有天壤之別,這在認知上容易引起詞語混亂。因此,有必要探討用其他詞語替代的可行性。

2.2.2 “水的損失”相似概念邏輯判別

李文銀等[25］提出的“工礦區水損失”包括:一是地表徑流損失,即地表遭遇破壞后使巖土體下滲和容蓄水分能力降低時,地表徑流迅速匯集而流失;二是地表水淺層滲漏損失,即地表遭遇擾動后水分向淺層巖土中迅速滲漏,使表層0～50 cm的植物根系得不到充足水分供應,造成植被生長不良或死亡;三是地表水深層滲漏損失,即地表儲水結構破壞,出現塌陷或裂縫時,地表水分向深層滲漏,造成地表嚴重干旱、植被干枯;四是礦山排水引起的地下水損失,即礦坑水或疏干水排放使區域地下水儲量大幅下降,造成水資源嚴重浪費和短缺;五是工程建設活動引起的地下水損失,即鉆井、穿山隧洞、地下水超采造成的地下水損失。由上述概念內涵可以看出,用“流失”解釋“地表徑流損失”不符合邏輯規則要求,而“迅速滲漏”“深層滲漏”“礦坑水或疏干水排放”“鉆井、穿山隧洞、地下水超采”等形成的水損失應該歸為無法彌補、恢復的水環境的破壞,不應是“水的損失”概念的內涵。

朱太芳[28］提出“水流失”一詞,定義了其內涵是“人為干擾活動”“破壞”“水文地質單元”“水均衡轉換關系”,并以“增加的流出量”擴大了“流失量”這一概念的內涵,但他是以建設項目所占地域為研究對象提出的,是僅從“疏排水”這一現象做出的定義,對“水均衡轉換關系”中的水分入滲、水分蒸發研究缺失。

劉寶元[29］提出“水的損失”內涵包括了“地表徑流、滲漏和蒸發”,沒有對水均衡轉換關系中的徑流、入滲、蒸發環節進一步增加概念內涵,使“水的損失”概念外延擴大了。

趙永軍等[30］以整個項目區域為研究對象,提出“水流失量”概念,內涵引入“原地貌條件下”約束條件,項目區建成后地表(下)水輸出項目區的總量與建成前輸出總量之差值即為“水流失量”,實際研究中只以“徑流”代表了地表(下)水輸出項目區的總量,對入滲、蒸發未做深入研究。

注冊土木工程師(水利水電工程)資格考試指定輔導教材《水利水電工程專業知識》[31］提出“水損失”概念,定義了其內涵是“人類活動”“破壞”“局地”“正常水循環”,“水分”以“徑流、蒸散、滲漏等形式而損失”,也是沒有從“正常水循環”中徑流、入滲、蒸發環節進一步增加概念內涵,擴大了“水損失”概念外延,有違概念限制的邏輯規則[54］。

張鴻[32］以“項目水文地質單元”為研究對象,提出“水的損失”概念,定義了其內涵是“人為干擾活動”“破壞”“水文地質單元”“水均衡轉換關系”,以“徑流加大、蒸發量減小、入滲量減小”所增減的量定義為“損失量”,對其他“水的損失”概念擴大的外延進行了適當減小,較符合概念限制的邏輯規則;張鴻等[55］在水損失監測探討中對“水的損失”概念的應用做了進一步補充闡述,使概念內涵更清晰。

2.2.3 “水的損失”合理概念邏輯判別

2014年,張鴻[56］在《長江科學院院報》發表的《水土保持術語中水損失的新概念》一文中提出,“水損失應該是指一定時段的局地水文地質單元中水均衡轉換關系被打破而使水分相對變化的現象,表現在徑流加大、蒸發減小、入滲減小,其增減的數值即為損失量,包括水的質和量兩方面”。其中,包括以下概念內涵內容:“一定時段”是指研究對象“局地水文地質單元”水損失的發生與結果需指定一個開始和結束時間節點;“水文地質單元”是指一定的陸地下墊面條件下的一定面積;“水均衡轉換關系”是指大氣水、地表水、地下水三圈帶的水通過降水、蒸發、入滲、徑流等基本形式完成相互轉換,在一定時間內保持相對均衡;“被打破”是指因自然或人為因素打破;“水分相對變化”說明“水損失”是相對的,就整個自然界而言并沒有水損失,人類對自然環境有需求時才有水損失的判定;“其增減的數值”是指相對加大的徑流量、減小的蒸發量、減小的入滲量均為正值數,即水損失是正數;“水損失”是下墊面變化造成影響的3種損失的疊加,而不是降雨量在下墊面變化時的徑流、蒸發、入滲3種形式的新分配。

