平原河道水土流失成因及其防治措施研究

郭秀麗

(菏澤市河湖流域工程管理服務中心，山東 菏澤 274000)

0 引 言

經濟的發展使工業發展進入快車道，也導致大量地區出現水土流失情況[1-2]。通常來講，水土流失是自然因素與人為因素共同作用所導致的。近年來，全球土壤因為受到水土流失的影響逐漸產生鹽漬化等問題，輕則喪失資源能力，重則導致糧食危機，進而影響人類生存發展[3-4]。因此，水土流失治理成為當前國民經濟發展的重點，許多學者對此進行了研究。Mazigh N等[5]通過利用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation，USLE)，對所研究區域進行監測評價，并制定了水土流失的直觀圖，為其進行水土保持提供幫助。楊亮[6]通過對林業技術措施進行審圖探討，在判斷出我國水土流失成因的基礎上，提出了有關林業技術措施在水土流失上的應用策略，為防治水土流失提供有效幫助。吳揚等[7]通過對延安縣的磚窯灣小流域進行詳細研究，總結歸納其水土流失發生的原因，為其綜合治理提供了建設性意見。

本文利用RUSLE模型，建立相應的評價標準，通過某水利工程推進到整個山東平原地區，為山東平原地區水土流失提供有效的防治措施建議。

1 山東平原地區河道水土流失成因分析

1.1 山東平原地區河道水土流失特征與成因分析

水土流失是指土壤在水流的作用下被侵蝕、搬運、沉淀的全過程。在天然條件下，單純的自然條件下，由于天然因素造成的地表沖刷速度很慢，往往與土壤形成過程保持相對平衡，從而使坡面得以完好。在人為的作用下，尤其是人為造成的對坡地植被的嚴重破壞，使坡面植被受到人為的破壞，使土壤的物質運動加快，從而導致了水土流失[8-9]。常見的水土流失處于高原地帶，如我國的黃土高原。但在平原地區也存在大量的水土流失現象，平原地區的水土流失問題不僅存在，在一定條件下會導致平原地區形成不同程度的土壤侵蝕、河岸崩塌、水質惡化、農田侵蝕、洪水風險增大等，因此平原地區的水土流失治理勢在必行[10-11]。本文以山東平原地區河道為對象，在研究其成因的基礎上，分析其發生規律，從而提出相關治理措施。

山東地區位于我國北部的水力沖刷類型區，黃河古道沿線有一定的風蝕作用，其他地區主要是水力沖刷。其中，超過99%為水力沖刷，在水力侵蝕中，主要是表面侵蝕，溝蝕和崩崗侵蝕很少見，只有當基巖的風化層厚度和陡峭的地勢時才會發生。山東平原地區由于其特殊的地理環境和南北氣候的交界處，河道水土流失呈現多種特征，具體見圖1。

圖1 山東平原地區河道水土流失特征

從圖1中可以看出，山東平原地區河道地區水土流失總量并不是很大，但其分布較為廣泛，且強度較低，潛在威脅比較大；山東平原地區河道整體水土流失影響河道干流比較小，對支流影響比較大；其水土流失造成因素比較復雜，由多種因素組合造成。山東平原地區每年大雨時，都會產生大量的泥沙，這些泥沙大部分都是在附近的山溝、中小河道、庫塘和排水溝中。A河道干流中游存在大量的閘壩，在汛期水位高時，往往會導致支流水位的頂托，對干流影響不大。山東地區河道水土流失造成的因素有很多，形成因素比較復雜，具體成因見圖2。

圖2 山東平原地區河道水土流失成因

從圖2中可以看出，造成山東平原地區河道水土流失的原因包含自然因素和人類經濟活動因素。其中，自然因素中包含氣候因素、土壤地質因素、地形因素以及植被因素。在氣候因素中，造成水土流失比較顯著的是降水和風，雨雪中的雨量、雪量等都會對土壤的侵蝕產生影響，風則是利用風速形成的風力對土壤進行侵蝕，從而導致水土流失。隨著黃河侵奪A河道，山東平原地區水土流失逐漸加重。坡度、坡長、溝壑密度等次生因子對水土流失也有較大影響，山東平原地區地形從西北到東南，除東北幾座低矮的丘陵，其余都是平緩的。由于地勢的原因，雨水從高處向低洼地區匯集，在匯集過程中，不斷沖刷泥土，夾帶泥沙，在地勢較低處堆積，形成水土流失。

