論湖南水土流失對(duì)水旱致災(zāi)能力的放大效應(yīng)

1、論湖南水土流失對(duì)水旱致災(zāi)才能的放大效應(yīng)摘要：本文從災(zāi)害學(xué)角度上分析了湖南省水土流失對(duì)水旱災(zāi)害的影響，說(shuō)明多年的水土流失放大了自然態(tài)水旱致災(zāi)才能。在氣象因素大致相似的條件下水土流失導(dǎo)致：豐水期，地表集流快，產(chǎn)洪量增加，徑流系數(shù)增大，江湖洪水位壅高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；枯水期，水量減少、地表缺水時(shí)間延長(zhǎng)。其復(fù)合效應(yīng)是使水旱災(zāi)害交替演進(jìn)，以及受災(zāi)面積、成災(zāi)率和發(fā)生頻率均呈增大趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：水土流失致災(zāi)才能放大效應(yīng)水旱災(zāi)害交替降雨偏多，江湖洪水泛濫那么孕育了自然態(tài)洪澇現(xiàn)象；降雨偏少誘發(fā)了自然態(tài)干旱現(xiàn)象。顯然，水旱均是自然致災(zāi)因子且都會(huì)對(duì)承災(zāi)體產(chǎn)生不同程度的破壞，這意味著自然態(tài)水旱因子具有一定的致災(zāi)才能。其大小

2、取決于自然因素與人為因素在時(shí)空尺度上的疊加復(fù)合。氣象因素是形成水旱致災(zāi)才能的直接原因；人為因素可以削弱或放大水旱致災(zāi)才能。1水土流失的根本特點(diǎn)1.1土壤侵蝕的形式是以面狀侵蝕為主受自然因素和人為因素的綜合影響，湖南省土壤侵蝕形式主要是水力侵蝕和重力侵蝕。前者包括面蝕(片狀侵蝕、細(xì)溝狀侵蝕)、溝蝕(淺溝、切溝、沖溝)，后者是滑坡，崩崗和劇烈泥石流。從宏觀構(gòu)造上看，各種土壤侵蝕形式在時(shí)間上或呈現(xiàn)同步或表現(xiàn)為交替，在空間上疊加復(fù)合1。其各自的構(gòu)造特征表現(xiàn)為：土壤水力侵蝕面積約占侵蝕總面積的99.4%，其中面狀侵蝕面積占96.1%，主要分布于湘、資、沅、澧四水流域中上游區(qū)的坡耕地、荒山荒坡地及疏幼林地

3、。溝蝕面積只占總侵蝕面積的3.3%，主要分布在四水河谷第四紀(jì)松散沉積物或松軟破碎巖層出露區(qū)。土壤重力侵蝕面積僅占總侵蝕面積的0.6%，崩崗主要發(fā)生在湘、資流域的風(fēng)化花崗巖、紫色砂頁(yè)巖區(qū)；泥石流、滑坡多發(fā)生在澧、沅中上游山丘區(qū)臨空條件好，物質(zhì)穩(wěn)定性差的大斷裂帶和溝谷陡坡懸崖地帶。1.2水土流失面積增大，且以中強(qiáng)度流失占優(yōu)勢(shì)在湖南省特定自然環(huán)境和人類活動(dòng)日愈劇烈的綜合作用下，土壤自然侵蝕與加速侵蝕的疊加復(fù)合作用非常活潑。使全庶數(shù)十年水土流失面積有增無(wú)減，據(jù)1989年衛(wèi)星遙感普查，水土流失總面積為4.7104k2，占全省土地面積22.1%，流失區(qū)土壤年侵蝕量1.7108t，年均侵蝕模數(shù)3614t/k

