淤地坝概论(淤地坝系列丛书)
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第一节 水土流失现状

一、水土流失概念

水土流失是指在水力、风力、重力和冻融等外营力和人为因素综合作用下,山丘区及风沙区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。

土壤侵蚀的形式除雨滴溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀等典型的形式外,还包括山洪侵蚀、泥石流侵蚀以及滑坡等形式侵蚀。水的损失一般是指植物截留损失、地面及水面蒸发损失、植物蒸腾损失、深层渗漏损失、坡地径流损失。在我国水土流失概念中水的损失主要指坡地径流损失。

水的损失过程与土壤侵蚀过程之间,既有紧密的联系,又有一定的区别。水的损失形式中如坡地径流损失,是引起土壤水蚀的主导因素,水冲土跑,水土损失是同时发生的。但是,并非所有的坡面径流以及其他水的损失形式都会引起土壤侵蚀。因此,有些增加土壤水分贮存量,抗旱保墒的水分控制措施不一定是为了控制土壤侵蚀。中国不少水土流失严重的地区,如黄土高原,位于干旱、半干旱的气候条件下,大气干旱、土壤干旱与土壤侵蚀作用同样会对生态环境与农业生产造成严重危害。因此,土壤保持与水的保持具有同等重要的意义。

二、水土流失总体状况

我国是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一,由于特殊的自然条件,水蚀、风蚀、冻融侵蚀等各类土壤侵蚀广泛分布,局部地区存在滑坡、崩塌、泻溜等重力侵蚀,还有些地方存在泥石流这种特殊的水土流失形式。随着城市化和工矿业的发展,地表扰动,植被破坏,进一步加剧了水土流失。水土流失对社会经济发展和人民群众生产、生活带来了严重危害,已经成为中国的头号环境问题。

根据全国第二次水土流失遥感调查,20世纪90年代末全国水土流失总面积356万km2,占国土面积的37.42%。其中,水蚀面积165万km2,风蚀面积191万km2,分别占总流失面积的46%和54%。在水蚀和风蚀面积中,水蚀、风蚀交错区水土流失面积为26 km2(图1-1)。

图1-1 全国不同侵蚀类型面积比例图

图1-2 全国水蚀强度结构图

根据水利部部颁标准《土壤侵蚀分类分级标准》(SL 190-96)分析,在全国165万km2的水蚀总面积中,轻度83万km2,中度55万km2,强度18万km2,极强度6万km2,剧烈3万km2,分别占水蚀总面积的49%、34%、11%、4%和2%(图1-2);同样,在191万km2的风蚀总面积中,轻度79万km2,中度25万km2,强度25万km2,极强度27万km2,剧烈35万km2,分别占风蚀总面积的42%、13%、13%、14%和18%(图1-3)。

三、水土流失动态变化趋势

全国第二次水土流失遥感调查数据分析表明:从20世纪80年代末到90年代末,我国水土流失总体情况具有如下变化趋势:

(一)水土流失总面积减少

由20世纪80年代末的367万km2减少到90年代末的356万km2,10年间减少11万km2(图1-4)

图1-3 全国风蚀强度结构图

图1-4 水土流失面积变化图

(二)水蚀面积减少,侵蚀强度降低

全国水蚀面积由20世纪80年代末的179万km2减少到90年代末的165万km2,10年间减少14万km2(图1-5)。

中度以上水蚀面积由88万km2减少到82万km2,强度以上的水蚀面积由38万km2减少到27万km2(图1-6)。

图1-5 水蚀面积变化图

图1-6 水蚀强度变化图

(三)风蚀面积略有增加,侵蚀强度升高

全国风蚀面积由20世纪80年代末的188万km2增加到90年代末的191万km2,10年间增加了3万km2(图1-7)。

中度以上风蚀面积由94万km2增加到112万km2,强度以上的水蚀面积由66万km2增加到87万km2(图1-8)。

图1-7 风蚀面积变化图

图1-8 风蚀面积变化图

(四)东中西部水蚀面积增减幅度不同

在包括内蒙古、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、四川、重庆、西藏、广西、云南和贵州等12省、自治区、直辖市的西部地区,水蚀总面积由20世纪80年代末的104万km2增加到90年代末的107万km2,10年间增加了3万km2,增加了3个百分点;其余20个省、自治区、直辖市的中、东部地区,水蚀总面积由20世纪80年代末的75万km2减少到90年代末的58万km2,10年间减少了17万km2,平均减少了23个百分点(图1-9)。

