变化环境对赫章县哲庄镇雄都沟小流域水沙的影响_黄国艳.pdf

四 川 水 利2023.No.3变化环境对赫章县哲庄镇雄都沟小流域水沙的影响黄国艳(贵州省毕节市赫章县水务局，贵州 毕节，553200)【摘要】为解决气候变化、人类活动及水土保持等众多变化因素对区域河流径流量及输沙量的影响，文章以贵州省赫章县哲庄镇雄都沟小流域为研究对象，运用理论计算和现场实测，研究各种变化环境因素对流域地表径流及输沙量的影响。结果表明，降雨变化对年径流量的影响比温度变化的影响大;雄都沟小流域的年减沙效益、减水效益实测值与预测值具有明显的相关性;人类活动对雄都沟小流域的减水作用呈现先增加后减小趋势，而对减沙作用则相反。【关键词】变化环境雄都沟小流域水土保持水沙变化中图分类号:S157.1文献标志码:A文章编号:20951809(2023)030026060引言流域的水沙环境极易受到气候变化、地表植被变化、人类活动和土地利用变化的影响，具有高度的敏感特性，给生态环境带来非常复杂的影响1。认识河流流域长期的地表径流及输沙量的时间序列演变规律有利于提高对河流流域的保护力度及做出正确的生态恢复治理措施，也有利于区域水资源的合理利用与开发2。在以往的研究中，往往注重研究流域生态治理的措施，而对于产生流域水沙变化的根本性因素研究较少，鉴于此，本文有助于认识变化环境因素对区域河流的影响规律3。1研究区雄都沟小流域概况贵州省赫章县哲庄镇雄都沟小流域位于赫章县哲庄镇境内，距赫章县城 45km，涉及哲庄镇的雄都村、瓦房村及场坝村。流域内最高海拔1904m，最低海拔 1319m，相对高差 585m，流域土地总面积 18.08km2。流域地处扬子准地台黔北台隆六盘水断陷威宁北西构造变形区，属碳酸盐岩为主的中山地貌，植被稀少，土质疏松，土层浅薄，地形起伏大。土壤以黄壤为主，属亚热带针阔混交林带。雄都沟小流域属于长江流域乌江水系，流域水资源较为贫乏，由于自然植被较少，现有各种林草地面积 1034.05hm2，其中有林地476.58hm2，灌 木 林 557.47hm2，林 草 覆 盖 率57.19%，水土流失日趋严重，农田灌溉相对困难。小流域多年平均气温 12.6，极端最高气温35，极端最低气温10。年日照时数 1286h，无霜期为 260d。多年平均雨量为 920mm，雨季为510 月，主要灾害性气候有干旱、暴雨、冰雹、倒春寒、秋季绵雨和凌冻灾害性天气。根据当地提供的 2019 年统计数据，小流域涉及总人口 6956 人，土地总面积 1807.94hm2，其中梯 坪 地 32.05hm2，水 田 38.36hm2，坡 耕 地594.10hm2，有 林 地476.58hm2，灌 木 林557.47hm2，水域 5.61hm2，交通用地 18.78hm2，居民用地 84.99hm2。按坡度划分，坡度5的土地 94.81hm2，占总土地面积的 5.3%;坡度 58的土地 84.99hm2，占总土地面积的 4.7%;坡度 815的土地478.96hm2，占总土地面积的26.5%;坡度 1525的土地 1054.56hm2，占总土地面积的 58.3%;坡度25的土地 94.62hm2，占总土地面积的 5.2%。农民以种植业为主，人均纯收入5635 元，人 均 耕 地 0.26hm2，农 业 人 均 产 粮524kg，年粮食总产量 3619.79t，项目区社会经济情况如表 1 所示。