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水利工程论文论湖南水土流失对水旱致灾能力的放大效应摘要本文从灾害学角度上分析了湖南省水土流失对水旱灾害的影响,表明多年的水土流失放大了自然态水旱致灾能力。在气象因素大致相似的条件下水土流失导致丰水期,地表集流快,产洪量增加,径流系数增大,江湖洪水位壅高且持续时间长枯水期,水量减少、地表缺水时间延长。其复合效应是使水旱灾害交替演进,以及受灾面积、成灾率和发生频率均呈增大趋势。关键词水土流失致灾能力放大效应水旱灾害交替降雨偏多,江湖洪水泛滥则孕育了自然态洪涝现象降雨偏少诱发了自然态干旱现象。显然,水旱均是自然致灾因子且都会对承灾体产生不同程度的破坏,这意味着自然态水旱因子具有一定的致灾能力。其大小取决于自然因素与人为因素在时空尺度上的叠加复合。气象因素是形成水旱致灾能力的直接原因人为因素可以削弱或放大水旱致灾能力。1水土流失的基本特点1.1土壤侵蚀的形式是以面状侵蚀为主受自然因素和人为因素的综合影响,湖南省土壤侵蚀形式主要是水力侵蚀和重力侵蚀。前者包括面蚀片状侵蚀、细沟状侵蚀、沟蚀浅沟、切沟、冲沟,后者是滑坡,崩岗和剧烈泥石流。从宏观结构上看,各种土壤侵蚀形式在时间上或呈现同步或表现为交替,在空间上叠加复合1。其各自的结构特征表现为土壤水力侵蚀面积约占侵蚀总面积的99.4,其中面状侵蚀面积占96.1,主要分布于湘、资、沅、澧四水流域中上游区的坡耕地、荒山荒坡地及疏幼林地。沟蚀面积只占总侵蚀面积的3.3,主要分布在四水河谷第四纪松散沉积物或松软破碎岩层出露区。土壤重力侵蚀面积仅占总侵蚀面积的0.6,崩岗主要发生在湘、资流域的风化花岗岩、紫色砂页岩区泥石流、滑坡多发生在澧、沅中上游山丘区临空条件好,物质稳定性差的大断裂带和沟谷陡坡悬崖地带。1.2水土流失面积增大,且以中强度流失占优势在湖南省特定自然环境和人类活动日愈剧烈的综合作用下,土壤自然侵蚀与加速侵蚀的叠加复合作用十分活跃。使全庶数十年水土流失面积有增无减,据1989年卫星遥感普查,水土流失总面积为4.7104km2,占全省土地面积22.1,流失区土壤年侵蚀量1.7108t,年均侵蚀模数3614t/km2,比50年代流失面积扩大2倍,侵蚀量增大3倍,水土流失县市由34个猛增至99个。侵蚀程度以中程度侵蚀为主,其流失面积占总流失面积的53,年侵蚀量占总侵蚀量的64.7.其中四水流域中上游山丘区流失面积、年侵蚀量分别占全省中强度侵蚀面积,侵蚀量的92及90.从整体上看,湖南土壤侵蚀强度呈明显的圈带状分异,四水上游周边山地流失区侵蚀模数5000~6000t/km2a中游山间盆地流失区侵蚀模数3000~4000t/km2a下游丘岗流失区侵蚀模数2000~3000t/km2a四水尾闾及洞庭湖平原岗地流失区侵蚀模数下降至800~1000t/km2a.1.3径流侵蚀与大气降雨期同步大气降雨是水土流失的基本动力,它在侵蚀土壤过程中分解为雨滴溅击力和径流冲刷搬运力,在水土流失区,这两种水动力或前后或同时以不同强度侵蚀搬运土壤。湖南属全国多雨区之一,多年平均降雨量1462mm,3~8月为雨季,雨量约占年雨量的71.8.最大年降雨量1500~2500mm,最小年降雨量800~1300mm,受其影响,降雨径流侵蚀在年内集中发生在3~8月,其间土壤侵蚀量约占全年侵蚀总量的73.7~81.3.其中5~7月为全省水力侵蚀高峰期,强暴雨≥25mm径流侵蚀时间8~10d,侵蚀量、侵蚀次数分别占3~8月总值的55.3及61.2.一般而言,在中强度流失区,丰水年土壤侵蚀模数6500t/km2为枯水年2340t/km2的2.5~3.0倍,但在同等雨量条件下,不同区域土壤侵蚀强度有较大的差异性。据定位观测,1996年丰水年,坡度25°的沙壤坡耕地薯麦两熟制年侵蚀模数达10427t/km2而植被覆盖率约38的坡度25°黄壤林果地年侵蚀模数仅3128t/km2.1989年少水年坡度25°的沙壤坡耕地年侵蚀模数4125t/km2,坡度25°的黄壤林果地年侵蚀模数2139t/km2.由此表明,土壤侵蚀量在时间尺度上的分布,除了存在着不均匀性特点外,还与降雨量、径流量有着明显的同步共进关系。同时也反映了地表自然环境与人类活动对土壤侵蚀过程起着显著的控制或放大作用。2水土流失对水旱致灾能力的放大途径通过对不同地类的试验观测表明,水土流失能放大自然态水旱致灾能力,但在一般情况下是不会直接放大的,而是通过多年的水土流失导致森林土壤破坏调蓄能力减弱和泥沙淤塞江湖、水库削弱调蓄能力等途径来放大水旱致灾能力的。