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北京山区坡面土壤流失方程研究

毕小刚  
【摘要】: 土壤流失是国际社会广泛关注的环境问题,严重的土壤流失加剧了生态环境的恶化,造成了水资源短缺、洪涝灾害、水环境恶化等突出问题,严重地制约了经济社会的可持续发展和人类生存环境的改善。洁净的淡水和可耕作的土壤已成为21世纪人类最为重要的战略资源,水是生命之源,土是生存之本,保护水土资源是世界各国人民的共同责任。 北京地处华北平原北端,全市总面积16410km~2,其中山区面积10072km~2,占全市总面积的62%。山区是首都主要的水源涵养及供给源地,是天然生态屏障,也是居民休闲旅游度假胜地。但北京山区坡陡土薄,坡度大于25°的面积占山区总面积的40%左右,近50%的地区土层厚度小于30cm;据2000年土壤侵蚀遥感调查,全市土壤侵蚀面积4089km~2,水土流失导致山区土地生产力降低,生态环境恶化,同时,水土流失及携带的污染物污染了水资源,加重了北京水资源的短缺程度。因此,水土保持工作是北京山区经济可持续发展的基本保障。 北京市从实际出发,提出了以水源保护为中心,根据水土流失的发生发展规律,构筑“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线,治理水土流失,建设生态清洁型小流域的水土保持思路。为此,我们需要一门技术和工具来定量评价北京市土壤流失和泥沙输移规律,调查土壤流失的现状、规模和发展趋势,确定最佳治理管理方案,减少直至避免土地退化,为水土保持生态环境建设提供科学依据,为政府决策提供依据。 土壤侵蚀预报模型及土壤流失调查是有效“诊断”土壤流失现状和进行土壤流失评价的工具。参考国外较为完善且广泛使用的土壤侵蚀预报模型结合北京地区的观测资料来建立适合北京山区的土壤流失方程显得尤为重要。根据调研认为,物理模型由于参数多且获取难度大的特点,还处于研究阶段;而经验模型通过应用区域大量的观测统计数据就可建立,实用性强,因此,选用最成熟、世界上应用最广的经验模型美国通用土壤流失方程式为北京地区土壤流失方程的基本模型框架。 北京的坡地水土流失观测始于1987年,2000年对坡地径流场又进行了系统的补充完善,在全市7个山区区(县)均布设了坡地径流场。本文利用北京市水务局在7个山区区(县)的11个坡地径流场127个径流小区近1000个坡面径流小区的年降雨、径流和泥沙资料、60多场次人工降雨试验资料和北京地区10个水文站1980-2004年25年2894次降雨过程资料以及24个水文站1980-2004年日雨量等资料,在总结国内外学者研究成果的基础上,研发计算土壤流失方程式中各个水土流失因子在北京地区的计算方法或参数值,确定了北京山区坡面土壤流失方程降雨侵蚀力因子R、土壤可蚀性因子K、坡度和坡长因子SL、植被覆盖与管理因子C以及水土保持工程措施因子P的计算公式或计算值。 研究中发现,在石质山区,土壤表层常有大量的砾石(土壤中直径大于等于2mm的矿物颗粒)存在,通过小区实际观测资料及人工降雨模拟试验,发现土壤侵蚀量随砾石覆盖度增大而减少。因此在北京土壤流失方程中,增加砾石覆盖因子(R_F)作为一个单独因子在方程中加以考虑,通过人工降雨模拟试验,得出土壤侵蚀量和砾石覆盖二者关系,最终得到适合于北京山区的土壤流失方程A=RKLSCPR_F。利用实际坡地径流场观测资料验证,该模型确定性系数为0.974,模型计算结果与实测值非常接近,证明土壤流失方程及其参数的取值合理。 以该方程为技术工具应用抽样调查法和网格法,在北京已开展大范围土壤侵蚀现状调查,并取得阶段性成果;2004年-2006年的《北京市水土流失监测公报》中,利用该方程及全市123个雨量点年降雨资料,得到全市年降雨侵蚀力等值线图,通过年降雨侵蚀力的分布,用全市山区7个坡地径流场的水土流失观测数据推算全市坡地土壤流失量,大大提高了公报的准确性与科学性。 北京将继续进行坡地径流场的观测,用长序列的观测资料对模型参数不断进行率定与模型修正,使模型更加完善。同时,将加强模型应用的研究,特别是模型在水土流失预测和水土保持规划应用方面的研究,为北京山区水土资源管理、水土流失防治及生态建设服务。


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