广东省东莞地质工程勘察院

水土保持知识

冯经理    2019-01-22 07:29:51    3264次浏览

一、什么是水土流失

按照《中国百科大辞典》和《中国水利百科全书》中关于水土流失的定义,水土流失的面积应当包括水蚀和风蚀的面积。《中国百科大辞典》中水土流失的定义是:"由水、重力和风等外界力引起的水土资源破坏和损失"。《中国水利百科全书》第1829页中水土流失的定义是:"在水力、重力、风力等外营力作用下,水土资源和土地生产力的破坏和损失,包括土地表层侵蚀及水的损失,亦称水土损失。土地表层侵蚀指在水力、风力、冻融、重力以及其他外营力作用下,土壤、土壤母质及岩屑、松软岩层被破坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程"。1981年科学出版社《简明水利水电词典》提出,水土流失指“地表土壤及母质、岩石受到水力、风力、重力和冻融等外力的作用,使之受到各种破坏和移动、堆积过程以及水本身的损失现象。这是广义的水土流失。狭义的水土流失是特指水力侵蚀现象。”

水土流失在国外叫土壤侵蚀,美国土壤保持学会关于土壤侵蚀的解释是:"水、风、冰或重力等营力对陆地表面的磨损。或者造成土壤、岩屑的分散与移动。"英国学者对土壤侵蚀的定义是:"就其本质而言,土壤侵蚀是一种夷平过程,使土壤和岩石颗粒在重力的作用下发生转运、滚动或流失。风和水是使颗粒变松和破坏的主要营力。"由此可见,国外水土流失的定义也包括了风蚀。

二、什么是水土保持

水土保持是防止水土流失,保持、改良于合理利用山区、丘陵区和风沙区水土资源,维持和提高土地生产能力,以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益,建立良好生态环境的综合性科学技术。水土保持的措施有农业措施、林草措施和工程措施。

三、水土保持特点

水土保持是一项综合性很强的系统工程,水土保持工作主要有4个特点:

一是其科学性,涉及多学科,如土壤、地质、林业、农业、水利、法律等。

二是其地域性,由于各地自然条件的差异和当地经济水平、土地利用、社会状况及水土流失现状的不同,需要采取不同的手段。

三是其综合性,涉及财政、计划、环保、农业、林业、水利、国土资源、交通、建设、经贸、司法、公安等诸多部门,需要通过大量的协调工作,争取各部门的支持,才能搞好水土保持工作。

四是其群众性,必须依靠广大群众,动员千家万户治理千沟万壑。

四、水土保持意义

水土保持是山区发展的生命线,是国土整治、江河治理的根本,是国民经济和社会发展的基础,是我们必须长期坚持的一项基本国策(国务院国发[1993]5号文件"关于加强水土保持工作的通知")。通过开展小流域综合治理,层层设防,节节拦蓄,增加地表植被,可以涵养水源,调节小气候,有效地改善生态环境和农业生产基础条件,减少水、旱、风沙等自然灾害,促进产业结构的调整,促进农业增产和农民增收。

五、我国水土流失状况

根据全国第二次水土流失遥感调查,20世纪90年代末,我国水土流失面积356万km2 ,其中:水蚀面积:165万km2 ,风蚀面积:191万km2 ,在水蚀、风蚀面积中,水蚀风蚀交错区水土流失面积26万km2 。

在165万km2的水蚀面积中,轻度83万km2 ,中度55万km2 ,强度18万km2 ,极强6万km2 ,剧烈3万km2 。

在191万km2风蚀面积中,轻度79万km2 ,中度25万km2 ,强度25万km2 ,极强27万km2 ,剧烈35万km2 。

冻融侵蚀面积125万km2(是1990年的遥感调查数据),没有统计在我国公布的水土流失面积当中。

六、水土流失的形成与危害

地球上人类赖以生存的基本条件就是土壤和水分。在山区、丘陵区和风沙区,由于不利的自然因素和人类不合理的经济活动,造成地面的水和土离开原来的位置,流失到较低的地方,再经过坡面、沟壑,汇集到江河河道内去,这种现象称为水土流失。

