基于生态安全的小流域水土保持措施空间配置研究——以灯台架小流域为例

张风香，刘培郎

(河南省舞钢市水利局，河南 舞钢 462500)

我国是水土流失相对比较严重的国家之一，据统计，全国约有1/3以上的土地存在不同程度的水土流失，给当地的农业经济生产带来严重影响，也制约着我国的可持续发展，水土保持的形势不容乐观[1-4]。

随着社会经济的不断发展，政府对水土保持的治理工作越来越重视，特别是以小流域为基础的水土流失治理模式，逐渐成为我国在水土保持工作中的重要一环，多年以来，许多专家学者均致力于对小流域的水土保持措施的研究，并已形成一定的理论基础[5-8]。从最初的定性分析到现在的定量分析，从最初的单因素评价到现在的多因素、多目标评价，小流域的水土保持工作正稳步向前推进，同时，一些新方法和新理论也逐渐被引入到该项工作中，给工程的各项效益计算和评价提供了科学合理的手段[9-10]。

针对目前小流域水土保持工作多集中于经济效益及模式、措施等方面，但治理成果理论化程度低、对减轻水土流失灾害和改善生态环境等研究不足，且不同地区的水土保持措施的不唯一性，以灯台架小流域为例，综合考虑经济、社会与生态因素，对该地区的水土保持措施进行了空间上的最佳配置研究，可为类似地区的水土保持工作提供借鉴。

1 研究区概况

1.1 水土流失概况

灯台架小流域位于舞钢市杨庄乡境内。该流域由于受地形、地貌、降雨等自然条件及人类不合理的生产活动方式的影响，造成水土流失面积较大，范围较广，流域内水土流失形式以水力侵蚀中的面蚀和沟蚀为主。流域总面积3500hm2，水土流失面积2446hm2，占总面积的70%，其中：轻度侵蚀面积946.47hm2，中度侵蚀面积1218.93hm2，强度侵蚀面积280.23hm2。流域内平均土壤侵蚀模数2174t/(km2·a)，年均土壤流失总量达7.61万t。

1.2 水土流失对当地带来的影响

水土流失给当地造成了较大的危害，在农业生产方面，地表土壤肥力逐步降低，跑水跑肥造成农业生产投入成本增加，粮食生产低而不稳，抗御自然灾害能力不足；在生态环境方面，水土流失使地表土层肥力下降，土层变薄，蓄水保墒效果降低，导致林草植被生长缓慢，甚至枯死，加之人为活动对植被破坏，使当地生态植被逐年减少，自然生态失衡，环境不断恶化，洪涝、干旱灾害频繁发生，河流旱时断流，涝时泛滥成灾，地下水位不断下降，造成农村人蓄饮水困难。由于连年洪水使大量泥沙冲入河道，河床逐渐抬高，山塘、水库淤积严重，河道两岸农田冲刷毁坏严重。

2 水土保持措施配置评价分析

2.1 土地适宜性评价

土地适宜性评价是指对要素禀赋及其空间差异进行科学合理的分析，通过评价结果分析，可在水土保持措施的空间配置中得到各区域土地的具体适宜的利用方式。评价过程一般遵循以下原则：比较原则、因地制宜原则、可持续利用原则、农林牧地原则。利用GIS对30m×30m的土地单元进行统计分析，对土地利用方式、侵蚀强度、地貌部位、坡度以及坡向等指标进行具体的量化，最后加权求和得到评价单元的综合得分率，即可判断该块土地的适宜性(见表1)。

表1 土地适宜性评价指标权重

2.2 水沙响应评价

水沙响应采用小流域侵蚀模型并结合GIS技术，对破面径流、流域汇流、坡面侵蚀量以及流域产沙等指标进行分析，计算单元仍旧采用30m×30m的栅格。通过SCS径流曲线法计算得到的CN值如图1所示，根据图中CN值结果并结合灯台架小流域的实际情况，确定该地区的水文土壤为B组。根据灯台架地区破面径流资料，监测不同措施下的水保结果，发现各种水土保持措施的效益有很大的差异性，如图2所示。计算各单元出口处的径流总量，并将每个单元的土壤侵蚀量累加并乘以对应子流域的面积，得到子流域的土壤侵蚀量和侵蚀模数，见表2。从表2中可以看到，由于水流的动力作用，会带走原本沉积的泥沙，随着下游流量的增加，对土壤的侵蚀能力加大，冲刷和搬运能力显著增强，水土流失越发严重。

图1 CN值

图2 水土保持效益值

表2 水沙响应值

2.3 生态安全评价

对小流域进行生态安全评价可以更好地辨别当地的生态系统稳定性、脆弱性以及可持续发展性。选取年降雨量、土壤类别、坡度、坡向、植被覆盖率、人类活动强度、沟道比降、沟壑密度等8项作为水土流失风险源的评价指标，其对应的指标权重分别为0.33、0.03、0.22、0.03、0.20、0.03、0.12、0.04；将潜在经济损失、受影响人口以及生态服务价值作为受体重要性评价指标，其权重分别为0.16、0.58以及0.26。指标计算采用加法公式，即：

(1)

综合评价则采用乘法公式：

Y=p0.75·D0.25

(2)

式中，p—风险源；D—受体重要性；Y—综合生态评价得分。根据评价计算的分数即可对应生态安全重要性等级，见表3。通过对灯台架地区的数据进行分析，得到风险源指标得分为0.47，受体重要性为0.48，综合得分为0.42，表明灯台架地区的水土流失的可能性较高，遭到破坏的危险程度较大，风险较高，且生态安全风险等级较高的地区主要集中于农村居民点。

表3 生态安全重要性等级划分

3 配置过程分析

小流域的综合治理要根据当地的地形、水土流失的现状来决定，分层次有序对上下游进行水土保持措施的构筑，主要包括水土流失治理区、生态环境改善区一级其他区域，见表4。

表4 小流域措施配置区划

根据上文分析结果，采取多种措施对灯台架地区的对应区域进行空间措施的布置，主要布设措施有：在水土保持治理区(占总面积的71.5%)坡度大于25°的地方进行封山育林，充分发挥生态系统自我恢复能力，在坡度小于25°的人口聚居区域，因地制宜，选择当地适合的树种，进行生物工程治理，包括刺柏、五角枫、女贞和麻栎等；在生态改善区(占总面积的1.9%)，以预防为主，防治结合的方式进行改善，同时采取一定的工程措施，如新修梯田、堰坝、山塘、谷坊、蓄水池、疏溪固堤、排水沟、生产道路等综合设施；在措施的空间配置上，注重水文的反复耦合计算，考虑各类措施之间的影响和衔接性。

依据上述水土保持措施，对经过工程和生物工程治理的区域进行减水和减沙效益值的分析，如图3所示。

图3 减水减沙效益值

从图3中可以看出，治理过后的灯台架地区的减水减沙作用明显，平均减水率达到了22.6%，平均减沙率达到49.3%，表明水土保持治理治理效果逐步显现，水土流失得到遏制，生态环境逐渐恢复，流域内山青水秀一派生机盎然，逐步发展成适合人居、修闲旅游的好去处，也为今后清洁型小流域综合治理找到了一条成功模式。

4 结论

以灯台架小流域为例，以土地适宜性为约束条件、以水沙响应为决策依据，构建了基于生态安全评价的水土保持措施空间配置体系，通过治理后的效果表明：该地区水土流失得到明显遏制，生态环境恢复良好，研究分析结果可为类似小流域地区的水土保持工作提供借鉴。