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基于现状调研的鹿亭乡水土保持成效分析

2023-07-31沈林炯胡秀君

河南水利与南水北调 2023年6期
关键词:土壤侵蚀坡度降雨

沈林炯,胡秀君

(1.鹿亭乡人民政府,浙江 宁波 315434;2.浙江水利水电学院,浙江 杭州 310018)

1 调研背景

鹿亭乡作为皎口水库的上游,水质的优劣直接影响着宁波城区供水的质量,鹿亭乡全域分为省级重点预防区、县级重点预防区、县级重点治理区,保持水土不被流失工作十分长远。

2 调研内容与方法

2.1 调研内容

鹿亭乡属于中国南方红壤区(一级区)中浙闽山地丘陵区(二级区)的浙东低山岛屿水质维护人居环境维护区(三级区)鹿亭乡丘陵山区土层浅薄,存在水土流失问题。水土流失主要是水力侵蚀和重力侵蚀,其中水力侵蚀主要表现为坡面、浅沟和小切沟的侵蚀形式,这些侵蚀类型是鹿亭乡丘陵山区水土流失的主要原因之一。重力侵蚀包括滑坡、崩塌和泥石流等。

文章调查内容主要为以下两方面:一是水土保持生态环境状况:主要包括区域地形、地貌、降水及地面汇流的情况,区域内林草植被面积、林草覆盖度等因子;二是对于水土流失的动态变化分析,需要重点关注以下方面:水土流失面积和分布情况、程度以及数量变化的情况,以及对下游和周边地区危害的影响和发展趋势等。

2.2 调研方法

水土流失现状调查以2020 年流失情况图为基础,在水土流失相对集中的区域选取典型位置进行调查。共13 个调查点,分布于上庄村、沿夹岙村、中村、李家塔村、石潭村等。

3 调研结果分析

3.1 水土流失现状分析

3.1.1 水土流失面积分析

根据此次调查结果,鹿亭乡水土流失面积占土地总面积的16.92%,达到11.99 km2。水土流失程度主要分为五个等级,其中轻度水土流失面积达到了11.06 km2,约占总水土流失面积最大,达到了92.28%;其次是中度水土流失面积与极强烈水土流失面积,分别占比为4.67%和2.26%,而极剧烈流失面积仅为0.0016 km2,在总水土流失面积中居于最小,约为0.01%。

3.1.2 水土流失分布分析

鹿亭乡水土流失面积主要分布在坡度不高于25°、人类生产活动较为密集的区域,此部分区域占总水土流失面积的90.02%。在这些区域中,坡度在8°~15°的区域是容易发生水土流失的地方,其水土流失面积占总水土流失面积的37.80%。此外,9.98%的水土流失面积分布在坡度在25°以上的生态环境脆弱的区域,而2.81%的水土流失面积分布在坡度在35°以上的生态环境极为脆弱的区域。

鹿亭乡园地水土流失主要集中在坡度大于5°区域(图1)。其中其他经济林的水土流失面积较大,共4.81 km2,占园地面积(坡度大于5°,下同)63.12%;其次为竹林,有大约2.41 km2的水土流失面积,占土地面积的31.65%。其中,茶园的水土流失面积较少,仅为0.39 km2,比例占5.23%。

图1 鹿亭乡园地(坡度大于5°)水土流失分布图

3.2 水土流失动态变化

参考浙江省2010 年第五次水土流失遥感普查资料、2020年第七次水土流失遥感普查资料以及此次2022年水土流失现状复核调查成果资料三者之间进行对比分析,2010 年鹿亭乡的水土流失面积为15.12 km2,占土地总面积的21.35%;而2020年,水土流失面积为12 km2,占土地总面积的16.94%。到了2022年,水土流失面积进一步降至11.99 km2,占土地总面积的16.92%。整体而言,水土流失面积下降了3.14 km2,其中轻度和中度水土流失面积下降最为显著。