622023.No.3四 川 水 利表 1项目区社会经济情况涉及村土地总面积(km2)耕地(hm2)基本农田(hm2)人口农业经济情况总人口(人)农业人口(人)农业劳动力(人)人口密度(人/km2)农业人均土地(hm2/人)农业人均耕地(hm2/人)农业人均基本农田(hm2/人)农业人均产粮(kg/人)农业人均年纯收入(元/人)粮食产量(t)雄都村5.02151.8215.72142614135652840.360.110.015125612723.46瓦房村9.02347.3219.433716369414784120.240.090.0153257031965.21场坝村4.04165.3735.26181418017204490.220.090.025275591949.13合计18.08664.5170.4169566908276311450.260.100.0152456353619.79雄 都 沟 小 流 域 现 有 水 土 流 失 面 积1151.57hm2，占项目区土地总面积的 63.7%，土壤平均侵蚀模数为 2344t/(km2a)，整体属于轻度流失区。流域中按流失程度划分为:轻度流失面积 449.60hm2，占流失面积的 39.0%;中度流失面积 435.24hm2，占流失面积的 37.8%，强度流失面积 266.73hm2，占流失面积的 23.2%。由于小流域内水土流失较重，生态环境较为脆弱，林草植被覆盖率较低，坡耕地较多。2021 年国家水土保持重点工程赫章县哲庄镇雄都沟小流域综合治理项目采取经果林措施，并配套田间道路和坡面水系工程，对一般区域则通过进行大面积的封育治理、保土耕作等措施来进行水土流失治理，通过调整种植品种、优化产业结构，最大限度利用现有的耕地提高当地群众经济收益。2雄都沟小流域水土流失成因及危害2.12.1雄都沟小流域水土流失成因雄都沟小流域水土流失成因水土流失是自然因素和人为因素综合作用的结果，其中人为因素是主要原因。2.1.12.1.1自然因素自然因素(1)降水分布不均。流域内多年平均降水量920mm，降水量年内分配不均，主要集中在 510月，约占全年降水量的 70%，降水年际变化较大。降水地区分布亦有差异，时空分布不均，常常暴雨频繁，且强度大，极易产生水土流失。(2)山高坡陡、植被稀疏。流域内山势高峻险拔，河流深切，沟谷纵横。这种地形地貌，热量分布不均，导致植被生长缓慢，低质、低效林地及覆盖度较低的灌木林分布较多，蓄水保土能力较弱，在雨水作用下，易产生水土流失。(3)土壤粘结力差。项目区涉及两个流域是典型岩溶地区，土壤以黄壤为主，且大多发育在岩溶面上。岩溶面上的岩、土之间粘结力差，保水保土能力差，表土或松散的风化壳在缺乏植被保护情况下极易发生土壤侵蚀，易产生水土流失。2.1.22.1.2人为因素人为因素(1)人口增长过快，毁林毁草陡坡开荒严重。历史上对人口增长的放任管理，严重加大了生态环境的承载负担，人地关系日趋紧张。对人口的口粮问题，解决途径又简单取向为扩大耕地面积，向山、森林要田要地，一度毁林毁草陡坡开荒严重破坏了生态平衡，给生态环境带来了严重的破坏。在开垦过程中又忽视基本农田建设，形成了 大 量 的 坡 耕 地。项 目 区 现 有 坡 耕 地594.10hm2，占土地总面积的 32.9%，是泥沙的主要来源地。(2)农业生产管理粗放，广种薄收。由于耕作技术水平的限制和传统思维的影响，农业生产管理水平低下，农业生产中劳动力投入多，资金、技术投入少，普遍存在耕作管理粗放、广种薄收的现象。坡耕地生产中水土流失严重，保水、保土、保肥能力差，单位面积产出低，造成低产 扩大坡耕地面积的恶性循环。(3)水土保持意识不强。一些单位或个人，在开发利用土地资源时，水土保持意识不强，未认真编报、执行水土保持方案，只顾眼前和本单位(个人)利益，掠夺式开发利用土地资源，肆意破坏植被，随意倒渣弃土，没有采取必要的保护措施，导致新的人为的水土流失产生。2.22.2雄都沟小流域水土流失危害雄都沟小流域水土流失危害严重的水土流失造成土地资源的破坏，导致农业生产条件和生态环境恶化，生态平衡失调，石漠化严重，水旱灾害频繁，给国民经济发展造成巨大经济损失，直接或间接地危及到社会的各个方面，甚至造成对人类生存环境的严重威胁，阻碍着可持续发展战略的实施。水土流失的危害主要表现在以下几个方面:(1)导致土地劣化。侵蚀沟的发展使可利用土地减少，土地石漠化，耕地被淹埋，农民失去了生存的基本条件。72黄国艳:变化环境对赫章县哲庄镇雄都沟小流域水沙的影响2023.No.3(2)降低土壤肥力，粮食产量低而不稳。