不同水保措施配置模式的水土保持效益评价_吕子超.pdf

：不不同同水水保保措措施施配配置置模模式式的的水水土土保保持持效效益益评评价价吕子超（辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司沈阳分公司，辽宁 沈阳）摘要为揭示锦凌水库库区苹果林下的土壤侵蚀变化规律，以 年 月的 降雨事件为依托，利用径流小区法评价分析不同水保措施配置模式的水保效益及其对降雨因子的响应。研究表明：（）仅配置植被措施时，卷柏对泥沙运移及地表径流的减轻作用最显著，其次是自然坡面；（）同时配置工程与植被措施时，植被措施不同而工程措施相同情况下减流减沙效果最好的是自然坡面，植被措施相同而工程措施不同情况下鱼鳞坑的减流效果最好，鱼鳞坑 自然坡面、鱼鳞坑 紫花苜蓿的水保效益最优；（）降雨量是影响产流产沙量的最关键因子，与泥沙量、径流量的相关系数为 和 ，在水土保持工作时应优先布设鱼鳞坑、种植侧柏，或布设鱼鳞坑 自然坡面、鱼鳞坑 紫花苜蓿等措施。关键词水保措施；配置模式；苹果林地；锦凌水库中图分类号 文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介吕子超（），男，辽宁阜新人，高级工程师，主要从事水土保持规划与设计工作。锦凌水库库区位于锦州市近郊，与锦凌水库毗邻，属土石质低山丘陵区，地势西北高、东南低，地形起伏变化不大，地下水资源丰富，利于生态环境建设项目的实施。库区小流域具备良好的苹果林生长条件，苹果作为当地重要的经济来源被大面积种植，受经济效益驱使库区小流域已形成大规模的苹果林，同时存在比较严重的水土流失问题。然而，库区苹果林管理经营较为粗放，为方便采摘苹果通常会破坏苹果树周围植被致使地表裸露 。另外，为加快苹果树根系的扩散，一般会翻动根系周边土壤使其变得松动。这种长期不合理的耕作方式使得土地生产力下降，土壤侵蚀问题日趋突出，并进一步对当地苹果林质量造成影响，严重阻碍当地生态经济的协调可持续发展。当地陡坡上种植大量苹果树，强降雨条件下产生污染物和径流泥沙随地表径流汇入锦凌水库，使得库区水质有所下降，对锦州市饮用水水质产生一定影响。有关部门高度重视苹果林下土壤侵蚀问题，并广泛研究与探索了相关防治措施。为有效解决库区小流域苹果林的土壤侵蚀问题，当地主要采取的措施有水平阶、鱼鳞坑等成本较低且较为常见的工程措施，以及种植占用养分较低且适合于当地生产的植被措施。本文探讨了库区小流域不同水保措施配置模式的水保效益及其对降雨因子的响应程度，以期合理选择最适用于当地苹果林且水保效益最优的水保措施。研究区概况研究区位于锦凌水库库区小流域，地处锦州市太和区境内，属小凌河水系，流域总面积 。该小流域属中温带大陆性季风气候，四季分明，各有特色，年均气温 ，无霜期 ，日照时数 ，蒸发量 ，年均降水量，降水时空分布极为不均。流域内土壤为第四系松散层，主要为粘性土层（厚约 ）、粉土层（厚约 ）和砂砾石层（厚约 ），土壤团粒结构少，土层薄，通透性差，保土、保水能力弱。植被类型以华北植物区系为主，植物种类众多，天然次生林及人工林长势良好，主要树种有火炬树、油松、杨树、馒头柳、刺槐、苹果树及其他经济林等，林草覆盖率 。土地利用方式以草地、林地、坡耕地和裸地为主，属于土石质丘陵中、强度侵蚀区，侵蚀方式以水蚀为主，水土流失面积 ，占流域总面积的 ，土壤侵蚀模数为 。表 径流小区布设径流小区坡长 坡度 工程措施植被措施配置模式水平阶侧柏侧柏 水平阶水平阶自然坡面自然坡面 水平阶水平阶紫花苜蓿紫花苜蓿 水平阶无自然坡面自然坡面无侧柏侧柏无紫花苜蓿紫花苜蓿秸秆毯侧柏侧柏 秸秆毯秸秆毯自然坡面自然坡面 秸秆毯秸秆毯紫花苜蓿紫花苜蓿 秸秆毯无无裸地鱼鳞坑自然坡面自然坡面 鱼鳞坑鱼鳞坑紫花苜蓿紫花苜蓿 鱼鳞坑鱼鳞坑无鱼鳞坑评价方法 数据采集根据因地制宜的原则，在锦凌水库库区小流域苹果林下布设 、两种规格共 个径流小区，不同小区的水保措施布设情况如表。