云南山区小流域生态环境研究进展

赵冬梅，查智琴，刘澄静，角媛梅，吴常润

(云南师范大学旅游与地理科学学院，昆明 650500)

0 引 言

流域生态环境是人类生存和发展的基础，保护和改善生态环境是我国长期坚持的基本国策，也是水生态文明建设的重要举措。中国经济快速发展、全球气候变化及人类活动对水资源水环境等的影响日益增强、工业发展、土地利用类型变化等引发了一系列生态问题。我国的生态环境问题日益突出，制约着社会的可持续发展。特别是在高强度人类活动、较为缺水的喀斯特地区，地表径流、地下径流和河川径流等自然水循环通量日益减小，严重影响流域水循环系统原有的资源环境和生态服务功能，导致资源、环境、生态问题的产生。同时，资源、环境和生态效应又反过来制约人类活动，对流域水循环过程形成反馈[1]。人类活动在流域的分布具有时空差异，这种时空的差异使流域的生态环境不同程度受到影响[2]，随之而来的则是生态系统的破坏，如水土流失、植被破坏、环境污染、资源短缺及生物多样性丧失等，作为自然-社会-经济的复合生态系统, 小流域同样面临着上述生态环境问题。随着生态环境的负荷逐渐增大，小流域的生态环境质量问题也日益加重。小流域生态环境建设一直以来都是我国西部大开发战略部署中的一个重要举措，一直以来都是我国可持续发展战略中的一项重要内容[3]。因此，加强小流域的研究是我国治理流域生态问题的基石，也是我国推进水土保持与防治水土流失的一项重要战略任务，是推进流域水土保持研究的重要因素。它的健康直接关系局部地区的生态经济利益和全流域的可持续发展[4]。

生态环境是云南的宝贵财富，也是全国的宝贵财富。云南良好的生态环境和自然资源是全国乃至全世界的“瑰宝”[5]，云南是我国较早探索生态建设和环境保护省级顶层政策设计的省份之一。云南山区面积较大，涵盖了全省面积的94%，土地利用类型多为农耕地，再加上人口多，人口密度大，致使人均占有土地面积少。近几十年来，在人为因素和自然因素的共同作用下，山区小流域的水土流失及滑坡、泥石流等自然灾害逐年加剧,致使河岸坍塌、河床淤塞、河道排洪能力降低，形成小雨小灾、大雨大灾，甚至无灾不成年的恶性循环，严重时会损坏农田、耕地、冲毁城镇、村庄、公路，造成群众生命财产损失和资源环境破坏。各类自然资源尤其是土地资源，一旦破坏将很难恢复，严重影响社会经济的可持续发展[6]。云南生态敏感且脆弱，经济社会发展同生态环境保护的矛盾仍然突出，局部区域生态环境压力大，水土流失治理、水源保护、重金属污染等难度较大，同时，伴随着经济发展，水环境与区域生态环境也十分突出，特别是非点源污染等对小流域生态环境造成了极大的危害。探讨流域生态环境的研究进展情况，正确认识和评价流域生态环境的本质特征是当今生态环境状亟待解决的问题。本文的目的：①梳理来自于不同学科角度的小流域概念，希望对小流域的概念达成共识；②对云南各个小流域研究的内容、观测方法进行综述；③进一步评估促进云南小流域研究内容广度与深度的发展、研究技术的更新。这些对于云南未来小流域水资源利用、生态环境保护和社会经济的可持续发展具有重要现实意义。

1 小流域概念的演变

对于小流域概念的探析由来已久，国际上没有统一的标准，最早提出小流域概念的是美国R. E. Horton 学者，后经其学生A. N. Strahler修改，认为小流域是最末端的水系，即河流最小的末端水道(一级支流)和2条一级支流相汇后的水系(二级支流)[7]。此后，国内外大批学者从学科角度提出了他们的看法，地理学上将其定义为相对河流的某一段面的由分水线包围的区域；流域经济学上小流域是指水资源的地面集水区和地下集水区的总称，把大河的支流流域称为小流域；水文学上把级别最高的支流称为小流域；水土保持领域一般指一个完整的土壤侵蚀单元。无论是水土保持管理者还是水土保持专家也没有形成明确而一致的意见。