图1-9 东中西部水蚀面积变化图

四、水土流失特点与危害

我国土地面积广大,降水时空分布不均,放牧垦殖历史悠久。水土流失表现为以下三大特点:其一,分布范围广、面积大。水土流失主要发生在山区、丘陵区和风沙区,在平原区和沿海地区也局部存在。其二,侵蚀形式多样,类型复杂,治理难度大。水蚀、风蚀、冻融侵蚀及滑坡、泥石流等侵蚀相互交错,成因复杂。其三,土壤流失严重。据统计,我国每年流失的土壤总量达50亿t,长江流域年土壤流失总量24亿t,其中中上游地区达15.6亿t;黄河流域黄土高原区每年输入黄河泥沙16亿t,特别是河口镇至龙门区间的7万km2范围内,年平均土壤侵蚀模数达1万t/km2,严重的高达3万~5万t/km2,该区输入黄河的泥沙约占黄河输沙量的一半以上。

水土流失导致耕地减少、土地退化,加剧洪涝灾害,恶化生态环境,已经成为国民经济和社会可持续发展的严重制约因素,是中国的头号环境问题。主要表现在:

(一)破坏土地资源,恶化生态环境

土壤是人类赖以生存的物质基础,是环境的基本要素,是农业生产的最基本资源。年复一年的水土流失,使有限的土地资源遭受严重的破坏,地形破碎,土层变薄,地表物质“沙化”、“石化”,特别是土石山区,由于土层殆尽、基岩裸露,有的群众已无生存之地。

据2000年《全国水土流失公告》,近50年来,我国因水土流失毁掉的耕地4000多万hm2,平均每年近100万hm2。因水土流失造成退化、沙化、碱化草地约100万km2,占全国草原总面积的50%。进入20世纪90年代,沙化土地每年扩展2460 km2。历史上,也曾由于地表植被破坏,沙漠南侵,使位于陕西省北部的大夏国都统万城淹没于沙漠近千年,才被后人发现。

黄土高原的水土流失,不仅使得土地支离破碎,形成千沟万壑(全区长度在0.5km2以上的大小沟道达27万多条),耕地资源减少,人地矛盾突出,而且导致土壤肥力下降,土地生产力衰退,农作物产量低而不稳,原有植被破坏,生态环境恶化。

(二)削弱地力,加剧干旱等自然灾害的发展

由于水土流失,使坡耕地成为跑水、跑土、跑肥的“三跑田”,致使土地日益瘠薄,而且土壤侵蚀造成的土壤理化性状也随之发生恶化,土壤持水力的下降,更加剧了干旱等自然灾害的发展,使农业生产低而不稳,甚至绝产。

据多年观测统计,黄土高原多年平均每年流失的16亿t泥沙中含有氮、磷总量约4000万t,东北地区因水土流失损失的氮、磷、钾总量约317万t。严重的水土流失使生态环境恶化,加剧了干旱等自然灾害的发生发展。资料表明,全国多年平均受旱面积约2000万hm2,成灾面积约700万hm2时,成灾率达35%,而且大部分在水土流失严重区,这更加剧了粮食和能源等基本生活资料的紧缺。

据统计,黄土高原地区每年旱灾面积超过60万hm2,大灾年份的成灾面积高达260万hm2。据甘肃省18个县连续44年的资料,旱年或大旱年17年,占38.6%,其他灾害年份19年,占43.2%。冬春季节大风和沙尘暴频繁出现,对京津及华北地区的生态环境也产生十分不利的影响。

国家环保局和中科院联合组织的“探索沙尘暴”考察认为:水土流失严重、生态环境恶化的内蒙古中部农牧交错带及草原区、蒙陕宁长城沿线旱作农业区是形成我国北方沙尘暴的两个主要源区,也是造成毛乌素沙漠、库布齐沙漠连年南侵,增加入黄泥沙的重要根源。

(三)泥沙淤积河床,加剧洪涝灾害

水土流失使大量泥沙下泄,淤积下游河道,削弱行洪能力,一旦上游来洪量增大,常引起洪涝灾害。

黄土高原地区严重的水土流失使黄河多年平均输沙量达16亿t,约有4亿t沉积在下游河床内,使河床逐年抬高。新中国成立以来,黄河下游河床平均每年抬高8~10cm,目前已高出两岸地面4~10m,成为“地上悬河”,严重威胁着下游人民生命财产的安全,成为中华民族的“心腹之患”。根据实测资料统计分析,1950~1999年下游河道共淤积泥沙92亿t,与20世纪50年代相比,河床普遍抬高2~4m。人民治黄以来,虽曾四次全面加厚加高下游堤防,但仍然不能从根本上解决“越淤越高、越高越险”的局面。1996年8月黄河花园口站洪峰流量仅7600m3/s,其水位比1958年22300m3/s流量的水位还高0.91m,致使下游滩区107万人严重受灾。