由于水土流失严重，导致土壤含水量和氮、磷、钾及有机质含量下降，增加了干旱威胁，使农作物产量降低，当地群众不得不大量施用化肥，增加了生产成本。(3)加剧洪涝灾害。严重的水土流失冲毁渠道、公路等基础设施，使基础设施的使用寿命缩短，政府不得不投入大量资金重复建设，占用基本建设资金。3变化环境对雄都沟小流域水沙的影响分析3.13.1变化气候对雄都沟小流域水沙的影响分析变化气候对雄都沟小流域水沙的影响分析河流中的水沙变化情况与河水的补给来源具有明显的相关关系，降雨作为雄都沟河流水资源最为重要的补给形式之一，气候的变化直接影响着降雨，并间接性地改变了地表径流的输水量和输沙量。为了研究气候变化对雄都沟小流域地表径流量及输沙量的影响，对研究区内 1960 年至2020 年的温度变化及降雨变化与年径流量的关系进行分析，结果如图 1、图 2 所示。为了更好地比较地表径流和输沙量的变化趋势，对两者进行了归一化，归一化的方法为计算各年的降水量、温度及年径流量的距平百分比，如式(1)所示6:w=xixixi(1)式中，w 为距平百分比，xi为实测值，xi为同期历史平均值。从图 1 中可以看出，以 1960 年至 1980 年为基准期，在基准期内平均降水距平百分比与年径流量距平百分比呈现出不同程度的波动，正负值交替出现，但是其数值绝大部分为正值，变化范围为10%50%;1980 年以后(评价期)，平均降水距平百分比与年径流量距平百分比同样地呈现出不同程度的波动，但其数值均处于负值，变化范围为40%0%，且表现出略微的下降趋势。纵观1960 年至 2020 年的平均降水距平百分比与年径流量距平百分比容易发现，两者的变化规律整体上表现出一定的相关性规律。从图 2 中可以看出，以 1960 年至 1980 年为基准期，在基准期内年径流量距平百分比呈现出剧烈的波动，正负值交替出现，其数值绝大部分为正值，变化范围为10%50%，而平均温度距平百分比变化较为平缓，变化范围为10%10%;1980 年以后(评价期)，年径流量距平百分比同样地呈现出不同程度的波动，但其数值均处于负值，变化范围为40%0%，平均温度距平百分比变化较为平缓，变化范围仍为10%10%。纵观1960 年至 2020 年的平均降水距平百分比与年径流量距平百分比容易发现，两者的变化规律整体上表现出无明显的相关性。与图 1 相比，可以看出降雨变化对年径流量的影响比温度变化的影响大，降雨量对径流量具有一定程度的放大作用和决定性作用。图1平均降水距平百分比与年径流量距平百分比的关系年份图2平均温度距平百分比与年径流量距平百分比的关系3.23.2水土保持对雄都沟小流域的水沙影响分析水土保持对雄都沟小流域的水沙影响分析822023.No.3四 川 水 利水土保持措施可以有效地改善河流的生态环境，是良好的减水沙措施。为了分析水土保持对评价期内雄都沟小流域地表径流量与输沙量变化规律的影响，采用减水效益和减沙效益进行定量评价，具体的计算方法如式(2)、式(3)所示。BQ=QCQaQC100%(2)BS=SCSaSC100%(3)式中，BQ为评价期内水土保持对地表径流的减水效益;BS为评价期内水土保持对输沙量的减沙效益;Qc为评价期内雄都沟小流域按照径流系数法得到的年平均径流量计算值;Qa为评价期内雄都沟小流域的年平均径流量实测值;Sc为评价期内雄都沟小流域按照输沙系数法得到的年平均输沙量计算值;Sa为评价期内雄都沟小流域的年平均输沙量实测值。图 3 为雄都沟小流域水土保持对年减水效益的影响。从图中可以看出，在 1960 年至 1980 年基准期内，雄都沟小流域的年减水效益呈现剧烈的变化，变化范围为0.4%0%，而在评价期内(1980 年以后)，由于在雄都沟小流域采取了植树造林和种草退耕等水土保持措施，明显增加了县域内的草地面积和森林覆盖率，年减水效益尽管呈现不同程度的波动，但在整体上呈现不断增加的趋势，从 0 逐步非线性增加至 6%;雄都沟