梁山小流域综合治理工程对生态服务价值的影响

(辽宁省葫芦岛市青山水库管理局，辽宁 葫芦岛 125000)

中国是世界上水土流失最严重的国家之一。土壤侵蚀分布广泛，强度高，原因复杂。中国的水土流失面积达150万 km2，总损失巨大。尤其是西北黄土地区，南部红壤地区，北部黑土的水土流失尤其严重，水土流失造成水资源和环境污染，池塘淤积威胁等一系列危害。危害城市安全，阻碍社会经济发展[1-2]。

20世纪50年代以来，中国山西、陕西等省在黄土高原小流域综合治理生态环境中开辟了小流域作为水土保持综合治理的基本单位。八十年代大面积小流域综合治理，长期以来，取得了丰富的经验及良好的效果[3]。小流域一般时第二，三级支流以下相对独立的小流域，紧邻流域及下游河段，流域面积100 km2。20世纪90年代以来，海外环境质量评估取得了较快的发展。根据环境改革和管理的评估结果，大大提高了生态环境质量。美国国家环境保护署在20世纪90年代初期的环境保护评估项目(EMAP)以及美国国家环保总局在20世纪90年代中期的评估中对生态环境质量进行评估。大西洋中部的大型生态环境。其他个人和组织也将景观生态学，遥感和地理信息系统应用于生态评估[4]。

1 基本现状

梁山小流域总面积200.82 km2，水土流失面积为9 948.67 km2，均为风力侵蚀(9 574.67 km2轻度侵蚀、374 km2中度侵蚀)，该流域位于新民的柳河西岸，海拔30～60 m之间，属于半干旱轻度风力侵蚀区域。

1.1 地貌情况

该流域有沟壑面积160 km2，占总面积的0.67%，沟壑密度为1.5 km/km2，大多数为小的支沟和毛沟，多数是V型沟。该流域地形平坦，小于5度的20 082 km2，占总面积的100%。

1.2 土地利用现状

梁山小流域位于柳河西岸平原地带，主要由棕土壤、草甸土、风沙土、地表岩性亚沙土构成。它分布的范围为柳河西岸。梁山小流域总面积200.82 km2，其中农业73.39 km2、牧业0.9 km2、林业65.66 km2、草场10 km2、果园1.00 km2、水域面积11.33 km2、荒地面积13.76 km2，村屯面积11.08 km2，城乡居民4.3 km2，从中可以看出，流域内土地利用比例不合理，土地潜力有待进一步发展，必须调整，充分发挥土地资源，振兴农村经济。

1.3 植被

由于自然环境和人为因素如地理、气候等因素，流域内树种单调，以杨树为主。经济林的主要种类有葡萄，山楂和杏。流域内有林地面积65.66 km2，流域内的森林覆盖率为37%。

1.4 水文、气象

梁山小流域地处北温带，属于大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，七月气温最高，平均气温23℃～24℃，最高气温35.8℃，最低气温在1月份，平均气温-8.5℃～-11.2℃，最低气温-30.4℃，年平均降水量500～550 mm，降水基本集中在7月份、8月份、9月份，年降雨量占全年的60%以上，年平均无霜期为156 d，10月底起霜早，晚霜终于2月底。年平均蒸发量为1 745 mm。由于降雨分布不均，往往造成春季干旱，夏季洪涝，秋季悬挂。这种气候条件严重影响了农业生产的正常发展。

2 土壤侵蚀影响计算

土壤侵蚀发生在土地表面，是一个复杂的地理过程，加上自然和人类的相互作用。土壤侵蚀引起的泥沙输沙对流域生态系统产生重大影响，并引起越来越多的关注。基于土壤侵蚀机理，物理成因模型利用水力学，土壤学，水文学和河流泥沙动力学的基本理论知识，依据已经知道的降雨和径流条件描述水土流失和产沙的过程，给定土壤侵蚀一段的时间。物理模型的代表包括美国农业部的WEPP(SoilErosionPrediction)，荷兰Limburg省的LISEM(基于物理过程和GIS的土壤侵蚀和径流的预测模型)，EUROSEM(田间和流域土壤侵蚀预测模型)，Williams等人美国农业部建立了基于CREAMS模型和土壤和水评估工具(SWAT)的SWRRB模型。

