水土保持措施及其减水减沙效益分析.pdf
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1、 第 2 O卷第 2期 2 9 6 2 0 0 4年 3月 农 业 工 程 学 报 Tr a ns a c t i o ns o f t h e CSAE Vo1 2 O M aI-No 2 2 00 4 水 土保持措施及其减水减 沙效 益分析 袁希平(1 昆明理工 大学 国土资源学院,昆明 6 5 0 0 9 3;,雷廷 武 2 中国农业大学水利与 土木工程学 院 北京 1 0 0 0 8 3)摘要:水土流失 已经和正在蚕食 着人们 赖以生存 的宝贵 的水土资源,如何有 效地控制 水土流失 日益受 到社 会各界 和科 学家们的广泛关注。中国在水 土保 持方 面创 造了许多颇具特色 的水 土保
2、持措施,如:生 物林 草措施、耕作措施 和水 土保持工 程措施。该文总结了 目前所采用的 主要水 土保持措施 类型。采用坡 度、坡 长校正公式将 数据 转化为具有可 比性的量值(标 准 小区),定量分析 了各种水土保持措施对 于减少 径流和土壤侵蚀产 沙的效果,即治理措施的减水 减沙效益 为小流域土壤侵 蚀预报、水 土保持措施 的优化及 合理配置、优化 土地 利用结构等提供参考依据。关键词:土壤侵蚀;水土保持措施;减水减沙效益 中图分类号:S 1 5 7 3 文献标 识码:A 文章编号:1 0 0 2 6 8 1 9(2 0 0 4)0 2 0 2 9 6-0 5 0 引 言 土壤 侵蚀 是人
3、 类 面临 的严 重环境 问题 之一。土壤 侵 蚀 的持续 发 生,不 仅会 造成 当地 土壤 退化 乃至 土地 资 源 彻 底遭 到 破坏,而且 还会 引起 下 游河 道 与 湖 泊 的淤 积、加剧 洪水 灾 害 的威 胁。同时,土 壤侵 蚀 引起 的面源 污染 还会破坏水资源、加剧缺水地区的水危机、产生意想不 到的影响。我 国的土壤侵蚀十分严重,水土流失面积达 3 3 1 7万 k m。,占国土 面积 的 3 4 6 ,荒 漠化、沙漠化 面 积 2 6 2万 k m,占国土 面积 的 2 7 3 。水 土 流失 引发 的环境 问题 更 为突 出,因此 开 展水 土 保 持 即水 土 流失
4、综 合 治理 已成 为 当前 国土 整 治工 作 的 重点 1 。在 长期 的水 土保持 科 学研 究 和治 理 实践 中。产 生 了一 批确 有实 效 的水土 流失 治理 措施。但 是,这些 措 施 在 不 同条 件下 的影 响与 效 果,尚需要 定 量 描 述 从 而 为 科学 合理 地布 局水 土保 持措施 提 供依 据。另一 方 面,在 目前 世 界 上具 有 广泛 影 响 的水 土 流失 定 量 预 测 预报 的统计 模 型 US L E及 RUS L E 中均 将 水 土保 持 措 施 因 子作为预报土壤侵蚀量 的重要参数之一,以覆盖与田间 管理 因子和水土保持措施因子来表示L 2
5、 。我国习惯将水土保持措施分为 3大类,即:生物林 草措 施、耕 作措 施、工 程 措施。本 文 归纳 这 些 措施 的特 点。给 出各种措 施 对于 减少 径流 和 土壤流 失 的效果。i 水土保持措施类型与特 点 1 1 水 土保持 生物 林草 措 施 水 土保持 生 物 林 草措 施 是 指 在 水土 流 失 区植 树 造 林种草,增加地表植被覆盖,保护地表土壤免遭雨滴直 接打 击;拦 蓄径 流,涵 养 水源,调 节 河 川、湖 泊 和 水库 的 收稿 日期:2 0 0 3 1 1 1 8 修订 E t 期:2 0 0 4 0 2 2 0 基金项 目:中国科学院“百人计划”资助 作者简