4、2，比50年代流失面積擴(kuò)大2倍，侵蝕量增大3倍，水土流失縣市由34個(gè)猛增至99個(gè)。侵蝕程度以中程度侵蝕為主，其流失面積占總流失面積的53%，年侵蝕量占總侵蝕量的64.7%.其中四水流域中上游山丘區(qū)流失面積、年侵蝕量分別占全省中強(qiáng)度侵蝕面積，侵蝕量的92%及90%.從整體上看，湖南土壤侵蝕強(qiáng)度呈明顯的圈帶狀分異，四水上游周邊山地流失區(qū)侵蝕模數(shù)50006000t/k2a；中游山間盆地流失區(qū)侵蝕模數(shù)30004000t/k2a；下游丘崗流失區(qū)侵蝕模數(shù)20003000t/k2a；四水尾閭及洞庭湖平原崗地流失區(qū)侵蝕模數(shù)下降至8001000t/k2a.1.3徑流侵蝕與大氣降雨期同步大氣降雨是水土流失的根本動(dòng)

5、力，它在侵蝕土壤過(guò)程中分解為雨滴濺擊力和徑流沖刷搬運(yùn)力，在水土流失區(qū)，這兩種水動(dòng)力或前后或同時(shí)以不同強(qiáng)度侵蝕搬運(yùn)土壤。湖南屬全國(guó)多雨區(qū)之一，多年平均降雨量1462，38月為雨季，雨量約占年雨量的71.8%.最大年降雨量15002500，最小年降雨量8001300，受其影響，降雨徑流侵蝕在年內(nèi)集中發(fā)生在38月，其間土壤侵蝕量約占全年侵蝕總量的73.7%81.3%.其中57月為全省水力侵蝕頂峰期，強(qiáng)暴雨(25)徑流侵蝕時(shí)間810d，侵蝕量、侵蝕次數(shù)分別占38月總值的55.3%及61.2%.一般而言，在中強(qiáng)度流失區(qū)，豐水年土壤侵蝕模數(shù)(6500t/k2)為枯水年(2340t/k2)的2.53.0倍，

6、但在同等雨量條件下，不同區(qū)域土壤侵蝕強(qiáng)度有較大的差異性。據(jù)定位觀測(cè)，1996年(豐水年)，坡度25的沙壤坡耕地(薯麥兩熟制)年侵蝕模數(shù)達(dá)10427t/k2；而植被覆蓋率約38%的坡度25黃壤林果地年侵蝕模數(shù)僅3128t/k2.1989年(少水年)坡度25的沙壤坡耕地年侵蝕模數(shù)4125t/k2，坡度25的黃壤林果地年侵蝕模數(shù)2139t/k2.由此說(shuō)明，土壤侵蝕量在時(shí)間尺度上的分布，除了存在著不均勻性特點(diǎn)外，還與降雨量、徑流量有著明顯的同步共進(jìn)關(guān)系。同時(shí)也反映了地表自然環(huán)境與人類活動(dòng)對(duì)土壤侵蝕過(guò)程起著顯著的控制或放大作用。2水土流失對(duì)水旱致災(zāi)才能的放大途徑通過(guò)對(duì)不同地類的試驗(yàn)觀測(cè)說(shuō)明，水土流失能放

7、大自然態(tài)水旱致災(zāi)才能，但在一般情況下是不會(huì)直接放大的，而是通過(guò)多年的水土流失導(dǎo)致森林土壤破壞調(diào)蓄才能減弱和泥沙淤塞江湖、水庫(kù)削弱調(diào)蓄才能等途徑來(lái)放大水旱致災(zāi)才能的。2.1森林蓄積量減少，土壤薄層化，削弱了蓄水功能森林和土壤都是宏大的天然蓄水庫(kù)。據(jù)測(cè)算，每公頃幼齡人工林的蓄水量約為15003，中齡人工松林為45003，天然闊葉次生林高達(dá)840032；以土壤容重1.35t/3和含水量20%計(jì)算，那么可蓄水0.273，那么在1k2面積內(nèi)1厚的土層可蓄水2.71043.據(jù)研究，洪峰流量隨采伐比例增加呈等比級(jí)數(shù)遞增，在干旱無(wú)雨季節(jié)地表徑流量明顯減少3。在蓄滿產(chǎn)流情況下(土壤飽和持水量以50%計(jì)算)，當(dāng)降