在自然因素中，植物是可以有效阻止水土流失的主要因子。在植被較好的地方，即使在陡峭的山坡上、在較弱的土壤上、在暴雨和風暴中，也很難造成水土流失。植物的防蝕作用主要體現在攔截緩沖雨水等對土壤的直接沖擊。山東地區連年植被覆蓋率逐漸下降，從而水土流失嚴重。

在人為因素中，主要還是經濟的發展促使各類項目逐漸生成開展，從而對山東地區的生態環境造成極大的破壞，導致防止水土流失能力逐漸下降。

1.2 山東平原地區水土流失侵蝕量計算模型

水土流失是一種復雜的、綜合性的自然地理現象，其最初涵義是由于侵蝕外部因素的影響，導致土壤中的微粒和水分的損失，由于雨水的拍打和徑流的沖刷，造成土壤顆粒的剝落和運動，并且由于地貌和土地利用模式的重新分布，造成了實際的水土流失。為了針對性地給出防治措施，需要對山東平原地區水土侵蝕量進行相應的監督預測，并進行計算，得出相應的水土流失規律，進而提出相應措施。研究利用美國修正后的通用土壤流失方程模型(Revise Universal Soil Loss Equation，RUSLE)，該模型計算的水土流失總量由降雨對土壤的侵蝕力、土壤自身具備的可蝕性、植被相關的因子、水資源保護的因子以及地形因子所決定。RUSLE模型的水土流失計算流程見圖3。

圖3 RUSLE模型水土流失計算流程

從圖3中可以看出，RUSLE模型中的水土流失計算流程首先是需要進行數據收集，然后開始同步利用數字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)對地形進行數字化模擬、將植被的指數進行歸一化處理(Normalized Vegetation Index，NDVI)、收集土壤、降雨以及土壤利用數據；然后利用DEM得出坡長坡度因子、運用NDVI得出植被覆蓋和管理因子、利用土壤數據得到土壤可侵蝕性因子、利用降雨數據獲得降雨侵蝕力以及根據土地利用數據獲得水土保持措施因子；最后得出水土流失模數。

在這個過程中，5個因子值就是RUSLE模型的參數值。其中，降雨侵蝕力因子是水利侵蝕因子的一種動態因子，其反映了土壤侵蝕的潛力，是土壤侵蝕的主要因子；土壤可侵蝕因子表現的是土壤的抗蝕性，也稱之為抗沖擊能力，是土壤在侵蝕過程中對侵蝕介質的腐蝕和運輸能力的敏感程度，是一種度量指標，也是影響侵蝕程度的一個內部因子；植被覆蓋與管理因子表現的是植被水土保持的一個綜合過程，植物的防蝕功能主要有削減雨水能量、保水和抗蝕等功能；水土保持措施因子是在具體的水土保持措施下，水土流失與坡耕地對應的水土流失比率，其值一般界定在0.25～1.00之間；坡長坡度因子又稱之為地形因子，包含坡長因子和坡度因子。在此基礎上，根據RUSLE模型最后得出的土壤侵蝕模數進行分級，見圖4。

圖4 基于RUSLE模型的土壤侵蝕模數分級標準

從圖4中可以看出，分級標準總共分為7個等級，其根據土地每平方千米河道水土流失的總噸數來劃分，分別為微度1、微度2、輕度、中度、強度、極強度以及劇烈。數值越高，表示水土流失級別越大，同時也表明其水土流失越明顯。

2 山東平原地區河道水土流失防治措施研究

為了針對性地給出山東平原地區河道水土流失的相應防治措施，根據其水土流失的擾動規律進行相關實驗。實驗首先通過資料收集的方式，來判定山東平原地區河道水土流失對其支流和干流的影響程度，資料中包含A河道干流以及山東平原地區主要支流的實測水沙資料。見圖5。