其中，植被措施选择较为常见成本低廉且具有一定水保效益的紫花苜蓿、侧柏及自然 年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.植被等，工程措施选择鱼鳞坑、秸秆毯及水平阶，试验观测各径流小区在侵蚀性降雨下的产流产沙情况。试验选用雨量桶和虹吸式雨量计收集最大 雨强（）、最大 雨强（）、平均雨强（）、降雨量（）等降雨相关数据。测量桶内每次侵蚀性降雨过后的径流深度（），单位面积净流量（）按照径流小区面积和桶底面积计算确定；为保证泥沙量测试精度必须对各小区取样 次，采样前均匀混合桶内泥水，然后将沉淀过滤的沉淀物转移到电热恒温 箱 内 干 燥 至 恒 重，烘 干 温 度；准确称量烘干后沉淀物质量，最终的单位面积泥沙量（）取 个泥沙样本平均值。每次测量结束后都要清空径流桶，从而确保下次降雨径流和泥沙测量精度。试验选用 法测定土壤含水率，测量上中下坡位平均值作为最终含水率。坡度标准化考虑到土壤侵蚀受坡度影响较大，不同径流小区所处的坡度不尽相同等情况，为了消除坡度带来的试验误差有必要将各小区坡度校核到同一坡度，最大程度地保证试验条件相同。设定标准坡度，将各坡度径流小区监测数据统一转换成，从而降低土壤侵蚀受地块坡度的影响，保证监测数据的可比性。根据库区小流域地形特征和相关研究资料，采用下式标准化坡度值，即：（）；（）式中：、为径流小区 及其校正到 坡度上的侵蚀量（）；、为坡度因子、坡度和径流小区 的坡度因子；为坡度（）。结果与分析 样本降雨特征降雨是引起土壤侵蚀的内在驱动力，结合锦州市气象站有关降雨数据选择 年 月 次具有较好观测价值、雨量充足、降雨类型丰富的侵蚀性降雨事件，如表。表 降雨特征统计数据日期降雨量 降雨历时 平均雨强 雨强 雨强 次降雨事件的次降雨变化区间 ，总降雨量 ，单场次平均降雨量 ，平均历时 ，平均雨强、雨强、雨强平均值为 、和 ，试验观测 次降雨事件下不同水保措施的土壤侵蚀状况。未布设工程措施的产流产沙量对比分析无工程措施而仅布设植被措施径流小区的产流产沙量，如图。结果表明，当地自然植被、紫花苜蓿以及侧柏的水保效益均较好。其中，自然坡面、紫花苜蓿、侧柏单位面积径流量依次为 、和 ，相应的径流系数依次为 、，减流率分别为 、；自然坡面、紫花苜蓿、侧柏的单位 面 积 泥 沙 量 依 次 为 、和 ，相 应 的 侵 蚀 浓 度 依 次 为 、，减 沙 率 分 别 为 、。因此，无工程措施而仅布设植被措施情况下，侧柏对泥沙运移及地表径流的减轻作用最大，其次是自然坡面。布设工程措施的产流产沙量（）植被措施不同而工程措施相同。对比分析植被措施不同而工程措施相同径流小区的产流产沙量，结果表明自然坡面生长当地天然植被、种植紫花苜蓿及侧柏植被措施均发挥着一定的水保效益。径流小区布设的植被措施不同其径流深度、径流系数和单位面积径流量存在明显差异，从低到高这 个指标排序均为自然坡面 紫花苜蓿 侧柏 裸地。其中，侧柏、紫花苜蓿、自然坡面的单位面积径流量依次为 、，减流率分别为 、。因此，减流效果最好的是自然坡面生长天然植被措施，其次是紫花苜蓿。自然坡面、紫花苜蓿及侧柏措施均发挥着一定的减沙效益，其中自然坡面、紫花苜蓿及侧柏措施的单位面积泥沙量分别为 、，相应的减流率分别为 、。对于侵蚀浓度，自然坡面、紫花苜蓿及侧柏措施的侵蚀浓度分别为 、。因此，自然坡面措施的减沙效果最为显著。工程措施不同而植被措施相同。对比分析工程措施不同而植被措施相同径流小区的产流产沙量，结果表明试验选取的鱼鳞坑、秸秆毯和水平阶措施均发挥着一定的水保效益，在样本降雨事件下布设不同工程措施的各径流小区形成泥沙量、径流量存在一定差异，即水保工程措施不同相应的水保效益存在明显差异。从低到高 种工程措施对于地表径流的减轻作用排序为秸秆毯 水平阶 鱼鳞坑，不同工程措施的径流深度、径流系数和单位面积径流量排序相同。在样本降雨事件下秸秆毯、水平阶、鱼鳞坑所产生的单位面积径流量 分 别 为 、和 ，与未布设工程措施的小区相比这 种措施径流小区的减沙率依次为 、和 ，鱼鳞坑措施对减少径流量具有显著效果，其次是水平阶。