水蚀地区城市水土流失强度分级指标体系探讨
收稿日期:2002-09-16
基金项目:广东省科技攻关项目(2K M061065).
作者简介:万方秋(1968-),男,湖北荆州人,华南师范大学2000级硕士研究生;丘世钧(1944-),男,海南澄迈人,华南师范大学教授,主要研究方向:地貌学教学及土壤侵蚀、海岸地貌和海平面变化.
文章编号:1000-5463(2003)04-0115-06
水蚀地区城市水土流失强度分级指标体系探讨
万方秋,丘世钧
(华南师范大学地理学系,广东广州510631)
摘要:概述了传统水土流失强度分级指标的适用范围及深圳市城市水土流失强度分级指标的局限性.指出了建立城市水土流失强度分级指标体系必须遵循的原则,据此,建立了包括土沙流失指标、水流失指标和相关指标的城市水土流失强度分级指标体系.在该分级指标体系中,首次设置了水流失指标,.
关键词:城市水土流失强度;分级指标体系;水流失指标
中图分类号:P951 文献标识码:A
DISCUSSION ON GRADATION IN DEX SYSTEM OF URBAN SOI L AN D
WATER LOSS INTENSIT Y IN WATER ER OSION REGION
W AN Fang -qiu ,QI U Shi -jun
(Department of G eography ,S outh China N ormal University ,G uangzhou 510631,China )
Abstract :Applied regions of gradation index for traditional s oil and water loss intensity and lim 2itations of gradation index for urban s oil and water loss intensity in Shenzhen city were generally expounded.The principles for establishing gradation index system of urban s oil and water loss intensity were put forward.On the basis of the principles ,the gradation index system of urban s oil and water loss intensity has been established ,including s oil and sand loss index ,water loss index which was presented first time and correlated index.S pecially ,necessities and feasibilities about setting up water loss index were systematically analyzed.
K ey w ords :urban s oil and water loss intensity ;gradation index system ;water loss index
城市水土流失是指在城市建设过程中,人为活动引发的新的水土流失[1],与传统上的农村山区的水土流失不同,其在成因、强度、危害及防治等方面都表现出新的特点.目前国内对城市水土流失强度分级指标的研究甚少,尚未建立一套综合的城市水土流失强度分级指标体系.显然,建立一套科学适用和完备的城市水土流失强度分级指标体系是合理进行城市水土流失强度分级的基础,这对于优化配置城市水土保持措施体系,有效制定城市水土保持规划,切实2003年11月N ov.2003 华南师范大学学报(自然科学版)
JOURNA L OF S OUTH CHINA NORM A L UNIVERSITY (NAT URA L SCIE NCE E DITION ) 2003年第4期 N o.4,2003
搞好城市防洪减灾乃至不断深化城市水土流失研究有重要的理论和现实意义.
由于我国大部分城市位于水力侵蚀为主的地区,所以,本文试图探讨水蚀地区城市水土流失强度分级指标体系,以期推动该方面研究工作的开展.
1 我国目前水土流失强度分级指标及适用性
111 传统水土流失强度分级指标及其适用范围
水利部发布的行业标准《土壤侵蚀分类分级标准》
(S L190-96)中的土壤侵蚀强度分级指标[2](表1,2)与原水电部《水土保持技术规范》
(S D238-87)规定的水土流失强度分级参考指标[3]均设置有:土壤年平均侵蚀模数,土壤年平均流失厚度、坡度、植被覆盖度,沟谷占坡面面积百分比,沟壑密度等.这些水土流失强度分级指标适合于以水力侵蚀为主的农村山区,包括两类指标,一类是直接反映土壤流失量的指标,这里有土壤年平均侵蚀模数和土壤年平均流失厚度;另一类是间接反映土壤流失量和水流失量的相关指标:坡度、植被覆盖度、沟谷占坡面面积比、沟壑密度,而没有直接的水流失指标.所以,目前国内并没有真正完整的水土流失强度分级指标.但笔者认为在以自然侵蚀或以农牧业活动为主的人为侵蚀的农村山区,用土壤侵蚀强度分级来代替水土流失强度分级,即主要考虑土壤侵蚀分级指标有其合理性,基本符合农村山区的实际,理由是:(1)农村山区水土保持的主要目的是保持土壤肥力,提供植物的立地条件,维持土地的生物生产力以及防治主要由于泥沙淤积导致的供水;(2)土壤侵蚀量与水流失量具有一定的相关性,一般来说,土壤侵蚀量可一定程度上反映地表径流量的大小;(3)植被覆盖度指标,坡度沟壑密度等相关指标既可反映土壤流失量大小,又可反映坡面径流量的大小.