水土流失是不利的自然条件与人类不合理的经济活动互相交织作用产生的。

⑴自然因素。主要有地形、降雨、土壤(地面物质组成)、植被四个方面。

①地形。地面坡度越陡,地表径流的流速越快,对土壤的冲刷侵蚀力就越强。坡面越长,汇集地表径流量越多,冲刷力也越强。

②降雨。产生水土流失的降雨,一般是强度较大的暴雨,降雨强度超过土壤入渗强度才会产生地表(超渗)径流,造成对地表的冲刷侵蚀。

③地面物质组成。

④植被。达到一定郁闭度的林草植被有保护土壤不被侵蚀的作用。郁闭度越高,保持水土的越强。

⑵人为因素。人类对土地不合理的利用、破坏了地面植被和稳定的地形,以致造成严重的水土流失。

①植被的破坏

②不合理的耕作制度

③人类不合理的经济活动诸如:毁林毁草,陡坡开荒,草原上过度放牧,开矿、修路等生产建设破坏地表植被后不及时恢复,随意倾倒废土弃石等。

水土流失对当地和河流下游的生态环境、生产、生活和经济发展都造成极大的危害。水土流失破坏地面完整,降低土壤肥力,造成土地硬石化、沙化,影响农业生产,威胁城镇安全,加剧干旱等自然灾害的发生、发展,导致群众生活贫困、生产条件恶化,阻碍经济、社会的可持续发展。

水土流失是在湿润或半湿润地区,由于植被破坏严重导致的。如果是在干旱地区的植被破坏,会导致沙尘暴或者土地荒漠化,而不是水土流失。

因为植被破坏严重,再加上雨水和地表水的冲刷,导致水土流失。

加大植被的覆盖率,可以保持水土,也就是防止水土流失的发生。

七、水土流失的类型

根据产生水土流失的“动力”,分布最广泛的水土流失可分为水力侵蚀、重力侵蚀和风力侵蚀三种类型。 水力侵蚀分布最广泛,在山区、丘陵区和一切有坡度的地面,暴雨时都会产生水力侵蚀。它的特点是以地面的水为动力冲走土壤。 重力侵蚀主要分布在山区、丘陵区的沟壑和陡坡上,在陡坡和沟的两岸沟壁,其中一部分下部被水流淘空,由于土壤及其成土母质自身的重力作用,不能继续保留在原来的位置,分散地或成片地塌落。 风力侵蚀主要分布在我国西北、华北和东北的沙漠、沙地和丘陵盖沙地区,其次是东南沿海沙地,再次是河南、安徽、江苏几省的“黄泛区”(历史上由于黄河决口改道带出泥沙形成)。它的特点是由于风力扬起沙粒,离开原来的位置,随风飘浮到另外的地方降落。

八、水土保持主要措施

工程措施、生物措施和蓄水保土耕作措施是水土保持的主要措施。

工程措施:指防治水土流失危害,保护和合理利用水土资源而修筑的各项工程设施,包括治坡工程(各类梯田、台地、水平沟、鱼鳞坑等)、治沟工程(如淤地坝、拦沙坝、谷坊、沟头防护等)和小型水利工程(如水池、水窖、排水系统和灌溉系统等)。

生物措施:指为防治水土流失,保护与合理利用水土资源,采取造林种草及管护的办法,增加植被覆盖率,维护和提高土地生产力的一种水土保持措施。主要包括造林、种草和封山育林、育草。

蓄水保土耕作措施:以改变坡面微小地形,增加植被覆盖或增强土壤有机质抗蚀力等方法,保土蓄水,改良土壤,以提高农业生产的技术措施。如等高耕作、等高带状间作、沟垄耕作少耕、免耕等。

开展水土保持,就是要以小流域为单元,根据自然规律,在全面规划的基础上,因地制宜、因害设防,合理安排工程、生物、蓄水保土三大水土保持措施,实施山、水、林、田、路综合治理,限度地控制水土流失,从而达到保护和合理利用水土资源,实现经济社会的可持续发展。因此,水土保持是一项适应自然、改造自然的战略性措施,也是合理利用水土资源的必要途径;水土保持工作不仅是人类对自然界水土流失原因和规律认识的概括和总结,也是人类改造自然和利用自然能力的体现。

梯田:为了保持水土,发展农、林、牧业生产,将坡地改造成台阶式或波浪式断面的田地。

按其断面形式可分为阶台式梯田和波浪式梯田两类。

阶台式梯田在坡地上沿等高线修筑成逐级升高的阶台形的田地(见彩图云南楚雄茶园梯田)。中国、日本、东南亚各国以及人多地少地区的梯田,一般属于阶台式。阶台式梯田又可分为以下四种。

①水平梯田:田面呈水平,在缓坡地上修成较大面积的水平梯田又称埝地或条田。

②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。依靠逐年耕翻、径流冲淤并加高地埂,使田面坡度逐年变缓,终至成为水平梯田。因此,这是一种过渡形式。

③反坡梯田:田面微向内侧倾斜,反坡角一般不超过2°,能增加田面蓄水量,并使□雨时过多的径流由梯田内侧安全排走。至于干旱地区造林所修的反坡梯田,一般宽仅1~2m,反坡为10°~15°。