3.3 土壤侵蚀背景值计算

土壤侵蚀背景值是指自然状态下的土壤侵蚀模数,土壤侵蚀模数是指在单位时间内,每个单位面积的土壤和土壤母质被侵蚀的量。

USLE模型在土壤侵蚀研究中是该领域研究的一个重要里程碑,且深刻影响了世界各地土壤侵蚀模型的研究方向和思路。由于USLE 模型具有形式简单、数据来源广泛、因素全面且因子具有物理意义等优点,因此在全球范围内被广泛应用。USLE模型表达式如下:

式中:A代表土壤侵蚀年平均的模数,单位为t/(km2·a);

R为降雨侵蚀力因子((MJ·mm)(/km2·h·a));

K代表土体的可蚀性因子,单位为(t·km2·h)/(km2·MJ·mm);

LS为坡长坡度因子,无量纲;

C代表地表植被覆盖和管理因素,是一个无量纲的参数;

P为水土保持措施因子,无量纲。

降雨侵蚀力(R)是影响土壤侵蚀的重要因素之一,其表现为雨滴撞击和径流冲刷地表。累加24.50月的侵蚀力值,可得出年降雨侵蚀力的估算结果。其公式为:

式(2)中参数α和β是需要确定的参数,其值决定了土壤侵蚀量的计算结果。同时,式中的k代表了每个半月中侵蚀性降雨的天数,而Pk则表示每天的日雨量。需要注意的是,必须使得Pk≥12 mm,否则将视为0,从而影响模型计算结果。

式(3)中Pd12和Py12分别每日降水量不小于12 mm的日平均降水量和年平均降水量。

土壤可蚀性因子(K)土壤侵蚀主要由降雨和径流剥蚀所驱动。降雨是其中主要的驱动因素。章文波提出了一种基于日降雨量的拟合模型,可以估算降雨侵蚀力。该模型表明,降雨量和侵蚀力之间呈幂函数关系。通过对24.50月的侵蚀力进行累加,可以估算出年降雨侵蚀力的值。其公式如下

土壤的可蚀度系数K在采用美式单位时为(t·acre·h)/(100·acre·ft·tanf·in),常需加入转换系数0.1317

{(t km2h)/(km2MJ mm)},以便转化为国际制单位。其中,SAN、SIL、CLA和C分别表示了土层的各个粒度区域的粒度尺寸和有机质含量,而SAN即为0.050~2.000 mm范围内的砂子,而SIL即为0.002~0.050 mm范围内的粉体粒子,而CLA即表示了粒度区域大小等于0.002 mm的黏粒,而C即代表了土层的有机质含量(%)。

SN1=1-SN/100,其中SN表示土壤中的黏粒含量(%)。

土地形态是影响土壤侵蚀程度的一个重要因素。在坡面尺度上,坡长坡度因子(LS)是用来评估土壤侵蚀程度的重要指标之一。如果没有可用的实测数据,可以使用默认值1来计算LS。

植被覆盖和管理措施(C)是土壤流失方程中一个重要的参数,它被用于评估有植被或管理措施的土地与同等条件下的裸露土地相比,土壤流失率的变化程度,C的取值范围在0到1之间,反映了植被覆盖和作物管理对土壤侵蚀的影响。在横坡耕作条件下,C的值为0.5;在顺坡耕作条件下,C的值为1。

对计算结果加以研究,认为鹿亭镇的土壤侵蚀的背景系数很小,仅为593.16(t/(km2·a))。根据《土壤侵蚀分类分级标准》表明该地区的水力侵蚀度可界定为轻微侵蚀度等级,所以对生态环境保持的要求也相对较少。

4 结论和建议

鹿亭乡水土流失主要发生在轻度侵蚀区,特别是25°以下的坡度区域,该地区水土流失面积占比较大,因此坡耕地、毛竹地和经济林地等成为治理的难点和重点。另外,极少部分水土流失出现在35°以上的生态环境脆弱区域,这使得生态修复变得更为困难。

随着经济的高速发展,城镇建设、低丘缓坡开发和矿产资源开发、交通、水利设施建设等其他生产建设活动造成水土流失也不容忽视。

建议加强生态修复,改善林地结构;积极推进退耕还林、还草;加强土地整治,改造成高标准农田;加大小流域综合治理力度;加强水土保持监管。

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