圖5 山東平原地區干流和部分支流實測水沙部分對比結果

從圖5中可以看出，A河道作為干流，雖然其控制面積以及年輸沙量都是最大的，但是年含沙量反而更低，為0.293。并且年輸沙模數也低于C河道，表明其輸水量大，含沙量小，因而受泥沙威脅較小。另外，B河道和C河道的輸沙能力較強，C河道年輸沙模數為95.956t/km2，比A河道干流高32%左右。綜合來看，單就山東平原來講，其河道水土流失對支流的影響比較大，對干流比較小。因此，對山東平原地區水流防治來說，就需要將A河道干流等無明顯侵蝕區進行農田與林地的水土保持，對于其他支流侵蝕較為嚴重的，就需要重點監督與防護。另外，研究繼續在山東地區某水利工程的基礎上進行實驗，其相關實驗涉及實驗分區以及實驗場的設計。對實驗分區來說，包含工程建設區、土料場等；對實驗場設計來說，包含實驗場的選擇、雨量點的布設、觀測場的簡易建設以及設定相應的觀測方法。研究主要在降雨與土壤侵蝕兩方面進行了觀測。降雨的觀測結果見圖6。

圖6 山東平原地區某水利工程5-9月份降水量情況

圖6中，橫軸括號中為月份。從圖6中可以看出，該水利工程在近5個月內的降水量起伏波動較大，最高出現在7月27號，為68mm；最低出現在8月24號，為0.2mm。在RUSLE模型中，受到了降水量的影響，降水量越大表明其水土流失越嚴重，然而該地區的起伏比較大，因此需要進行分時段的治理。在此基礎上，該水利工程的土壤侵蝕觀測結果見表1。

通過表1的觀測結果可發現，工程建設對地表土壤的干擾導致大量的水土流失，其中最大的侵蝕為13 434 t /(km2·a),最低為2 460 t /(km2·a)，而棄土區和臨時堆土區的土壤侵蝕模數為11 737.134 34 t (km2·a)。對主體工程而言，主要水保措施包括護坡、護砌閘工程區綠化美化等。護坡和護砌措施都按計劃進行，對土壤侵蝕起到很好的預防作用。工程竣工后一年內，必須完成對堤壩后草皮的保護、路肩草皮的保護、閘工程區的美化和綠化工作，目前僅進行了平整。對工程管理而言，其具備較好的排水措施，并存在一定的土壤侵蝕。對土料場而言，其排水系統較好，施工完成后，及時進行土地平整。對棄土區而言，施工期間，邊平整邊棄土；施工結束后，與導流溝同步平整，作為復墾土地。對臨建工程而言，明渠、圍堰均已平整，部分采用草墊保護；在臨時堆土區和施工便道的兩邊都有排水溝。綜合來看，需要對相應的工程進行分區治理，針對不同區域的特點來進行水土流失治理。

表1 山東某水利工程各區域的水土流失量監測結果

從山東平原地區整體水土流失上來看，同樣需要進行水土流失區域的分區治理。根據其嚴重程度，將其分為重點預防保護區、重點監督區以及無明顯侵蝕區。對重點防護區而言，大多為飛沙土區，因此需要采取防風固沙、聚沙固土以及客淤壓沙等操作，同時需要進行合理的農田排灌方式。對重點監督區而言，需要采取排洪道、攔渣壩等措施，同時對該地區進行種樹和種草。對無明顯侵蝕區來講，需要采取相應的農田水土保持措施。在此基礎上，通過搜集相關資料，運用相關評價方法，評價山東某地區采取相關措施前后的經濟生態系統現狀，結果見圖7。

圖7 山東某地區治理前后生態經濟系統評價結果

從圖7中可以看出，山東平原地區河道流域采取措施后，綜合評價指標從0.96提升至2.50，整體水平比之前增加1.6倍。其中，生態效益作用因子從1.02增加至2.65，增加160%；經濟作用因子從0.91增加至12.38，增加162%；社會作用因子從0.99增加至2.47，增加150%。綜合來看，研究所提出的防治措施效果比較好，水土流失顯著降低，各種效益明顯提高。

3 結 論

為了對山東平原地區水土流失制定針對性的防治措施，引入RUSLE模型，并進行相關實驗分析。結果表明，工程所在區域降水起伏比較大，最高為68mm。該工程最大侵蝕模數為13 434 t /(km2·a)，反映到整體的山東平原地區

區水土流失上，需要進行分區治理，以應對不同地區的水土流失。同時，根據相應的水土流失情況給出防治措施建議，并收集資料驗證其治理情況評價。評價結果顯示，其綜合指標整體比治理前高1.6倍，從0.96提升至2.50，表明研究所給出的防治措施效果比較好，具備有效性。