表1 SL190-96规定的土壤侵蚀强度分级标准及沟蚀分级指标
强度分级
侵蚀模数/(t ?km -2?a -1)流失厚度/(mm ?a )沟蚀密度/(km ?km -2)沟蚀面积比/% Ⅰ微度
<200,500,1000<0.15,0.37,0.74 Ⅱ轻度
200,500,1000-25000.15,0.37,0.74-1.91-2<10 Ⅲ中度
2500-5000 1.9-3.72-310-25 Ⅳ强度
5000-8000 3.7-5.93-525-35 Ⅴ极强度
8000-15000 5.9-11.15-735-50 Ⅵ剧烈>15000>11.1>7>50 注:综合了《土壤侵蚀分类分级标准》中的有关表
表2 SL190-96规定的不同坡度下土壤侵蚀面蚀分级指标
林草覆盖度/%
5°～8°8°～15°15°～25°25°～35°>35°60～75
轻度轻度轻度中度中度45～60
轻度轻度中度中度强度30～45
轻度中度中变强度极强度<30中度
中度强度极强度剧烈坡耕地
轻度中度强度极强度剧烈611 华南师范大学学报(自然科学版)2003年
由于城市下垫面性质,水土流失特点及水土保持目的等诸多方面与农村山区迥异,所以,传统水土流失强度分级指标并不完全适合于城市.
112 深圳市城市水土流失强度分级指标及其局限性
深圳市是我国改革开放最早的城市之一,城市建设极为迅猛,由于在一段时期内,大兴土木,忽视了城市水土保持工作,导致了20世纪90年代初期的高强度城市水土流失及惨重的经济损失.为此,1995年,深圳市水利工作者和水利部南昌水利水电高等专科学校的专家学者等一起在对深圳市城市水土流失深入调查的基础上,制定了深圳市城市水土流失强度分级标准[4,5](表3).
表3 深圳市城市水土流失强度分级标准
流失原因 评价项目
分级标准Ⅰ级较少级Ⅱ级一般级Ⅲ级严重级土壤侵蚀模数/(t ?km -2?a -1)
2000-80008000-2000020000-60000开发区(边界相对封闭式)植被覆盖率/%
>5030～50<30斜坡高差/(m )
1～2>2>3平台面积
1～4>4>6开发区
(边界开放式)植被覆盖率/%50～7030～50<30斜坡高差/m 1.0～1.5
1.0～
2.0>2.0平台面积/m 2<10000
10000～40000>40000采石场尾砂防护距离/m >500
200～500<200建设开挖面坡度/(°)<30
30～38>38高差/m
<33～878岩性特征
坚硬风化裂隙发育的半风壳全风化破碎、堆积残积物或松散土自然流失坡度/(°)<15
15～25>25植被覆盖度/%
>7535～75<30措施或流失特征有挖穴水平条带侵蚀沟不明显明显侵蚀沟
深圳市城市水土流失强度分级针对深圳市的几种主要流失原因或流失类型,分别选取了不同的评价项目,亦即分级指标.这些分级指标能充分反映各流失类型影响水土流失量的主要因素,如开发区,除了考虑植被覆盖率外,还考虑了斜坡高差、平台面积这两个主要因子指标.即使是位于远郊的以自然流失为主的地区,也没有照搬传统水土流失强度分级指标,除选取了植被覆盖率,坡度这两个常用定量指标外,还选取了措施或流失特征这个定性指标.深圳市城市水土流失强度分级采用的直接指标是土壤侵蚀模数.其分级标准及各指标的具体数值与传统水土流失的不同是基于深圳市土壤侵蚀强度特别大考虑的.
深圳市城市水土流失强度分级指标基本反映了当时城市水土流失研究现状,符合当时深圳市城市水土流失的客观实际,对深圳市城市水土流失的防治和生态环境规划建设发挥了重要的作用.但也有其局限性,主要体现在:(1)没有广大城市建成区的水土流失强度分级指标,而城市建成区的水土流失量较大,危害亦较严重;(2)以上分级指标实际上主要是土壤流失指标,并没有直接的水流失强度指标,而城市的水流失量极大,水的流失造成的影响又是多方面
711 第4期万方秋等:水蚀地区城市水土流失强度分级指标体系探讨
的,危害亦深重;(3)随着研究的深入,一些定性化指标可用定量化指标来代替.如可考虑用岩石的抗蚀性来代替岩石特征指标等;(4)以上分级标准和指标基本适合于深圳的实际,具有很强的市域性,但不一定普适于其它水蚀地区的城市.
2 城市水土流失强度分级指标体系的建立原则
211 全面反映水土流失及城市水土流失内涵的原则
从内涵上理解,水土流失是指地表水及固体物质(土壤、母质、岩石风化物等)在外力作用下,从特定的土地单元输移出去的过程[6].城市和农村山区一样,其水土流失的涵义同样包含着土壤的损失和水的损失[7].水土流失包括“水”与“土”两个流失主体,评价水土流失程度的量化指标,应同时包括“水”和“土”两个流失主体的强度指标[8].城市中的“土”除了包括远郊坡耕地的土壤外,还包括大量城市基本建设产生的松散堆积物、工业固体废弃物、城市生活垃圾及各种建筑体的剥蚀物质等.城市中的“水”主要指地表径流.
212 充分体现城市水土流失和城市水土保持特点的原则
城市水土流失的主要特点是以人为原因为主.水土流失强度,特别是“两坡一面”的水土流失强度特别大.危害极为严重.城市水土保持具有多目标、多功能,除了远郊区自然流失或坡耕地以提高土地生物生产力为主要目的外,主要体现在以城市建设服务为中心的水土资源保护.指标体系只有反映该特点,才符合城市实际.