2.1森林蓄积量减少,土壤薄层化,削弱了蓄水功能森林和土壤都是巨大的天然蓄水库。据测算,每公顷幼龄人工林的蓄水量约为1500m3,中龄人工松林为4500m3,天然阔叶次生林高达8400m32以土壤容重1.35t/m3和含水量20计算,则可蓄水0.27m3,那么在1km2面积内1m厚的土层可蓄水2.7104m3.据研究,洪峰流量随采伐比例增加呈等比级数递增,在干旱无雨季节地表径流量明显减少3。在蓄满产流情况下土壤饱和持水量以50计算,当降雨量小于300mm时,0.5~1.0m厚的土层可全部蓄水于土,而不产生径流当土层减薄至0.25m时,降雨量为200mm时,即产生径流4。据六五森林普查,湖南省有林地面积和森林蓄积量分别比1957年减少26.7104hm2及1.0108m3,森林单位面积下降40,仅为全国平均水平的64,其涵养水源的能力降低约127108m3。由于森林覆盖率下降,流失区年土壤侵蚀量达1.7108t,相当于流失1.26108m3体积的土壤,以此推算,1951~1998年间全省因水土流失而损失土壤水库总容量为60.48108m3,如加上破坏森林所损失的蓄水量,则相当于损失全省防洪库容35.0108m3的5倍多。由此可以认为,水土流失区既削弱了土壤水库的蓄水功能亦降低了森林涵养水源的能力。2.2泥沙淤积,江湖萎缩,泄洪蓄洪能力减弱侵蚀土壤转化为泥沙且在被地表径流迁移过程中,一部分堆积在山间盆地一部分随径流进入江湖、水库。以年均侵蚀总量1.7108t和泥沙输移比0.2、0.3计算5,有0.34~0.51108t泥沙进入四水流域河道有0.14~0.18108t在水库、山塘、渠道沉积,还有0.32108t进入洞庭湖。多年的泥沙淤积使河床抬高、水库、山塘、渠系淤塞,湖盆急剧萎缩。据水利部门统计,全省263座大中型水库,平均淤积厚度0.32mm/a的占30,损失库容5.57108m3,损失塘坝容量20.水土流失严重的邵东县,全县131座中、小型水库,泥沙淤积严重的有50座,一般淤积的81座,在6.8万口山塘中有60的受到泥沙淤积。位于山区的安化县,因常发生山洪暴发,1.6万处塘坝近几年共淤积泥沙454104m3,平均抗旱能力由33d下降至25d.在全省5km以上的5431条河流中,有70的河道在加速淤积,其中有11的河床淤积特别严重,如穿流于强度流失区的石狮江、石马江、涓水、蒸水、沤江、洣水、辰水、溆水、洣水、渫水、沂溪河、新墙河等河流及其大部分支流均成了地上悬河。随着大量泥沙不断地向下游区迁移,四水干流下游河床平均淤高0.60m,澧水津市至石龟山以下河床淤高0.85m,泄洪能力减少33.3湘水入湖口洲滩由望城县靖港推进至东洞庭湖区的荷叶湖沅水入湖口洲滩也由围堤湖延伸至目平湖的坡头一带,洪水期使河道泄洪能力下降21.3.据施修端运用输沙量法计算6,1956~1995年输入洞庭湖的泥沙约66.62108t,其中长江四口52.96108t,四水及区间为13.66108t,湖内泥沙淤积总量达49.30108t,天然湖泊年均淤积量、淤积体、淤积厚度分别为0.8108t、0.57108m3和0.018m.导致近数十年洞庭湖的湖面湖容分别萎缩了1749km2和126108m3。湖泊天然调蓄能力因此而削弱151998年与1951年比较.3水土流失对水旱致灾能力的放大叠加作用上述分析表明,湖南庶数十年因森林减少、土层薄层化和泥沙淤积而使洞庭湖水系多接纳187.48108m3的水量,也相当于枯水期缺少同等数量的水量。因此丰水期在降雨量大致相近的条件下,地表径流量增大,江湖洪水位抬高,增加了自然态洪水的能量,进而放大了洪涝致灾能力。枯水期流失区土层干裂,泥沙淤积严重的水库、塘坝干涸,江湖水位极低,在自然态干旱相似的条件下,延长了干旱时间,扩大了受旱面积则放大了干旱致灾能力。随着水土流失的扩展和加剧,土壤侵蚀与沉积过程的叠加影响日愈严重,使干旱、山洪、洪涝致灾因子的致灾能力,在途中不断地得到补充、聚集而被放大图1.①四水中上游山丘区,丰水期产水量增加,地表径流系数增大,据1954、1988、1995、1996、1998等图1水土流失对水旱致灾能力的放大过程与叠加效应典型洪水年测算,50年代
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