關于水土流失和水土保持定量研究的探討

劉 麗

（吐魯番市水利水電勘測設計研究院，新疆 吐魯番 838000）

隨著城市化建設加快，土木工程興建，但由于地理條件復雜，氣象因素眾多，局部區域存在水蝕、風蝕、凍蝕等環境侵蝕作用，導致水土流失現象嚴重，已經影響我國未來可持續性發展戰略的實施和國民安居樂業。上世紀70年代開始，我國已經積極嘗試建立水土流失和水土保持定量的評價系統，并基于評價系統，進一步研究和建立水土數據評價模型。針對我國黃土高原，包括甘肅、陜西、山西等多個省市進行具體化的土壤侵蝕和水土保持現狀研究。現階段，我國有關部門對土壤流失和水土保持定量的評價主要分地塊、小流域、區域或國家三大單元，每個單元都具有兩種模型，即：統計模型和物理模型[1]。

1 地塊水土流失模型的研究和建立

地塊也可以稱為坡面土壤，是水土流失和保持水土定量研究的最常用子單元。地塊土壤流失模型主要是指將一個小流域劃分為許多地塊單元，然后進行區域觀測或者室內試驗模擬，建立的統計性或物理性模型。在研究中，以地塊模型為單元，計算某區域水土流失總量，并對區域土地的綜合運用以及水土保護計劃的實施，提供合理性論證或者模擬分析[2]。

1.1 地塊確定與劃分方式研究

在水土研究和水土模型開發中，常用電腦模擬的理想地塊為研究單元，區域模型的標準地塊單元需要根據實際標準進行劃分。一般，地塊劃分方式有兩種：簡單地塊劃分、綜合地塊劃分。其中，簡單地塊劃分是在PC端對研究區域進行實際三維模擬，根據水土模型計算的需要，將研究區地貌單元、水表徑流狀況、或者區域土地特征作為參照物，進行地塊劃分，最簡單的方式是將研究區直接劃分為同等大小、形狀的規則方格，直接作為計算分析的地塊單元。這種劃分方式只能應用于一些理想地貌區域的研究，即矩形、坡度、土壤和土地利用情況等相對平衡且相似度較高的地理空間單元；在綜合地塊劃分中，地塊空間單元的確立，是根據區域地形地貌、土地利用狀況、土壤評價級別等更容易影響水土流失情況的環境因子劃分，并以此為基礎，采集環境和地質管理參數數據，從而計算水土流失量[3]。

1.2 地塊統計模型的研究和建立

上個世紀80年代，我國開始水土流失和保持系統的研究數據模型建立，并參考和利用了USAWE數據庫的基本模型形式，結合實際觀測到的水土環境資料，計算各類水土流失因子值，以地塊為環境單元，計算坡面和流域水土流失量，研究區域的土壤空間變換異化值。

現階段，我國關于水土流失統計模型仍存在一些科學問題如：現有的水土流失和水土保持研究大多以地方性研究為主，缺乏統籌度和全局效應，不能應用于較大區域；地表植被和作物與水表因子之間并沒有建立良好觀測資料和具有說服力的聯系證明，直接影響到統計模型的使用性能；大多數統計模型并不成熟，不能直接應用于研究區域內的流域土地水土保持定量規劃工作計劃；對國外模型的引入和應用，存在一些不合理的情況，例如模型應用于比例尺超過1∶250000的區域，具有不客觀性。

1.3 地塊物理模型的研究和建立

地塊物理模型主要是以地塊坡面徑流量、徑流侵蝕能力、水利濺蝕、溝蝕分散量為核心因素建立。在對黃土高原水土流失情況進行研究中，通過溝坡模型研究可知，溝坡侵蝕產沙量與上部徑流和沙量有關；溝道模型則主要是用泥沙輸入量比值來研究溝道淤泥變化規律。嚴格來說，溝道模型屬于半物理性質。

2 小流域模型建立

小流域治理是我國水土流失研究和水土定量保持的基本方式之一。從宏觀角度來看，每一個小流域在地質狀態、侵蝕因子、產沙輸沙等過程都具有一定類比性。

2.1 小流域土壤流失研究

小流域的土壤過程可以近似的看成水文因子、氣象因子、土壤面因子的相關函數。水文因子和氣象因子可以歸為同類，包括：降雨量、地表徑流量、土方值等。土壤面因子包括小流域內的流域物理特征，如：物理幾何特征、地形地貌特征、土壤地質特征、植被土壤利用特征等。小流域可以看作是若干個地塊的集合，故在小流域的指標中，所有上述指標只能是該項統計特征的均值和比例值，比如平均地表徑流量、平均溝谷密度、平均農地比例等。

2.2 小流域模型評價因子確立

小流域模型評價因子，是根據以區域降雨和區域徑流為核心的動力侵蝕因子以及以區域地形、巖面、區域植被、土地利用為核心的土壤因子為核心，運用統計學和計算分析方式，計算出各種評價因子和區域侵蝕量關系，再根據因子貢獻量確定評價因子。常用的評價因子詳見表1。

表1 小流域模型評價因子統計表

2.3 小流域評價模型實例

目前比較常用的小流域評價模型公式主要有以下兩種:

式中，MS為小流域土壤產沙模數，m3/km2·a；Mw為小區域徑流模數值；Rh為區域狹窄度；Re為區域寬度；Dh為綜合治理程度；Rs為小流域區域巖土抗腐蝕性。

式中，a、b、c均為小流域評價因子比重值。

2.4 區域評價模型的建立

對于一個較大區域，為了對其水土保持定量研究和江河治理，必須進行區域土壤侵蝕和水土保持的綜合性、宏觀性判斷，提出區域評價模型概念。區域評價模型的實現必須立足于我國衛星傳輸裝置提供空間概念整體性資料，必須伴隨航天技術，同步發展。

3 水土流失和水土保持定量研究發展方向

水土流失和水土保持一直受到國家、地方和農民的普遍關注，基于研究水土流失和水土定量研究數據，為國家決策提供規劃和支持。

3.1 建立自主水土資源資料庫

水土資源數據庫可以用于記錄和統計所有地區水土流失情況的調查數據，以空間數據庫為基礎，利用現代三維影像技術，建立影音資料，為后續多種區域模型的開發提供數據存儲資料。

3.2 提高對土壤流失過程及影響因子的認知

通過對現有的水土流失數據庫資料進行分析，以及對現有的區域模型敏感性進行實時分析，提高對水土流失過程的認識，必要時可進行區域人工降雨實驗，輔助問題研究。

3.3 提高水土空間特征認識

在區域模型建立和對水土流失及水土保持定量研究中，可以著重利用特殊區域環境，如我國黃土高原、青藏高原、內蒙古沙漠地區等，進行國家水土流失情況的空間歸納整理，以便未來通過各種空間尺度模型，建立比例尺轉化和模型更改。

4 結束語

在借鑒國外水土流失和水土保持定量研究評價模型和相關環境理論前提下，結合實際情況，通過地塊、小流域、區域或國家三大單元深入分析我國現階段水土流失和沙土侵蝕基本成因和環境特征。通過資料對比，建立土壤侵蝕評價因子綜合考核系統，多層次建立空間區域模型，為我國防止水土流失，保持水土定量，提供科學依據。