论湖南水土流失对水旱致灾能力的放大效应

1、论湖南水土流失对水旱致灾能力的放大效应<    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

2、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

3、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 4.7×104km2 ，占全省土地面积 22.1% ，流失区土壤年侵蚀量 1.7×108t ，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

4、% ，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/km2 · a ；中游山间盆地流失区侵蚀模数 3000 4000t/km2 · a ；下游丘岗流失区侵蚀模数 2000 3000t/km2 · a ；四水尾闾及洞庭湖平原岗地流失区侵蚀模数下降至 800 1000t/km2 · a. 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

5、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 (

6、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

7、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

8、/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 2.7×104m3. 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 26.7×104hm2 及 1.0×108

9、m3 ，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 127×108m3 。由于森林覆盖率下降，流失区年土壤侵蚀量达 1.7×108t ，相当于流失 1.26×108m3 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 60.48×108m ，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 (35.0×108m3) 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

10、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 1.7×108t 和泥沙输移比 0.2 、 0.3 计算 5 ，有 0.34 0.51×108t 泥沙进入四水流域河道；有 0.14 0.18×108t 在水库、山塘、渠道沉积，还有 0.32×108t 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 5.57×108m3 ，损失塘坝容量 20%. 水土流失严重的邵东

11、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 454×104m3 ，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 0.6

12、0m ，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 66.62×108t ，其中长江四口 52.96×108t ，四水及区间为 13.66×108t ，湖内泥沙淤积总量达 49.30×108t ，天然湖泊年均淤积量、淤积体、淤积厚度分别为 0.8×108t 、 0.57×108m3 和 0.01

13、8m. 导致近数十年洞庭湖的湖面湖容分别萎缩了 1749km2 和 126×108m3 。湖泊天然调蓄能力因此而削弱 15%(1998 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 187.48×108m3 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。

14、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). 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 年代一场暴雨过程产水量仅 250300×108m3 ； 90 年代产水量竟达 35040

15、0×108m3 。中强度侵蚀区径流系数由 0.42 增至 0.63 ，使四水干流洪水位日平均最大上涨率由 0.37m 增至 0.55m. 枯水期水量减少，本区中强度土壤侵蚀面积 22715km2 ，按增大径流系数 0.21 计算 ，中强度侵蚀区的土壤水库少蓄存 47.7×108m3 水量，若加上水库所损失的库容 5.57×108m3 ，损失森林蓄水量 91.7×108m3 ，其总损失水量为 144.97×108m3 ，致使干旱时间延长 7 10d ，受旱面积平均每年增加 5 10×104hm2. 四水下游至尾闾区，在雨情大致相似的情况

16、下，洪水过程历时延长，入湖洪峰流量增大。据 1954 、 1996 、 1998 年典型洪水年洪峰的张落历时测算，四水干流下游洪水过程总历时， 90 年代较 50 年代延长 3.7 5.7d. 澧水尾闾因泥沙显著淤高，加之西洞庭湖洪水的顶托， 1998 年洪水总历时较 1954 年延长 7.8d. 同时，四水最大组合入湖洪峰流量明显增大 ( 表 1).1954 年四水仅占总入湖最大组合洪峰流量的 56.9% ，而 1996 、 1998 年却分别增大至 73.9% 和 71.6%. 这完全是四水中上游山丘区产水量增多，地表径流增大，干支流洪峰涨速快、多复形洪峰叠加的综合结果。 洞庭湖灾害性洪水

17、 7 特性日愈突出，一是在入湖洪峰流量大致相似的情况下，洪水位普遍壅高 0.29 1.51m ，且高洪水位持续时间平均延长 15 18d ，尤以 1996 、 1998 年最典型 ( 表 2). 这两年入湖最大组合洪峰流量分别比 1954 年少 5626m3/s 及 369m37 ，这两点正是导致洞庭湖区洪涝灾害频繁的症结所在。            图 1 水土流失对水旱致灾能力的放大过程与叠加效应     表 1 湖南四水与长江三口

18、最大组合入湖洪峰流量 (m3/s) 比较                年、月、日     湘潭     桃江     桃源     石门     合计     淞滋   

19、0; 太平     藕池     合计     区间     总入湖                 2190     3170     23000    &#

20、160;8130     36490     9550     2750     13890     26190     1373     64053         3980     11100 &

21、#160;   26600     1540     43220     3900     1480     2953     8333     6874     58427       &

22、#160; 837     723     24800     19000     45360     6700     1620     4370     12690     5310    

23、60;63360             表 2 典型灾害性洪水年洞庭湖城陵矶高洪水位持续时间                      最大蓄水量 /(×108m3)     最高水位 /m     高洪水位持续天数     年    份                   33.00mm     34.00mm  &#