中国土壤侵蚀定量的监测开始于20世纪40年代。通过建立水土保持的试验站，观测和观测土壤的侵蚀，建立了不同形式的土壤侵蚀的预报方程。20世纪70年代以后，中国开始研究土壤侵蚀的经验模型，研究了降雨，雨滴动能，侵蚀和降雨径流侵蚀力，植被覆盖程度，植被的拦截，土壤可蚀性，微地形和侵蚀等特征的关系。以小流域为单元初步形成水土流失模式，为中国小流域水土保持提供初步的设想。

20世纪80年代，美国的水土流失普遍性方程开始被我国引入和应用，对我国水土流失的经验模型产生了极大的影响。根据地表径流的实测资料，许多研究人员结合我国水土流失的特点，对模型因子进行了深入检验，重点研究侵蚀量与影响因子之间的定量关系，并建立了若干经验公式的区域水土流失。

2.1 USLE模型概述

美国农业部的通用水土流失方程USLE(通用土壤方程)是目前应用最广泛的经验统计模型。1954年，美国农业部在普渡大学设立全国径流和水土流失的数据中心，收集了美国全部社区的降雨，径流和泥沙的数据。基于之前的研究，Wischmeier等。利用国家水土流失统计资料，得到了土壤侵蚀的总体经验公式和USLE。1965年通过对水土流失方程的详细介绍，其基本形式是(Wischmeier，1965)：A=R·K·L·S·C·P。USLE模型是一个典型的经验模型。基于实验领域所产生的特殊信息，在推广和推广中存在一定的不确定性，所以，在其他领域的应用中需要作一些修改。在这个基础上，本研究区域的USLE方程推导如下：A=f·R·K·L·S·C·P。其中A代表土壤侵蚀量，R代表降雨侵蚀因子，K代表土壤可蚀性因子，L代表坡长因子，S代表坡度因子，C代表作物管理因子，P代表土壤侵蚀控制因子。L因子和S因子，C因子和P因子常常被一起考虑。f为单位换算系数，当f=224.2时，水土流失单位为t/(km2·年)。

2.2 R因子计算

R是评估降雨导致的土壤分离和去除的动态指标(N.W.Hudson，1971)。直接测量降雨侵蚀力是十分困难的。降雨强度和降雨量经常用来评估降雨的侵蚀力。本文采用Wischmeier利用多年平均月降水量经验公式来计算R值，又称Pi2/P简单算法，公式为：

式中：Pi表示多年平均降雨量(mm)，P表示年降雨量(mm)。本文利用历年降水量计算研究区附近的4个气象站的降水量，并按上述经验公式分别计算R值，并分别计算R值。同时，由于研究区面积较小，只有一个价值。

2.3 K因子计算

K因子土壤可蚀性因子按照下面公式计算。

其中a代表土壤有机质含量，b代表土壤结构等级，c代表土壤渗透等级，Soil粘、Soil粉、Soil砂分别代表土壤中粘粒、粉砂粒和砂粒的百分比含量(%)在土壤中。土壤结构等级及渗透水平对应表见1、表2。

表1 土壤的结构等级对应表

表2 土壤渗透等级对应表

表3 土壤侵蚀强度的分级标准表

3 结语

根据上述土壤侵蚀的影像因子，根据RUSLE方程，分别计算了1987，2000，2002和2004年梁山流域土壤侵蚀模数。根据水利部颁布的水土流失等级标准，即表3，计算结果为等级统计，划分为六级水土流失强度分级图。

如图1所示，梁山流域四年平均土壤侵蚀强度计算为中度侵蚀。2002年平均土壤侵蚀强度是4 755.31t/(km2·a)，2004年土壤侵蚀强度下降，约为3 048.38 t/(km2·a)。从1987年到2002年，自然环境恶化。1987年土壤侵蚀量从3 497.22 t/(km2·a)逐渐增加。

图1 梁山小流域各年平均土壤侵蚀强度对比图

[1]王振颖,蔡景平,张中凯.辽宁省水土流失现状、动态变化及防治对策[J].水土保持应用技术.2002.(05)：32-36.

[2]许月卿,邵晓梅.基于GIS和RUSLE的土壤侵蚀量计算——以贵州省猫跳河流域为例[J].北京林业大学学报.2006(04) ：67-71.

[3]张晶.水土保持综合治理效益评价研究综述[J].水土保持应用技术.2015 (04):39-42.

[4]周江红,林洪涛.东北黑土区水土流失状况调查、分析及对策[J].水土保持应用技术.2003.(04)：43-44.