本文在梳理前人的基础上将其内涵归纳为以下2类(见图1)。一是从面积角度上看，在《小流域划分及编码规范》中，其定义是这样解释的：“①小流域划分应以自然地形地貌为基础，尽量保证小流域形态特征的完整；②小流域面积原则上控制在30～50 km2，特殊情况不宜小于3 km2或大于100 km2；③小流域由一个或多个微流域归并而成，微流域最小面积一般以0.1～1 km2为宜”。同时，规范中还提出“当划分区域较大时，为保证成果质量，提高工作效率，将划分区域分割为多个作业单位，每个作业单位一般不大于200 km2”。与小流域相近的概念主要有：微流域、作业单位等，且他们之间存在着相互的嵌套关系。而学术界中具有代表性的是付丛生[8]和王忠法[9]等提出：小流域的面积应小于1 000 km2的集水单元[10]；陆鼎言等[11]认为小流域通常是指二、三级支流以下以分水岭和下游河道出口断面为界，集水面积在100 km2以下的相对独立和封闭的自然汇水区域；国务院批复的《全国山洪灾害防治规划》中指出，小流域面积原则上控制在200 km2以下[12]；欧洲和日本把面积在50～100 km2以下的流域称为小流域。中国水利保持上把面积一般不超过50 km2的集水单元叫小流域；郭廷辅等[13]将小流域定义为流域面积为5～30 km2的闭合集水区。多数学者认为根据我国的地形地貌条件和人口数量等实际情况，小流域面积以不大于50 km2为宜，也符合我国绝大部分地区特点和国情。

图1 小流域界定Fig.1 Small watershed definition

部分学者从小流域功能角度给小流域下定义，目前普遍认为：小流域是以区域内水源为主要纽带，紧密连接区域内植被覆盖、土地利用、水循环等自然支撑系统的一个综合性自然地域系统。陈良和杨庆媛等认为小流域是指相当于由一条坳沟或沟道为主体所构成的，以分水岭和出口断面为界的一个独立而完整的自然集水区域，是山地和丘陵区的基本地貌组合单元；卢剑波等认为小流域是一个水文单元，又是一个自然生物单元，还是一个社会经济政治单元，也是一个资源管理和规划的综合单元，着重强调了小流域与人类之间的相互关系；小流域既是降雨径流汇集的集流区域最小单元，它是泥沙的来源地，又是产流产沙的基本单元，也是中国山区水土流失治理的基本单元，能反映区域水土流失状况的基本单元；赵爱军等[14]2005年提出小流域要具备以下条件：①土壤侵蚀过程自成完整系统；②具备按照生态经济学原理组织农、林、牧生产的有利条件，是发展农林牧各业的经济单元。总的来看，各个学者对小流域的定义更加倾向于自身研究的方向或角度，当然相同研究方向的定义也存在差异，没有统一的认识。

2 已有研究的云南小流域位置及特征

云南省位于中国西南部，地势呈现西北高、东南低，自北向南呈阶梯状逐级下降，因横断山脉纵贯西北部，海拔一般为3 000～4 000 m，为三江并流的高山峡谷区，山地面积33.11 万km2，占全省国土总面积的84%[15,16]。云南省石漠化面积达34 772.76 km2，占土地总面积的8.8%，占岩溶面积的31.36%，占西南岩溶石山地区石漠化面积的27%。在西南暖湿气流和东南暖湿气流的共同影响之下，由于地形和气候的影响，具有水汽充足、降水量丰富的特点，年均降水量为1 278.8 mm。全省江河纵贯，水系十分复杂，大小河流约600多条，多为入海河流的上游。它们的集水面积遍于全省，分属金沙江、南盘江、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江、元江流域6大水系，后4条河流为国际河流。小流域是相对于云南的主要干流而言，其下分布着大部分面积较小的支流。目前对小流域的研究集中在水土流失、水土保持和生态保护方面的较多，CNKI上以“云南+流域”为关键词搜索文献共1 332 篇，进一步输入关键词“云南+小流域”检索出66篇(刊登在核心期刊上)。此外，再以此4个小流域对文献进行检索得出尖山河小流域17篇、东川小流域12篇、滇池周边小流域15篇、头塘小流域15篇、官麦地小流域3篇、迤者河小流域5篇。主要集中在以下4条流域，分别是是金沙江流域的局部小流域、尖山河小流域、滇池周边小流域、东川小江流域及其支流蒋家沟小流域，对其他小流域的观测研究较少。

小江流域位于云南省昆明市东川区，流域面积1 034 km2，属于珠江流域上游地区，气候为亚热带高原季风气候，干、湿季分明，为金沙江的一级支流[17]。分布于小江两岸的107条泥石流沟,每年雨季都有数十条沟暴发泥石流,酿成重灾。小江流域以其泥石流分布之广、类型之全、活动之烈、规模之大和成灾之重而成为我国暴雨泥石泥的典型发育地区，堪称“泥石流的天然博物馆”[18]，是我国泥石流的重灾区，地质灾害频繁、生态环境恶劣、水土流失严重。