近几十年来,许多地方的河流都有类似黄河的情况,随着水土流失的日益加剧,一些河流的河床淤高和洪涝灾害也日益严重。由于水土流失造成的洪涝灾害,各地都不同程度地发生,给国民经济和人民群众的生命财产造成了巨大损失。

(四)降低水利设施综合利用功能,影响水资源的合理配置和有效利用

水土流失不仅使洪涝灾害频繁,而且产生的泥沙大量淤积水库、湖泊,缩短了水利设施的使用年限,严重降低了水利设施的功能和效益,影响了水资源的合理配置和有效利用。

初步估计,全国各地由于水土流失而损失的水库、山塘库容累计达200亿m3以上,相当于淤废库容1亿m3的大型水库200多座,按每立方米库容0.5元计,直接经济损失约100亿元,而由于水量减少造成的灌溉面积、发电量的损失以及库周围生态环境的恶化,更是难以估计其经济损失。

据调查,由于严重的水土流失,使黄河干支流众多水库等水利设施淤积加快,效益不能得到充分发挥。仅黄土高原地区1950~1998年各类水库泥沙淤积量143.23亿t,其中干流水库的淤积量占56.7%,支流水库的淤积量占43.3%。目前,黄土高原地区约有2.0万座水库已接近淤满,不能正常运行。三门峡水库运用初期,四年淤积泥沙达44亿m3,占335m高程总库容的45.6 %。

有关资料表明,黄土高原地区水资源相对匮乏,水资源总量仅占全国的1/8,而60%~75%的雨水资源随水土流失或无效蒸发。同时,为了减轻泥沙淤积造成水库库容的损失,部分黄河干支流水库不得不采用蓄清排浑的运行方式,使大量宝贵的水资源随着泥沙排入黄河;而在其下游,为了降低河床高程、确保防洪安全,平均每年需舍弃150亿m3的水资源,用于冲沙入海,降低河床,使本已紧缺的黄河水资源更趋紧张。

(五)影响航运,破坏交通安全

由于水土流失造成河道、港口的淤积,致使航运里程和泊船吨位急剧降低,而且每年汛期由于水土流失形成的山体滑坡塌方、泥石流等造成的交通中断,在全国各地时有发生。

据统计,1949年全国内河航运里程为15.77万km,到1985年,减少为10.93万km,1990年,又减少为7万km,已经严重影响到内河航运事业的发展。黄河的宁夏、内蒙古河套平原和黄河下游平原河道以及关中的渭河,航运的兴衰同河道的淤积有着密切的关系。历史上长时期内这里的航运比较发达,特别是黄河下游,上自战国,下止明代,与黄河沟通的还有多条人工运河,构成黄、淮、海航运网络,是当时的漕运动脉,“漕运高船往来不绝”就是写照。但是,由于黄土高原大量的水土流失,泥沙不断淤积,致使运河消失,黄河河道变浅。据《河南省志·内河航运志》记述,河南境内郑州黄河铁路桥至台前县张庄,河道长391km,常水位时水深0.7~1.5m,枯水期水深只有0.6~1m,河道宽浅,水流散乱,行船困难。黄河支流渭河下游,古代是连接黄河向长安的运粮航道,《汉书》有“穿溜渠通渭气”,“凿渭直渠自长安至华阴”的记载。到了唐代,仍是漕运必经之道。近代由于泥沙淤积严重,渭河下游已不能通航。

(六)水土流失与贫困恶性循环

严重的水土流失,造成耕地面积减少、土壤肥力下降、农作物产量降低。农民群众为了生存,不得不大量开垦坡地,形成了“越穷越垦、越垦越穷”的恶性循环。我国大部分水土流失地区都有这种情况,而且随着人口的增长,这种情况将更为严重。在列入国家扶贫计划的592个贫困县中,黄土高原地区就有126个,占全国贫困县总数的21.3%,贫困人口2300万人,占全国贫困人口的28.8%。虽然经过多年的努力,目前仍有近1000万的贫困人口。严重的水土流失也造成该区交通不便、人畜饮水困难,严重制约区域经济社会的可持续发展。水土流失与贫困同步发展的情况如再不及时扭转,随着人口日益增多、水土流失面积将日益扩大,自然资源将日益枯竭,群众贫困日益加深,后果将不堪设想。