8、雨量小于300時(shí)，0.51.0厚的土層可全部蓄水于土，而不產(chǎn)生徑流；當(dāng)土層減薄至0.25時(shí)，降雨量為200時(shí)，即產(chǎn)生徑流4。據(jù)“六五森林普查，湖南省有林地面積和森林蓄積量分別比1957年減少26.7104h2及1.01083，森林單位面積下降40%，僅為全國(guó)平均程度的64%，其修養(yǎng)水源的才能降低約1271083。由于森林覆蓋率下降，流失區(qū)年土壤侵蝕量達(dá)1.7108t，相當(dāng)于流失1.261083體積的土壤，以此推算，19511998年間全省因水土流失而損失土壤水庫(kù)總?cè)萘繛?0.48108，如加上破壞森林所損失的蓄水量，那么相當(dāng)于損失全省防洪庫(kù)容(35.01083)的5倍多。由此可以認(rèn)為，水土流失

9、區(qū)既削弱了土壤水庫(kù)的蓄水功能；亦降低了森林修養(yǎng)水源的才能。2.2泥沙淤積，江湖萎縮，泄洪蓄洪才能減弱侵蝕土壤轉(zhuǎn)化為泥沙且在被地表徑流遷移過(guò)程中，一局部堆積在山間盆地；一局部隨徑流進(jìn)入江湖、水庫(kù)。以年均侵蝕總量1.7108t和泥沙輸移比0.2、0.3計(jì)算5，有0.340.51108t泥沙進(jìn)入四水流域河道；有0.140.18108t在水庫(kù)、山塘、渠道沉積，還有0.32108t進(jìn)入洞庭湖。多年的泥沙淤積使河床抬高、水庫(kù)、山塘、渠系淤塞，湖盆急劇萎縮。據(jù)水利部門統(tǒng)計(jì)，全省263座大中型水庫(kù)，平均淤積厚度0.32/a的占30%，損失庫(kù)容5.571083，損失塘壩容量20%.水土流失嚴(yán)重的邵東縣，全縣13

10、1座中、小型水庫(kù)，泥沙淤積嚴(yán)重的有50座，一般淤積的81座，在6.8萬(wàn)口山塘中有60%的受到泥沙淤積。位于山區(qū)的安化縣，因常發(fā)生山洪爆發(fā)，1.6萬(wàn)處塘壩近幾年共淤積泥沙4541043，平均抗旱才能由33d下降至25d.在全省5k以上的5431條河流中，有70%的河道在加速淤積，其中有11%的河床淤積特別嚴(yán)重，如穿流于強(qiáng)度流失區(qū)的石獅江、石馬江、涓水、蒸水、漚江、洣水、辰水、溆水、洣水、渫水、沂溪河、新墻河等河流及其大局部支流均成了“地上懸河。隨著大量泥沙不斷地向下游區(qū)遷移，四水干流下游河床平均淤高0.60，澧水津市至石龜山以下河床淤高0.85，泄洪才能減少33.3%；湘水入湖口洲灘由望城縣靖港

11、推進(jìn)至東洞庭湖區(qū)的荷葉湖；沅水入湖口洲灘也由圍堤湖延伸至目平湖的坡頭一帶，洪水期使河道泄洪才能下降21.3%.據(jù)施修端運(yùn)用輸沙量法計(jì)算6，19561995年輸入洞庭湖的泥沙約66.62108t，其中長(zhǎng)江四口52.96108t，四水及區(qū)間為13.66108t，湖內(nèi)泥沙淤積總量達(dá)49.30108t，天然湖泊年均淤積量、淤積體、淤積厚度分別為0.8108t、0.571083和0.018.導(dǎo)致近數(shù)十年洞庭湖的湖面湖容分別萎縮了1749k2和1261083。湖泊天然調(diào)蓄才能因此而削弱15%(1998年與1951年比擬).3水土流失對(duì)水旱致災(zāi)才能的放大疊加作用上述分析說(shuō)明，湖南庶數(shù)十年因森林減少、土層薄層