④隔坡梯田(图4隔坡梯田断面):上下相邻两水平阶台之间隔一斜坡段的梯田。从斜坡段流失的水土可被截留于水平阶台,有利于农作物生长。斜坡段则种草、种经济林或林粮间作。

⑤波浪式梯田在缓坡地上修筑的断面呈波浪式的梯田,又名软埝或宽埂梯田(图5波浪式梯田断面)。一般是在小于7°的缓坡地上,每隔一定距离沿等高线方向修成软埝与截水沟,两埝之间保持原来坡面。软埝在横坡方向有水平和倾斜两种:水平软埝能拦蓄全部径流,适于较干旱地区;倾斜软埝能将径流由截水沟安全排走,适于较湿润地区。软埝的边坡平缓,可种植作物。两埝之间的距离较宽,面积较大,便于农业机械耕作。这类梯田美国较多,苏联、澳大利亚等国也有一些。

⑥复式梯田:指因山就势、因地制宜在山丘坡面上开辟的水平梯田、坡式梯田、隔坡梯田等多种形式的梯田组合。它的修建宜经过统筹规划,在必要条件下还可配合水平沟等水土保持工程,以提高坡面耕地的保水抗蚀能力。修建复式梯田可更合理地利用土地,节省工程投资和提高水土保持效益。

台地是指四周有陡崖的、直立于邻近低地、顶面基本平坦似台状的地貌。由于构造的间歇性抬升,使其多分布于山地边缘或山间。有人认为台地是高原的一种。根据成因可分为构造台地、剥蚀台地、冻融台地等。根据物质组成又可分为基岩台地、黄土台地、红土台地等。

水平沟是指顺坡隔一定距离修筑的等高截水沟。用于拦蓄坡面径流泥沙。

鱼鳞坑是一种水土保持造林整地方法,在较陡的梁峁破面和支离破碎的沟坡上沿等高线自上而下的挖半月型坑,呈品字形排列,形如鱼鳞,故称鱼鳞坑。鱼鳞坑具有一定蓄水能力,在坑内栽树,可保土保水保肥。

淤地坝是指在水土流失地区各级沟道中,以拦泥淤地为目的而修建的坝工建筑物,其拦泥淤成的地叫坝地。在流域沟道中,用于淤地生产的坝叫淤地坝或生产坝。筑坝拦泥淤地,对于抬高沟道侵蚀基准面、防治水土流失、滞洪、拦泥、淤地 (坝地),减少入黄泥沙、改善当地生产生活条件、建设高产稳产的基本农田、促进当地群众脱贫致富等方面有着十分重要的意义,是小流域综合治理的一项重要措施。在水土流失严重的地区,由于淤地坝投资少见效快、坝地利用时间长、效益高,深受群众欢迎。

拦沙坝是指以拦蓄山洪及泥石流沟道中固体物质为主要目的的挡拦建筑物。

谷坊是指用不同材料(土、石、混凝土等)修筑的低于5m的拦沙坝,主要作用在于防止沟底下切。作用①抬高沟底侵蚀基点,防止沟底下切和沟岸扩张,并使沟道坡度变缓。②拦蓄泥沙,减少输入河川的固体径流量。③减缓沟道水流速度,减轻下游山洪危害。④坚固的永久性谷坊群有防治泥石流的作用。⑤使沟道逐段淤平,形成可利用的坝阶地。按所采用建筑材料的不同,可分为:土谷坊、石谷坊、插柳谷坊、枝梢谷坊、木料谷坊、竹笼装石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊等。根据谷坊使用年限可分为:永久性谷坊(见彩图),如浆砌石谷坊、混凝土谷坊和钢筋混凝土谷坊等;临时性谷坊,如插柳谷坊、枝梢谷坊、木料谷坊等。按谷坊的透水性能还可分为:透水性谷坊,如干砌石谷坊、插柳谷坊等;不透水性谷坊,如土谷坊、浆砌石谷坊等。

沟头防护是指为防止径流冲刷引起沟头前进和坡面蚕蚀而采取的水土保持工程措施和生物措施。

九、水保词语释义

小流域:是指流域面积在5至30平方公里的自然闭合集水区。

生态:是指有生命的主体(包括人类)与无生命的客体的总和,是生态系统的简称。

生态修复:是指在人为辅助控制下,利用生态系统演替和自我恢复能力,使被干扰和损坏的生态系统恢复到接近于它受干扰的自然状态,即重建该系统干扰前的结构与功能的物理、化学和生物学特征