由上述可以看出,增加了“水的損失”發生與結束時間為研究對象“局地水文地質單元”中“水均衡轉換關系被打破”的概念內涵;提出“其增減的數值即為損失量”,合理減少了“水的損失”概念外延,又符合確定“水的損失”概念的邏輯規則,進一步明確了“水的損失”概念。

3 “水流失”概念的界定

3.1 “水的損失”與“水流失”詞義辨析

目前,人們對“水的損失”詞語的定義涉及以水為載體的電廠冷卻塔、河道、渠道、灌溉工程系統、供熱管網、冷卻管、井筒水泵、供水管理等多方面內容,有水本身的疏排、徑流等形式方面內容,有降水、徑流、入滲、蒸發等循環形式方面的內容等,運用較寬泛但各自內涵不一樣,因此人們理解上易造成歧義和誤解,特別是在“水的損失”方面易造成交流困難[57］。

國內外的文獻對“水土流失”有明確的定義,但是在“水流失”的概念上還存在一定的分歧和差異。王艷麗等[58］認為“水流失是指由于流域的人為活動或自然災害的破壞,造成流域的地表植被稀疏或缺失、地表涵養水分的能力和土壤滲透能力下降,導致降雨后的匯流歷時縮短,大量的地表徑流快速匯流到溝谷、溪流和河川中,形成猛漲猛落的洪水,引起流域內水的流失,同時伴有土壤侵蝕的發生”;馬樂寬等[59］認為“水流失”本質上就是生態環境水向潛在資源水和災害水轉化的過程。

其他涉及“水流失”的文獻均是從水土保持行業角度對“水土流失”延伸出來的,在概念應用方面易于理解和辨別。

3.2 “水流失”概念術語界定

以上述明確的“水的損失”概念為基礎,以“水流失”一詞替代詞語“水的損失”,按直接表述概念的規范要求來定義如下:“水流失water loss:一定時段的局地水文地質單元中水均衡轉換關系被打破而使水分相對變化的現象,表現在徑流加大、蒸發減小、入滲減小,其增減的數值即為損失量,包括水的質和量兩方面。”

水流失估算公式[56］為

(1)

(2)

(3)

式中:WW、WF、WE分別為研究對象在評價期末的年徑流損失量、年入滲損失量、年蒸發損失量,單位m3/a;i為研究對象的預測單元,i=1,2,3,…,n;Fi為第i個預測單元的面積,單位km2;Pi為研究對象在評價期內的年均降水量,單位mm;ai、fi、βi分別為第i個預測單元在評價期末的地表徑流系數、降水入滲補給系數、平均蒸發系數;a0i、f0i、β0i分別為第i個預測單元在評價期開始時的地表徑流系數、降水入滲補給系數、平均蒸發系數。

4 “水損失”新概念理念被應用實例

2013年12月12日,中央城鎮化工作會議召開,習近平總書記對城市建設作出明確指示,要求“加強海綿城市建設”,海綿城市建設上升到了國家戰略高度。2014年10月22日,為貫徹習近平總書記在中央城鎮化工作會議上的講話及會議精神,落實國務院關于城市建設的文件要求,住建部率先發布了《住房城鄉建設部關于印發海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)的通知》,從技術層面上做出了指導性工作[60］。2014年12月31日,財政部、住建部、水利部三部委聯合開展中央財政支持的海綿城市建設試點工作,“建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”,使海綿城市建設進入實質探索實踐階段。

研究分析《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》,其理念完全契合水的損失(水流失)的治理過程。水的損失(水流失)治理涵蓋了陸地上的人類治理水的損失(水流失)的整體工作,海綿城市建設只是其中的一部分[61］。因此,水的損失(水流失)的治理過程完全可以替代海綿城市建設實踐。

5 結論

1)在修訂水土保持術語“水的損失”概念時,用“水流失”替代“水的損失”是可行的。

2)“水流失”新概念內涵外延符合邏輯規則,適應新時代水土保持發展要求。

3)“水流失”新概念是最新提出的修訂國標中水土保持術語“水的損失”概念的初步實踐,初步認為更能體現“水土流失”概念含義的科學合理性及全面性,目前還需要得到學術界及水土保持部門的認可。

4)建議在“水流失”初步界定的基礎上,廣泛征求意見,群策群力,及時修改國標中水土保持術語“水的損失”的概念,促進《水土保持術語》(GB/T 20465—2006)標準修訂工作。

5)建議進一步探討制訂“水流失”的治理標準,保障在新的時期水土保持工作永立社會發展前沿。