6、介:袁希 平,湖北 鄂城人,博士生,副 教授,主要从 事水 :资源 管理和资源遥感方面的教学和研究工作。云南 昆明 昆明理 工大学 国土资源学院,6 5 0 0 9 3 通讯作者:雷廷 武,北京 市 中 国农业 大学 水利 与 土木 I 程学 院 E ma i l:d d r a g o n p u b l i c 3 b t a n e t c n 水 文状 况;增 加 土壤 抵抗 水 流 冲刷 的能 力。防止 土壤 侵 蚀,改 良土壤,改 善生 态环 境。为此 目的而采取 的措施 称 为水 土保 持生 物林 草措 施。中国水 土保持 生 物林草 措 施历 史悠久。林草 措施 对减 少径 流
7、 泥沙 的正 面效应 已为 大 家公 认。它 主要 是 通过 林 冠 截 流、林 下 草 灌 和枯 枝 落 叶层 的拦 蓄 以及植 物根 系 对土壤 的固结作 用保 持水 土、涵养 水源、改善 土壤 肥力。依 照定 义,农 作 物种 植 也 算作 生 物 林 草措 施,因为 农 作 物 首先 是 一 种生 物;其 次增 加 了地 表 覆盖,能 拦 蓄 一定 量 的降 雨径 流泥 沙,故 而 不 同种 植 方式 如 轮作、间 作 等 的作物 也算 作生 物林 草措 施。常 见的作 物种植 方式 有:1)轮 作(倒 茬):指 在 同一 块 土地 上 按 时 间 先 后顺 序 地种 植不 同作 物
8、的一 种生产 方式。按 照生 产任 务和 种 植 对象。通 常将 轮作 分为 大 田轮作 和草 田轮 作。大 田轮 作 以生 产粮 食或 工业 原料 为 主,它 包括 为 了满足专 门 的 生产 要求 而建 立 的专业 轮 作,为 了能多方 面满 足 国家对 农产 品需求 而建 立 的水旱 轮作,以及为 后茬 作物提 供较 好水肥条件的休闲轮作。草 田轮作以生产粮食作物和牧 草并 重,它包 括利 用 空闲 季节或 作 物行 间隙 地 的粮 肥 轮 作 和绿 肥 轮作,以及 以生 产 饲 料 为 主,同 时也 种 植粮 食 作物 或蔬 菜作 物 的饲料 轮作。2)间作、套 种 和混 播:间作 是
9、在 同一块 土地 上 于 l司 一生 长 期 内分 行 或 分带 相 间种 植 两 种 或 两种 以 上 作物 的栽 培方 法,如玉 米与 大豆 间作;套种 是在 同一块地 上 不 同时 间播种 两种 以上 的不 同作 物,当前 种作 物未 收获 时,就把后 作播 种 在前 作 的行 间,如小 麦 与黑 豆套种 等;混播 指在 同一 块地 上,两种 作物 均匀 撒播 或混 合播 种在 同一 播 种行 内,或 在 同一 播 种 行 内进 行 间隔 种植,如小 麦与 豌豆 混播 等。1 2水 土保 持耕 作措 施 水 土保持 耕作 措施 是 以保水 保 土保肥 为 主要 目的,以提 高农 业生 产
10、 为宗 旨。以犁、锄、耙等 为耕(整)地 农具 卢 斤 采 取 的改变 局部 微地 形或 地表 结构 的措 施。据 史书 记 载,早 在 四千 年 前 的后 稷 时 代,劳 动人 民 就采 用 了圳 田法,其后 西 周 时代 发 展 为 高低 畦 种 植 法,盼为 畎亩法 。是 以“湿 者欲燥,燥 者欲湿”为 原则,将土 维普资讯 http:/ 第 2 期 袁希平等:水土保持措施及其减水减沙效益分析 地作成高、低相间的垄和沟,在高亢的干旱地 只种低畦 地,在下湿地只种高畦地,使低 畦在高亢的土地上 能拦 蓄水土而在下湿地起排涝和洗盐碱的作用,这就是现代 垄作 法 的起源。此后,西 汉赵 过创
11、造 了代 田法,将 沟 和垄 每年 轮换 利用,这种 方 法 的最 大 特点是 具 有显 著增 产效 果,增 产 幅度 一般在 2 5 5 0 。现今 西北 干旱 区应 用 的垄 沟种 植法、水平 沟种 植法 等都 是在 代 田法基 础上 发 展 起来 的。为减 少干 旱 对农业 生产 的影 响,西汉末 年 汜 胜 之 提 出了区 田法,将 作 物播种 在 凹入 地 面的沟 里。这 种方法不仅能保墒防旱,少种高产,而且有利于保土保 肥,防止水 土流 失,现 在黄 土 高原地 区实 行 的掏钵 法、坑 田法、穴种 法、窝 种法 等 耕 作方 法 均 是 对 区 田法 的 继 承 和 发展。现 代
