刘艳杰

(辽宁省海城市水利事务服务中心，辽宁 海城 114200)

0 引 言

王效科等根据我国植被类型、土地利用、地形地貌分布图及现有水土保持研究成果，对水土流失的区域性差异和敏感性特征利用林草覆盖率、土质、坡度坡长、降水因子分析，结合不同区域的土壤侵蚀差异性提出水土流失敏感性区划方案；刘国华等比较探讨了沙漠化、土壤侵蚀和生态功能退化等较为突出的问题，从分布、特征、现状的角度阐述了自然环境破坏的特征；颜萍、李昂等结合石漠化地区实际情况，选取出典型评价因子构建了适用于当地的效益评价体系；李占斌等提出了未来水保治理发展方向，指出要加强对水土流失调控技术科技转化、水保治理及土壤侵蚀环境治理成效评价、土壤侵蚀大尺度预测模型和土壤侵蚀机理等研究[1]。

关于土壤侵蚀治理的研究也比较多，如王丹阳等结合现有研究理论和区划实践提出了优化的设计方案，根据不同的三维组合类型利用定性分析法划分至相应的单元；李孝娟等通过研究土石质山区水土流失治理，提出应充分考虑当地需求和小流域自然生态状况科学设计治理方案，为达到理想成效还要积极引导人们参与治理；常志勇等认为自然环境和社会发展不平衡为当前面临的主要问题，其中最为重要的为生态环境保护，通过详细分析生态修复的原则、规律、特点及其存在的主要问题，提出生态恢复和治理规划方法[2]。当前，受施工技术和区域地形地貌等要素限制，考虑复杂环境下的小流域治理的研究还鲜有报道。

1 构建In VEST模型

In VEST模型是由斯坦福大学联合其他机构研发的一种考虑多种情景模式的多模块模型，能够实现自然环境的质量和价值量研究，从而为流域生态系统评估和水环境科学治理提供依据，通过空间可视化和数据定量化处理模块更加直观的反映流域生态状况。

“水量平衡法”为In VEST水量模块的理论依据，根据降水、蒸腾量、土壤类型等参数，采用自带运算模块揭示水量消耗、产生等变化过程。模拟运算基本单元为格栅区块，输入以上各因素值，可输出具有合理性、综合性和空间性等多属性模拟结果。采用下式作为In VEST水量模块，即：

(1)

式中：Yxj为格栅区块x关于土地类型j的年供水量，mm；AETxj为基本区块x关于土地j的蒸散量，mm；Px为格栅区块x关于土地类型j的年均降水量，mm。采用下列公式求解各参数值，即：

(2)

PETxj=Kc(lx)×ET0(x)

(3)

(4)

AWCx=min(maxSoil.depth,root.depth)×PAWC

(5)

AET=min(Kc(lx)×ET0(x),Px)

(6)

式中：PETxj、ET0(x)为计算单元x及整个区域的可能潜在蒸散量；root.depth、maxSoil.depth为植物根深数和最大土壤深度；PAWC、AWCx为植物可利用水量和土壤有效含水量；Kc(lx)为植被格栅蒸散系数；Z为与区域条件相关的经验常数。

2 小流域水土保持研究

2.1 流域概况

石头寨小流域位于海城市接文镇中部，为低山丘陵，地势中间低四周高，平均海拔为130-247m。项目区为北温带大陆性季风气候，气候特点为温差较大、雨热同期、春季干旱、日照充足，年均降水量710mm，无霜期182d，日照时数2240.7h，年均气温10.4℃，土壤类型以草甸土、棕壤土为主且有机质含量低。流域总面积950.85hm2，其中荒地、水域、草地、林地、果园、耕地、居民工矿点及交通用地等面积依次为2.61、28.48、7.32、346.55、228.73、109.57hm2。根据卫星遥感资料和野外现场调查结果，小流域土壤侵蚀模数2600/km2·a，水土流失面积285.2hm2，主要分布在侵蚀沟壑、荒山缓坡、果园和疏林地等区域[3]。

为改善当地自然环境和保护流域内耕地资源，促进农业经济发展和农民居民生活水平的提升，减少流入浑河的泥沙量和土壤侵蚀危害，当地水土保持部门对该小流域开展实施了综合治理项目。采取的具体措施如下：项目计划治理面积66.7hm2，其中新建浆砌石谷坊3座，控制构造治理面积为36.7hm2；封禁治理30hm2(界桩5个)；作业路4.6km，配套涵管10节、4处，浆砌石挡土墙52m；所有措施共动用石方 427m3，土方7066m3，投工860.04工日，机械122.5台班。工程项目各类功能效应的正常发挥，每年可增大蓄水量0.52万m3，降低土壤流失0.06万t，显著促进生态环境良性循环和确保工程安全度汛，并将土地利用率提升至80%以上，为提升农业人均收入和保护小流域脆弱的生态环境提供重要保障。