尖山河小流域地处澄江县西南部，距离县城16 km，北接龙街镇广龙村委会，南接禄充管委会，东临抚仙湖，西接晋宁县[19]，流域总面积35.42 km2，流域的植被覆盖率高84.02%，尖山河小流域的林草覆盖率和森林覆盖率比全省平均水平高30%～40%，其良好的生态环境现状在云南省山区小流域中不可多得的，但是，由于其所处位置的特殊性(是抚仙湖一级入湖支流)，其生态环境状况直接影响到抚仙湖的水体，也是目前研究较为广泛的区域。尖山河是抚仙湖的一条天然入湖河道，由农业引起的面源污染导致入湖口区域水质不断下降。

官麦地小流域位于云南省曲靖市沾益区西部白水镇境内，土地总面积 31.6 km2，距城中心约48 km[20]。小流域具有典型高原中山地貌特征，岩溶发育，地势西高东低。海拔为2 010～2 228 m，相对高差218 m，属断陷盆地区，土壤主要为红壤，平均土层厚度为40 cm。植被以针叶林、针阔混交林、灌木林为主，经果林树种为山核桃。

高枧槽小流域位于曲靖市马龙县西王家庄街道境内，距县城约20 km。小流域无大型坝，多山谷河槽，整体形状不规则，四周高，中间低，具有以典型高原山地为主、山坝相间、河谷深切的地貌特征[21]。海拔为1 950～2 140 m，相对高差为190 m，属断陷盆地，土壤主要为红壤，平均土层厚度为25 cm。植被为北亚热带-温带针阔叶混交林，天然植被主要树种有云南松、墨西哥柏、栎类等，经果林树种为嘎啦苹果。

还有部分的小流域研究集中在迤者河小流域，迤者小流域位于昆明市北部松华坝水源保护区，是该水源区的子流域之一，流域面积13.26 km2。研究它的产流产沙问题，为土地利用和水土保持奠定基础。蒋家沟流域属于金沙江流域一级支流小江流域的一条支流，地貌类型为侵蚀中山地貌，流域面积48.52 km2[22]，也是泥石流高发区。对宝象河流域的研究注重水体污染、污染物通量等问题。另外的研究区域较为分散，大部分研究内容均停留在水土流失、生态环境研究方面，研究内容较为单一。

3 云南小流域生态环境研究进展

3.1 小流域水文效应研究

人类活动加剧了自然环境演变的速度，并导致了一些不依人们意志为转移的后果，直接影响了流域经济的发展及生态环境的稳定。针对流域生态环境日益恶化的状况，学者对小流域水文效应的研究成果以王克勤在尖山河小流域区域研究成果代表性较强，但其侧重点在于水环境污染来源及污染程度的剖析，没有对整个水文过程进行系统研究。

关于流域水文效应的研究主要集中在2方面。

一是水污染方面的研究。具有代表性的如王克勤和宋泽芬等对澄江尖山河小流域不同土地利用类型的表径流量和泥沙量进行了定位观测，并对地表径流和泥沙中所含面源污染物进行了测定，结果表明，不同土地利用类型径流中的总氮总磷的输出量差异显著，坡耕地的总氮总磷输出量远大于其余几种土地利用类型，且径流中带走的总氮量大于泥沙，磷的输出主要是以泥沙结合态为主，泥沙是磷的主要载体。坡耕地和人工林是地表径流和泥沙产生的主要场所，确定尖山河小流域面源污染物的主要来源是坡耕地和人工林，探明氮元素的非点源污染特征，探讨坡耕地农田生态系统中氮的迁移途径、环境效应以及平衡规律[23,24]，为合理安排农作物施肥和小流域水土保持措施、预防和控制抚仙湖流域非点源污染提供科学的依据，为探讨自然降雨条件下农田地表径流及氮素的流失特征，减轻尖山河的水污染负荷，保护澄江抚仙湖的水质提供参考。白荣等[25]采用翻斗式自记雨量计观测流域径流、降雨量，对澄江尖山河小流域不同土地利用类型输出地表径流中的氮、磷特征及其比值作一探讨，明确不同土地类型输出径流的富营养化风险水平，以期为抚仙湖流域土地利用类型的调整及水体的保护提供参考依据。