12、常 用 的水 土保 持耕 作措 施 主要有:1)等 高耕 作(横 坡 耕 作):是 指 沿 等 高 线垂 直 于坡 度走 向进 行 的横 向耕作。是坡 耕 地实施 其 它水 土保持 耕 作措 施 的基础。沿 等 高线进行 横 坡耕 作,在犁 沟平 行于 等 高线 方 向形 成许 多 蓄 水 沟,能 有 效 拦 蓄地 表 径 流 提 高水 分入 渗 时间,减 少 水土 流失,利于 作物 生长 发育,从 而达 到增 产之 目的。2)等高 沟垄 耕 作:在等 高耕 作 的基础 上,沿 坡 面等 高 线 开犁,形成 沟和 垄,在 沟 内或 垄上种 植作 物。这种 耕 作方 式称 为等 高沟垄 耕作。因
13、沟垄 耕作 改变 了坡 地微 地 形,将地面耕成有沟有垄,使地面受雨面积增大,减少 了 单 位 面积 上 的受雨量。一 条垄 等 于一个 小 土坝,沟 内积 蓄 雨水,增 加降 雨入 渗,有 效地 减少 径流 量 和冲刷 量。减 少 土壤 养分 流失。3)垄 作 区 田:在坡 耕 地 上犁成 水 平沟 垄 作 物 种 在 垄 的 半坡 上,在 沟 中每 隔 一定 距 离 作 一 土挡,以蓄 水保 肥 并防 止 横 向(沿垄 沟 方 向)径 流 的 发 生,区 田拦 截 降 雨,垄上 种植 作物。4)套 犁 沟播(套 二犁):沿 等 高 线 自坡 耕 地 的上 方 开 始,逐 步 向下,每耕 一
14、 犁后,再 在 原 犁 沟 内再 套 耕 一 犁,以加 深 犁沟,加 大 其拦 蓄径 流量。5)等高 带 状 间作:等 高带 状 间作 是 沿 着 等 高线 将 坡地 划分 成若 干 条带,在各 条带 上交互 和轮换 种植 密生 作 物与疏 生作 物,或牧 草与农 作 物 的一种 坡地 保持 水 土 的种 植方 法。6)等高带状间轮作:将坡地沿等高线划分成若干 条带,根 据粮 草轮作 的要求,分带 种植 草 和粮,一 个坡地 至 少 要有 二 年生(四 区轮作)或 四年 生(八 区 轮作)草带 三条 以上,沿 峁边线 则 种植 紫穗槐 或柠 条带 在 全 国普 遍适 用,主要 用 于 2 5。
15、以下,坡 度 越 陡作 用 越 小。坡 度越 大带 越窄,密 生作用 比重 越 大,带 与 主风 向垂直。可 作 为 修梯 田的基础。7)水 平沟:适 用 于 1 5。2 5。的西北 陡坡 耕 地,沟 口 上 宽 0 6 1 0 m,沟 底 宽 0 3 0 5 m,沟深 0 0 6 m,沟半 挖半 填,内侧 挖 出 的生 土用 在外 侧作 埂,树 苗栽 在 沟底 外侧。水 平沟 一般 用于 治理 荒坡 的造林 整 地,可拦 蓄一定 的径 流泥沙。水平 沟耕 作是 2 0世 纪 7 0年代末 旱地 农业 技术 的重 要成 果 之一,也是 目前 黄 土高原 坡耕 地 上应用 比较 有效 且 面积较
16、 大 的水 土保持 耕作 措施。8)少耕 免 耕:少 耕 免耕 技 术 是 指 在 上 茬 作 物收 获 后,后 续作 物种 植时 只做 极有 限 的土地 耕整 或不 进行 耕 整而 直接种 植后 茬 作物。经 过较 长时 间 的免耕,农 田土 壤 有 机质 含量 不断 提 高、土壤 结 构 持 续 改善,土壤 的 容 水 能 力 和入 渗性 能 极 大 提 高,从 而 达 到 涵养 水 源、提 高 地 力、减 少 水土流 失、增加 作物 产量 的作 用。所有上述耕作方式统称为(水土资源)保护性耕作 措施。1 3水 土保 持工 程措 施 水 土保 持 工程 措 施 是 水土 保 持 综合 治