因此，考虑人为、自然等因素作用的小流域水土保持治理属于一项复杂的长期过程，为保证各项措施的功能效应必须采取合适的治理措施。为了更加准确、客观的揭示小流域水土流失空间分布特征和强度，有必要科学分析水土流失影响范围、程度，从而为水土流失管理决策、监督、防治及生态建设提供依据[4-6]。

2.2 水土保持研究

综合考虑复杂环境流域的林草植被盖度、潜在蒸散量、土壤可蚀性、治理措施、降水、地形坡度、泥沙持留率等要素，结合ARCGIS计算软件和In VEST模型基本原理获取usle格栅图，并按照水力侵蚀等级划分见表1，在空间尺度上输出土壤侵蚀现状见表2。

表1 小流域水力侵蚀强度等级

表2 小流域土壤侵蚀分布

根据表2可知，流域中南部、东北部外审边缘及北部为土壤侵蚀主要区域，结合居民分布特征、植被覆盖现状和各分区地形地貌等条件，引起小流域北部剧烈侵蚀的原因有土壤质地松散以及地质构造发育，在降雨情况下极易造成水土流失；其中，植被覆盖率低、林草类型以灌木为主等为引起东北部土壤剧烈侵蚀的主要原因，而人为活动和不合理的开发利用为造成流域中部剧烈侵蚀的主要原因。流域内水土资源随着经济的发展和城镇化建设不断被挤占，林草面积持续减少，同时工农业发展造成的水土污染等也可对水土流失产生促进作用。从侵蚀量、土壤覆盖面积的角度进一步分析不同侵蚀强度范围，统计结果见表3。

根据表3可知，海城市石头寨小流域水土流失较为严重，土壤侵蚀量达到2034.15t，侵蚀范围为263.60hm2。从强度的角度分析，中度和轻度侵蚀的覆盖范围最广，所对应的面积为181.23、61.10hm2，占小流域水土流失总面积的68.75%和23.18%。轻度和剧烈强度的侵蚀量较大，所对应的侵蚀量为472.94、454.63t，占小流域总侵蚀量的23.25%、22.35%。通过统计分析各类土地利用方式的侵蚀状况，进一步分析引起水土流失的原因，见表4。

表3 不同侵蚀强度下统计结果

表4 不同土地利用类型统计结果

根据表4可以看出，针对水域、草地、林地、园地、耕地及建设用地等不同土地类型，从土壤侵蚀范围的角度分析，土壤侵蚀最严重和最低的区域分别为林地和水域，相应的侵蚀面积为153.78、6.51hm2；从侵蚀量的角度分析，耕地和水域的土壤侵蚀量最大、最低，相应的侵蚀量一次为1087.21、0.47t。考虑到不同土地类型面积存在差异的实际情况，所以各土地类型的实际情况状况无法仅仅依据侵蚀量和侵蚀面积来描述，有必要进一步分析平均侵蚀模数，见图1。根据图1可知，按照自小到大的次序排列平均侵蚀模数为：水域<林地<建设用地<园地<草地<耕地，所以耕地造成的土壤侵蚀最为突出，其原因为耕地土壤较为松散且农药化肥等污染较为严重；林地引起的侵蚀第二，这主要与流域内农田开垦、植被滥伐等因素相关。所以，为保护当地环境和改善自然条件，加强荒山缓坡的治理力度，促进农民增收和带动地方经济发展，就必须将地方经济发展规划与水土流失治理、污染控制、自然环境治理有效结合，开展以田园路村、山水林草为主的小流域综合治理，考虑小流域实际情况实施绿化工程、禁止乱砍滥伐和退耕还林等治理措施。

图1 土壤侵蚀模数统计结果

3 结 论

小流域综合治理应考虑雨量侵蚀力、降雨大小、影响范围、水土流失、分布特点等因素，因地制宜的采取综合治理措施，合理利用土地结构综合开发治理，因此考虑各类复杂因素的综合影响开展小流域水土流失治理，对于提高水保治理综合效益和各项措施的适宜性分析等具有重要意义。

以海城市石头寨小流域为例，综合考虑水保措施的多样性、小流域泥沙持留率、潜在蒸散量、土壤可蚀性、植被覆盖度、坡度坡长和降雨侵蚀力等因素，揭示水土流失影响范围、强度及其分布特征。根据评价结果和空间分布特征，为有效遏制流域水土流失发展提出绿色工程、禁止滥伐、退耕还林的综合治理措施，可为促进治理项目的稳步实施、方案的优化设计和治理效益评价提供重要依据。