213 系统性和完整性的原则
这是指具有反映城市水土流失各类型,城市各区域的完整的分类体系.
214 科学性和可操作性相结合的原则
科学性是指所选指标能准确度量水土流失强度,其含义明确,测定、统计及计算方法规范,数据来源可靠,指标要尽量可量化.可操作性是指所设置的指标尽可能建立在已有的土壤侵蚀指标,径流量指标及其调查资料的基础上,其值易于用地面或遥感测量计算获取.并且运用简便,能为生产和研究部门所接受,有利于推广使用.
3 城市水土流失强度分级指标体系
依据以上原则,建立的水蚀地区城市水土流失强度分级指标体系(图1)包括两类指标,一类是直接指标,它直接反映了水土流失量的大小,包括土沙流失指标和水流失指标,另一类是相关指标,它间接反映了水土流失量的大小.
311 土沙流失指标
这是直接度量土沙流失量大小的指标,包括土壤流失模数、土壤(土层)流失厚度、产沙模数.土壤流失模数、土壤流失厚度适用于城市远郊自然流失区或坡耕区;土层流失厚度适用于不以保护土壤肥力为目的的开发平土区等地区,这些地区不宜用土壤流失厚度;产沙模数用来度量开发建设范围和城市建成区的水土流失强度.
312 水流失指标
这是直接度量城市水流失量大小的指标.这里设置了径流模数,径流系数和径流深度3
811 华南师范大学学报(自然科学版)2003年
个指标.这些指标在以往的水土流失强度
分级研究中往往被忽视.
31211 设置水流失指标的原因 在城市
水土流失强度分级中,设置水流失指标既
有必要性,又有可能性,体现在:(1)如前
所述,水土流失包括“水”和“土”的流失,
只有同时包括水流失强度及土流失强度
的指标,才是科学的、完备的水土流失强
度指标,设置该指标是题中应有之义;(2)
城市到处是各种沥青水泥等不透水地面,
使得地表水下渗量大大减少,地表径流大
大增加.据观测,原始天然地面的径流系
数为30%,而完全不透水地面的径流系数
大于75%[9].但城市中的硬地面抗蚀性
较大,使得土的流失量不一定很大.城市
中土流失量大小难以反映径流量的大小.
因此,需设置单独的水流失指标;(3)城市
地表径流量的增加对城市危害严重.主要
危害有:一是导致城市的洪水与内涝(
城市图1 城市水土流失强度分级指标体系洪患威胁的增加不只是与泥沙淤积有关,径流量的增加也起了直接作用);二是导致城市地下水补给量减少,加重城市的用水紧张,甚至引起城市的水危机;三是影响城市的径流污染.以上诸方面均是人们当今普遍关注和研究的热点问题,也是城市水土保持工作者需要解决的问题.城市水土保持具有多功能、多目标,城市水土保持工作者不只是要研究“防沙”“保土”的问题,还是研究保水蓄水,排水排洪的问题.城市水土保持规划和措施系统中不只是要有防沙保土的规划和措施,还要有保水蓄水,排水排洪的规划和措施.关于该方面的规划和措施,已有学者进行了研究和探讨[10,11],而目前城市水土保持研究者对此重视不够.所以,设置水流失指标有重要意义;(4)本文设置的3个水流失指标是早以存在的概念,物理含义清楚,数据资料较多,可以通过现有的方法测定和计算,所以具有可行性.
31212 几个水流失指标的含义 (1)径流模数m :指单位流域面积上产生的流量.其计算式为:m =Q/F ,式中Q 为流量(m 3/s ),F 为流域面积(km 2).(2)径流系数a :指任一时段的径流深度(或径流总量)与该时段的降水量(降水总量)之比值.其计算式为:a =R/P ,式中R 为径流深度(mm ),P 为降水量(mm ).(3)径流深度R :指单位面积上的径流总量.其计算式为:R =W/F ×1/1000,式中W 为径流总量(m 3),F 为流域面积(km 2),1/100为单位换算系数.313 相关指标
它间接反映水土流失量的大小,所设置的相关指标分别适用于城市的不同区域和不同的城市水土流失类型.
911 第4期万方秋等:水蚀地区城市水土流失强度分级指标体系探讨
4 结语
(1)城市水土流失分级指标体系是城市水土流失分级的基础和先决条件,影响城市水土保持的规划.
(2)本文建立的水蚀地区城市水土流失分级指标体系是在传统水土流失强度分级指标和深圳市城市水土流失强度分级指标基础上的一个进展,首次设置的水流失指标符合水蚀地区城市实际,对城市水土保持规划有一定指导作用.
(3)影响城市水土流失强度的因素错综复杂,怎样选取合理的主要因子指标也是复杂的问题,尚需在实践中进一步研究和探索.
致谢:承蒙广东省生态环境与土壤研究所副所长吴志峰博士指点,谨致谢意.
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【责任编辑 黄玉萍】021 华南师范大学学报(自然科学版)2003年