17、理 措 施 的重 要组 成部 分,是指 通过 改变 一定 范 围内(有 限 尺度)小地 形(如 坡改 梯 等平 整 土 地 的措 施),拦 蓄 地 表 径流,增 加 土壤 降 雨 入渗,改 善 农业 生 产 条 件,充 分 利用 光、温、水 土资源,建 立 良性生 态环 境,减少 或防 止土 壤侵 蚀,合 理 开发、利 用水 土资 源而采 取 的措施。中 国历 代劳 动 人 民在 水 土 保持 实 践 中 创造 了许 多 行 之有 效 的水 土保持 工 程措 施。早 在西 汉 时期就 出现 了 雏 形“梯 田”;黄 河 中 游 山区农 民在 1 8世 纪 就开 始 打坝 淤地;引洪 漫地 在
18、中 国也 有悠 久 的历史。欧 洲文 艺复 兴 之 后,围 绕 山地 荒废 与 山洪及 泥 石 流 灾害 问题,阿 尔卑 斯 山区开 展 了荒 溪 治 理工 作,奥 地 利 的荒 溪 治 理 工作、日本 的防沙 工程 均相 当于 我 国的水 土保 持工 程。我 国根 据兴 修 目的及 其应 用条 件,水土保 持 工程措 施 可 分 为:山坡 防护 工 程;山 沟治 理 工 程;山洪 排 导 工 程;小 型蓄水 用水 工程。其 中防 止坡 地 土壤 侵蚀 的水 土保 持 工程措 施 主要指 山坡 防 护工 程。主要有:1)水平 梯 田:水 平 梯 田 是我 国年 代 久 远 的水 土保 持方 法
19、,最早 起源 于稻 田。是农业 生 产发展 的 产物,广泛 分 布于 世 界许 多 地 区,如北 非、法 国、中美 洲 及 亚洲、日 本、印度、韩 国及 东南亚 等 地。梯 田的 田面呈水 平,各块 梯 田将 坡 面 分割 成 整齐 的台 阶,为 高标 准 的 基本 农 田,适宜 种植 水稻 和 其他旱 作作 物、果树 等。2)鱼 磷坑:平 面呈 半 圆形,长 径 0 8 1 5 m,短 径 0 5 0 8 m;坑 深 0 3 0 5 m,沿 等高 线 布设。上 下 两 行坑 口呈“品”字形 错 开排 列。坑 两端 挖宽 深各 约 0 2 0 3 m,倒“八”字 形 的截 水 沟,形 状 多为
20、 曲线 形。用 于导 引 降雨径 流 入坑。3)隔坡 梯 田:隔 坡 梯 田是 在 一 个 坡 面 上 将 1 2 1 3 面 积修 成 水平 梯 田,上 方 留 出一 定 面积(1 2 2 3)的原 坡 面,坡 面产 生 的径 流 汇集拦 蓄 于下 方 的水平 田面 上 以在 田面产 生 雨 水 的迭 加效 应,改善 农 地 水分 状 况。这种 坡梯 相 间的 复式梯 田布置形 式 即为 隔坡 梯 田。修 建 隔 坡梯 田较 水 平 梯 田省 工 5 0 7 5 。特别 适 用 于土 地 多、劳 力少、降 于相对 较 少 的地 区。可作 为水 平梯 田的 一种 过 渡形式。4)反 坡梯 田(
21、水 平 阶):适 用 于 1 5。2 。的陡坡,阶 面 宽 约 1 o 1 5 m,外 高 内 低,具 有 3。5。的反 坡。阶 面可 容纳 一定 的 降水径 流。要 求暴 雨 时各 台水平 阶 间斜 坡径 流在 阶面 上能 全部或 大 部容 纳入 渗,树 苗栽种 在距 维普资讯 http:/ 2 9 8 农 业 工 程 学 报 阶边 0 3 0 5 I T I 处,适 宜种 植 旱作 和果树。5)坡 式 梯 田:顺 坡 向每 隔 一 定 间距 沿 等 高 线 修 筑 地埂 而成 的梯 田,依 靠逐 年 翻耕、径 流 冲淤加 高地 埂 使 田面 坡度逐 渐 减缓。最后 成为 水平 梯 田。其
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- 水土保持 措施 及其 减水减沙 效益 分析
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