对于减沙效果，秸秆毯、水平阶、鱼鳞坑措施的减少效应存在一定差异，在样本降雨下布设这 种措施的各小区单位面积泥沙量分别为 、和 ，相应的减沙率为 、。另外，鱼鳞坑措施具有最小的侵蚀浓度为 。不同水保措施配置模式的产流产沙量除裸地外不同植被措施与不同工程措施组合的 种水保措施配置模式均具有一定水保效益，且不同模式的减流减第 卷第 期地下水 年 月沙效果存在明显差异。在 次降雨事件下，自然坡面、裸地、紫花苜蓿、侧柏配置模式有 次产流，自然坡面 秸秆毯、自然坡面 水平阶、紫花苜蓿 秸秆毯、紫花苜蓿 水平阶、侧柏 秸秆毯、侧柏 水平阶有 次产流，鱼鳞坑有 次产流，布设自然坡面 鱼鳞坑、紫花苜蓿 鱼鳞坑配置模式的小区无产流产沙。通过对比水保效益可知，自然坡面 鱼鳞坑、自然坡面 秸秆毯、自然坡面、自然坡面 水平阶、鱼鳞坑、紫花苜蓿 鱼鳞坑、紫花苜蓿 秸秆毯、紫花苜蓿、紫花苜蓿 水平阶、侧柏 秸秆毯、侧柏、侧柏 水平阶的单位面积径流量依次为 、，减流率分别为 、。种配置模式的单位面积泥沙量分别为 、，减沙率分别 为 、。因此，不同植被措施与不同工程措施组合的 种水保措施配置模式均具有较好的水保效益，特别是自然坡面 鱼鳞坑、紫花苜蓿 鱼鳞坑等配置模式比较突出，其次是鱼鳞坑措施，并且鱼鳞坑参与的水保措施配置模式也具有较好的效果。对不同降雨强度的响应为探讨揭示土壤侵蚀相关因子受降雨等因子的影响作用，相关性分析土壤含水率及产流产沙量等土壤侵蚀因子与雨强、降雨量等降雨因子，如表。表 相关性分析参数降雨量降雨历时平均雨强径流量泥沙量径流系数侵蚀浓度土壤含水率降雨量 降雨历时 平均雨强 径流量 泥沙量 径流系数 侵蚀浓度 土壤含水率 结果表明，所有降雨因子均与产流产沙量呈极显著正相关性，其中土壤含水率、降雨历时、降雨量与径流量的相关系数依次为 、，对于降雨相关因子径流量受降雨量的影响最大。土壤含水率、降雨历时、降雨量与泥沙量的相关系数依次为 、，对于降雨相关因子泥沙量也是受降雨量的影响最大。另外，除侵蚀浓度、降雨历时因子以外的其它因子均与土壤含水率的相关系数呈极显著正相关性，相关系数均超过 ，其中径流量、降雨量与土壤含水率的相关系数较高为 和 。结语（）无工程措施而仅布设植被措施情况下，自然坡面、紫花苜蓿以及侧柏的水保效益 较 好，相 应 的 减 流 率 分 别 为 、，减 沙 率 分 别 为 、。因此，无工程措施而仅布设植被措施情况下，侧柏对泥沙运移及地表径流的减轻作用最大，其次是自然坡面。（）植被措施不同而工程措施相同情况下，自然坡面、紫花苜蓿及侧柏植被措施均发挥着一定的水保效益，相应的减流率 分 别 为 、，减 流 率 分 别 为 、，减流减沙效果最好的是自然坡面生长天然植被措施。工程措施不同而植被措施相同情况下，秸秆毯、水平阶、鱼鳞坑措施均发挥着一定的水保效益，相应的减流率依次为 、和 ，减沙率分别为 、，鱼鳞坑措施对减少径流量具有显著效果，其次是水平阶。（）不同植被措施与不同工程措施组合的 种水保措施配置模式均具有一定水保效益，且不同模式的减流减沙效果存在明显差异，其中自然坡面 鱼鳞坑、紫花苜蓿 鱼鳞坑等配置模式比较突出，其次是鱼鳞坑措施。经相关性分析，降雨量是影响苹果林下产流产沙量的最关键因子，泥沙量、径流量均与降雨量呈极显著的正相关性，土壤含水率、侵蚀浓度、径流系数、泥沙量与径流量呈极显著相关性。参考文献张守红，刘苏峡，莫兴国，等 降雨和水保措施对无定河流域径流和产沙量影响 北京林业大学学报 （）：丁新辉，刘孝盈，刘广全 基于改进 法的南方岩溶区石漠化生态治理模式评价 泥沙研究 （）：，吉鹏飞 基于水土保持工程生态效益价值的研究以洛阳市洛河水土保持工程为例 黑龙江水利科技 （）：王锁“降水水土保持径流”统计模型在辽宁大凌河流域水土保持效应分析中的应用研究 地下水（）：李崇 绥中县六股河流域土壤侵蚀特征研究 水土保持应用技术（）：第 卷第 期地下水 年 月