翟子宁[26]研究了该流域的降雨、地表径流及水质，分析了流域的水质变化及探寻了抚仙湖支流水质对湖水质量的影响，预测潜在危险程度，结果表明，河水的主要污染参数为化学需氧量(COD)、氨氮、总氮、总磷，且各项指标均严重超标。根据COD以及氨氮的数据显示尖山河水质基本介于Ⅲ、Ⅳ类水质，根据总氮、总磷的数据显示，抚仙湖湖水水质属于劣Ⅴ类黑臭水质，营养物质污染的程度不断加剧，河水汇入抚仙湖只会加重湖水的富营养化和水质恶化。治理尖山河水质是治理抚仙湖的前提和基础。褚利平[27]等通过长期定位观测，揭示氮素动态变化特征，为控制氮素损失，防止水体富营养化提供科学依据。

二是水土保持方面。杨芳等[19]研究了这一地区在天然降雨的情况下不同植被类型的水土保持的效果,为该区域配置适当的植物措施、控制坡面侵蚀提供一定的理论依据和实践指导。延红卫等[25]布设实验小区观测径流等数据，分析了降雨因子对 4 个不同植被类型坡面径流区的产流产沙的影响规律，并建立了预报模型，为该地区水土流失治理提供一定的理论依据。

3.2 土壤侵蚀与水土流失

小流域往往是一些河流的源头，小流域的水土流失不仅会产生河道淤塞，而且植被的覆盖对保护土壤侵蚀有良好作用，云南土地利用类型多为农耕地，坡耕地是坡面侵蚀的主要土地利用，坡耕地的开垦和种植加大了坡面的水土流失。因此，水土流失应该以更小面积的小流域为单元开展工作。目前对云南小流域的研究集中在泥沙运动、土壤侵蚀及水土保持方面。

李苗苗[28]定量分析反坡水平阶减流减沙效益，为该区控制面源污染提供依据，分析昆明市松华坝水源区等高反坡阶对雨季坡耕地的土壤水分分布的影响，为该区域内等高反坡阶的改造提供理论依据。高天天等[29]针对松花坝水源区迤者小流域内的降雨、地形、坡度、土壤、植被等要素进行测定和分析，研究引起径流和泥沙变化的原因，对径流和泥沙变化所引起的水土流失等情况进行研究。武军探究水循环环节之间的相互关系，研究了该区域降雨量与地表径流的关系[30]如何在不影响当地居民经济发展的同时又很好地解决农业面源污染问题。郭圣浩、王克勤[31]等对迤者小流域的磷素进入水体的机理和影响因子进行研究。任玮研究了滇池支流宝象河流域[32]，估算宝象河流域的污染物通量、污染现状及多年发展趋势，为控制滇池流域污染和制定治理方案提供科学依据；估算土壤侵蚀量，为建立非点源污染模型提供基础数据。赵磊、姚美香等人应用GIS空间分析功能、USLE模型[33]和实验径流小区[34]来估算流域土壤侵蚀量。由于该地区往往水土流失严重，泥石流等地质灾害活动频繁，生态环境状况较为恶劣，使得土地资源很不稳定。

以小流域水土流失防治、生态环境改善为中心，以提高生态经济效益和社会经济持续发展为目标，在全面规划基础上，合理安排农林牧渔各业用地，布置水土保持措施，使之互相协调，互相促进，形成综合防治措施体系，在山区、丘陵区及风沙区建设环境优美、社会经济及人类活动和谐发展的小流域综合单元。因此可以说以小流域为单元的水土流失综合治理，是在引进、吸收国外先进治理经验基础上，结合我国实际情况的一项创举性工作。

3.3 自然干扰

崔鹏等运用近37 a的相关资料分析了泥石流暴发与降水的关系及ENSO对周边地区降水的影响，试图找出ENSO与小江流域泥石流的关联性[35]，侯兰功探究小江流域32条小沟流域形态[8]，蒋勇军运用GIS空间插值分析探究地下水质与土地利用变化之间的关系[17]；陈杰[9]应用RS技术解译遥感图像，探讨了小江流域面积、沟床比降对泥石流堆积扇形成的影响,对其进行了统计分析，文安邦[36]等人运用137Cs示踪法调查云南东川小江流域6条泥石流沟、6条非泥石流沟和主河的泥沙来源；这些降水、泥沙及运动方面的研究目的均在于服务小江流域的泥石流防治工作与生态修复。