“三权一案“:审批权、收费权、监督权;水土保持方案。

水保设施:一切具有水土保持功能的设施的总称,它不但包括人为兴建的工程防护设施(如梯田、浆砌石护坡、拦砂坝、挡土墙、排水沟),还包括坡面的林草植被等。开发建设项目如修路、开矿等如果损坏了水土保持设施是要补偿的。平时常见的补偿是占用林地、草地、梯田等,依法按1-1.5元/平米向水利厅(局)交纳补偿费。

淤地坝:在各级沟道中,以拦泥淤地为目的而修建的单坝或坝系工程,其拦泥淤成的土地叫坝地,它是黄土高原地区重要的水土保持工程设施,截止2002年已建成各类淤地坝11.3万座(其中骨干坝1528座,中小型坝11.2万座),淤地32万hm2(公顷),保护川台地1.87万hm2。

淤地坝特点:淤地坝一般不长期蓄水,下游也没有灌溉要求,坝体与坝地很快能连成一个整体,坝体实际是一个重力式的挡泥(土)墙。它与一般水库大坝相比,有相同之处,也有不同的方面。大型淤地坝在构成上也要求大坝、溢洪道和放水涵卧管“三大件”齐全,但由于主要用于拦泥而非长期蓄水,因此淤地坝比水库设计洪水标准低,没有兴利库容,对地质条件要求松,坝基、岸坡处理和背水坡脚排水设施简单,在设计和运用上一般可不考虑坝基渗漏和放水与水位聚降等问题。

水利:采取各种人工措施对自然界的水进行控制、调节、治导、开发、管理和保护,以减轻和免除水旱灾害,并利用水资源,适应人类生产、满足人类生活需要的活动。

农田水利:以农业增产为目的的水利工程措施,即通过兴建和运用各种水利工程措施,调节、改善农田水分状况和地区水利条件,促进生态环境的良性循环,使之有利于农作物的生产。

水资源:指可资利用或有可能被利用的水源,这种水源应当具有足够的数量和可用的质量,并在某一点为满足某种用途而能得以利用,同时具有再生性和重复利用性。

水利工程:为了控制和调配自然界的地表水和地下水,达到除害兴利目的而修建的各种工程,统称水利工程。它包括水库发电工程、防洪保安工程、输水调水工程、农田水利工程等。

洪水预警报系统:利用现代化的通信和自动化设备,将江河流域内各雨量、水位站点的降雨和洪水信息,实时地采集和传输到洪水控制中心,经过数据处理和分析,及时掌握流域洪水动态,并利用数学模型,做出未来沿岸洪水预报,再通过现代化通信设备向社会发出洪水警报。

节水灌溉:以限度的用水量获得的产量或收益,也就是限度地提高单位灌溉水量的农作物产量和产值的灌溉措施。主要措施有:渠道防渗、低压管灌、喷灌、微灌和灌溉管理制度。

大坝安全自动监测系统:通过计算机的工作,能够实现大坝观测数据自动采集、处理和分析计算,对大坝的性态正常与否作出初步判断和分级报警的自动化系统。系统主要由观测传感器、遥测集线箱和自动安全监控微机系统组成。

水资源保护:通过各种措施和途径,使水资源在使用上不致浪费,使水质不致污染,以促进合理利用水资源。主要保护措施有:农业措施、林业措施、水土保持和工程措施。

遥感3S技术:将遥感技术(RS)、地理信息系统技术(GIS)和全球定位系统技术(GPS)进行综合集成的一种新的技术。RS负责采集信息,GPS负责各类信息的空间地位,GIS则对各类信息进行分析处理,构成完整的地理信息管理系统。

水利设施是指人为修建的具有利用、调节水资源达到兴利目的的各类工程总称,如水渠、水库、水窖、堤坝、涵管、输水隧洞等。

降雨强度分级

我国气象部门一般采用的降雨强度标准为:

1、小雨:12小时内雨量小于5毫米,或24小时内雨量小于10毫米;

2、中雨:12小时内雨量为5-14.9毫米,或24小时内雨量为10-24.9毫米;

3、大雨:12小时内雨量为15-29.9毫米,或24小时内雨量为25-49.9毫米。

暴雨的定量标准,各地并不一致,视具体情况而定。气象上大致规定暴雨按强度分三级:

1、暴雨:12小时雨量等于和大于30毫米,或24小时雨量等于和大于50毫米;

2、大暴雨:12小时雨量等于和大于70毫米,或24小时雨量等于和大于100毫米;

3、特大暴雨:12小时雨量等于和大于140毫米,或24小时雨量等于和大于250毫米。

降雨强度的测量方法

目前,测定降雨量常用的仪器包括雨量筒和量杯。雨量筒的直径一般为20厘米,内装一个漏斗和一个瓶子。量杯的直径为4厘米,它与雨量筒是配套使用的。测量时,将雨量筒中的雨水倒在量杯中,根据杯上的刻度就可知道当天的降雨量了。

水库工程的等别划分:根据工程规模、保护范围和重要程度,按照国家标准《防洪标准》(GB50201-94),水库工程分为五个等别,等别指标见下表。

水库工程等别表

工程等别 工程规模 水库总库容(亿m3)

Ⅰ 大(一)型 >10

Ⅱ 大(二)型 1~10

Ⅲ 中 型 0.1~1

Ⅳ 小(一)型 0.01~0.1

Ⅴ 小(二)型 0.001~0.01

十、外国水土流失状况

美国:是一个水土流失严重的国家,水土流失遍布于50个州,尤其是西部17个州更为严重。每年平均流失土壤50亿吨(水蚀占40亿吨,风蚀占10亿吨),40%来自耕地,约20亿吨;25%来自河道、河岸侵蚀,约12.5亿吨;25%来自林地、城市用地和道路,约12.5亿吨;10%来自牧场和草地,约5亿吨。流失的50亿吨土壤,有3/4淤积在河道、洪水平原区和湖泊、水库,只有1/4输入海洋,据美国专家估算,每年的经济损失在30~60亿美元。

澳大利亚:人口密度只有2人/平方公里,开发历史短,但水土流失比较严重。从1788年英国第一批移民在悉尼建立居民区以来的200余年,随着移民的剧增和新金山掏金热潮,连续一个时期无节制的毁林扩牧、毁草经农、过度放牧和不合理耕作,加上开矿破坏和野兔成灾等原因,导致了水土流失的发生和发展。至今,有50%的可利用土地面积(约510万亩)产生了水土流失,每年流失土壤9亿吨。使农作物产量降低,牧场退化,大量泥沙输入河道、水库。

印度:有33%的林地、86%的退耕地、95%的牧场、74%的休闲地以及58%的农耕地都遭到了严重的水土流失,全印度水土流失面积达175万平方公里,占土地总面积的53.4%。水土流失地区平均每年侵蚀模数达2800吨/平方公里,暴雨季节土壤侵蚀量高达20000吨/平方公里,每年流失的土壤达60亿吨,约有30%进入水库。许多水库的淤积率已超过原设计能力的4~8倍。印度的恒河每年有16亿吨泥沙淤积于河道和孟加拉湾。

日本:是一个多山的岛国,有1亿多人,是世界人口密度较高的国家之一。地形陡峻,地质脆弱(有40%的土地为易崩坍的火山岩及第三纪层),由于对山地的开发利用,以及地形、地质等因素,每遇台风、暴雨、梅雨及融雪季节造成的水土流失十分严重。主要表现在陡坡崩坍、滑坡、泥石流及洪水灾害等,其中水土流失灾害导致人民生命财产损失所占的比例约占61%。日本每年流失的土壤总量达3亿吨,年平均侵蚀模数为1170吨/平方公里。日本的水土流失导致下游河川洪水泛滥,房屋倒塌,田园遭灾,铁路公路受损,危害人民生命财产安全,影响经济建设。

前苏联:有2/3的农耕地(37.2亿亩)存在水土流失问题,每年约有720万亩农地因流失严重、丧失生产力而弃耕。每年从农地上流失的土壤量约为25亿吨。

北非三国(阿尔及利亚、摩洛哥、突尼斯):水蚀非常严重,是由于沉积岩基底易被侵蚀、植被破坏和暴雨频繁,人口大幅度增加,长期掠夺性的开发土地资源。从60年代至80年代,突尼斯的森林面积减少了1/3,森林覆盖率仅3.2%,阿尔及利亚和摩洛哥分别为8.4%和11%。由于滥垦、滥牧、烧荒等,风蚀严重,在干旱季节,高速强风飞沙走石侵占肥沃的农田和牧场,也威胁着村庄。突尼斯每年有27万亩农田毁于沙漠中。

十一、世界水土保持基本对策

从开展水土保持工作比较长并取得较好成效的国家来看,基本对策的共同点是以下几方面:

(1)制定《水土保持法》,依法防治。

(2)建立比较完整的水土保持行政管理机构和科研机构,并且建立了多层次的水土保持协调机构和民间水土保持组织,大力宣传,从各个方面推动水土保持工作的开展。

(3)制定一些吸引土地所有者和经营者积极治理的政策。

(4)国家投入一定比例的资金用于水土保持。

(5)大力开展水土保持科研和技术推广工作。

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