蒋家沟流域属于金沙江流域一级支流小江流域的一条支流，地貌类型为侵蚀中山地貌，流域面积48.52 km2[37]，也是泥石流高发区，研究主要针对泥石流问题。蒋家沟流域于2004年秋季安装自动气象站[38]，监测时间短，大多数的研究均采用会泽县气象观测站提供的数据，李泳等从流域演化角度讨论了流域发生泥石流的曲线形态和演化趋势，通过流域的形态特征来认识泥石流的长期演化[39]；王裕宜[40,41]团队分析研究该流域泥石流侵蚀输沙与极端强降水变化趋势和突变特征的关系，分析了降雨变化与泥石流输沙量的关系，为未来暴雨泥石流中、短期時间尺度的预测研究提供一条新途径；郭晓军等人[42]用SCS模型(模拟精度在90%以上)探讨泥石流沟的降雨与径流的关系，这对于实现该区域山地生态环境优化有重要意义。

3.4 生态修复与治理

在生态保护方面，有学者对洋派河流域[43]开展生态修复试点和修复效果研究，以流域为研究单元,分析流域土地利用动态变化；对区域不同林分结构的云南松水土保持林地削减坡面径流与侵蚀的效益进行了定位观测与研究，王丹丹、袁春明综合考虑流域的整体性、功能性,为畹町河流域[44]的整体发展规划、头塘小流域[45]防护林建设的工程规划提供基础信息；段青松对滇中地区小流域水土流失治理前后产流模式的变化进行了研究，为王家箐流域[46]的水资源充分利用和水土保持效益评价提供参考；常士秋等[47]人开展了针对泥石流灾害的小流域生态功能分区研究，研究中将泥石流灾害作为分区的重要指标，使传统的生态功能分区与泥石流灾害紧密结合，为科学分析阿旺小河流域的生态修复提供有力的理论支撑；陈奇伯等人研究该区域土壤侵蚀规律，为纳帕海周边流域[48]恢复生态环境提供依据，实践意义深远；柏绍光[49]等分析了顺甸河近41 a实测暴雨洪水资料，进一步探讨主净雨强度与汇流参数的定量关系，这对于洪水资料短缺的云南纵向岭谷区内小流域设计洪水的计算具有十分重要的意义。

4 结论与展望

由上述小流域研究现状可以看出，云南小流域生态环境研究的主要研究内容是泥沙运动、泥石流、水土保持与生态修复，其中泥沙观测方面的研究比较粗糙，没有分悬移质、推移质和溶解质的观测，另外，非点源污染(面源污染)、水循环各要素之间的相互关系(以降雨径流关系为主)也备受关注；观测方法主要是通过水文或气象观测站、实验径流小区、三角形量水堰，并借助流速仪、水位计、自计雨量计等仪器，3S技术被广泛运用于水文科学领域，RS更是成为流域监测的重要手段，除此之外，云南小流域的观测研究还呈现出以下特点。

(1)由于云南山区面积广大，小流域众多，目前的小流域观测研究区域较局限，集中于滇东北、滇中地区泥石流多发区的小江流域及其支流，而在水资源较为丰富且地形复杂的滇西北较少，这些地区水文观测站少，在小流域监测方面的数据比较缺乏。

(2)在观测技术上，整套小流域观测的技术、观测经验与设备还不成熟。由于云南地处云贵高原，地形复杂，喀斯特地貌发育，对小流域的观测难度大，尤其是水文泥沙观测。

云南小流域研究尚处于起步阶段，关于小流域研究方面的文献较少，研究内容较为薄弱，观测技术与研究手段还不成熟，有待提高，且研究区域在空间上集中于东川地区。小流域研究作为水文科学领域的基础，是推进小流域治理工作的重要基石。本文针对目前云南省小流域研究现状，对未来小流域的研究提出了建议。

(1)加强对云南小流域的基础研究，扩大研究范围，了解不同环境下的小流域情况，为后续大尺度研究提供基础资料。

(2)将现代较先进的仪器或方法技术运用到小流域研究中，不断尝试新的观测方法。

(3)在基础研究之上，提高小流域研究内容的综合性，加强小流域与周围物质能量关系的流向研究。

推进水生态文明建设，发挥小流域的生态、景观、娱乐、休闲等方面的优势，促进人与自然、人与人、人与社会等方方面面的和谐[50]，立足水生态系统，建设水生态文明新格局。以生态文化为核心，最大限度地挖掘、保护与修复小流域自然生态水景，既要维护好流域优美的自然生态本底，又要形成流域独特的自然生态风貌，建设人与自然和谐发展的水生态文明新格局[51]。

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