12、化和泥沙淤積而使洞庭湖水系多接納187.481083的水量，也相當(dāng)于枯水期缺少同等數(shù)量的水量。因此豐水期在降雨量大致相近的條件下，地表徑流量增大，江湖洪水位抬高，增加了自然態(tài)洪水的能量，進(jìn)而放大了洪澇致災(zāi)才能?？菟诹魇^(qū)土層干裂，泥沙淤積嚴(yán)重的水庫(kù)、塘壩干涸，江湖水位極低，在自然態(tài)干旱相似的條件下，延長(zhǎng)了干旱時(shí)間，擴(kuò)大了受旱面積那么放大了干旱致災(zāi)才能。隨著水土流失的擴(kuò)展和加劇，土壤侵蝕與沉積過(guò)程的疊加影響日愈嚴(yán)重，使干旱、山洪、洪澇致災(zāi)因子的致災(zāi)才能，在途中不斷地得到補(bǔ)充、聚集而被放大(圖1).四水中上游山丘區(qū)，豐水期產(chǎn)水量增加，地表徑流系數(shù)增大，據(jù)1954、1988、1995、1996、1

13、998等圖1水土流失對(duì)水旱致災(zāi)才能的放大過(guò)程與疊加效應(yīng)典型洪水年測(cè)算，50年代一場(chǎng)暴雨過(guò)程產(chǎn)水量?jī)H2503001083；90年代產(chǎn)水量竟達(dá)3504001083。中強(qiáng)度侵蝕區(qū)徑流系數(shù)由0.42增至0.63，使四水干流洪水位日平均最大上漲率由0.37增至0.55.枯水期水量減少，本區(qū)中強(qiáng)度土壤侵蝕面積22715k2，按增大徑流系數(shù)0.21計(jì)算，中強(qiáng)度侵蝕區(qū)的土壤水庫(kù)少蓄存47.71083水量，假設(shè)加上水庫(kù)所損失的庫(kù)容5.571083，損失森林蓄水量91.71083，其總損失水量為144.971083，致使干旱時(shí)間延長(zhǎng)710d，受旱面積平均每年增加510104h2.四水下游至尾閭區(qū)，在雨情大致相似的

14、情況下，洪水過(guò)程歷時(shí)延長(zhǎng)，入湖洪峰流量增大。據(jù)1954、1996、1998年典型洪水年洪峰的張落歷時(shí)測(cè)算，四水干流下游洪水過(guò)程總歷時(shí)，90年代較50年代延長(zhǎng)3.75.7d.澧水尾閭因泥沙顯著淤高，加之西洞庭湖洪水的頂托，1998年洪水總歷時(shí)較1954年延長(zhǎng)7.8d.同時(shí)，四水最大組合入湖洪峰流量明顯增大(表1).1954年四水僅占總?cè)牒畲蠼M合洪峰流量的56.9%，而1996、1998年卻分別增大至73.9%和71.6%.這完全是四水中上游山丘區(qū)產(chǎn)水量增多，地表徑流增大，干支流洪峰漲速快、多復(fù)形洪峰疊加的綜合結(jié)果。洞庭湖災(zāi)害性洪水7特性日愈突出，一是在入湖洪峰流量大致相似的情況下，洪水位普遍壅

15、高0.291.51，且高洪水位持續(xù)時(shí)間平均延長(zhǎng)1518d，尤以1996、1998年最典型(表2).這兩年入湖最大組合洪峰流量分別比1954年少56263/s及3693/s，洪水位卻依次壅高0.76、1.39.1998年超危險(xiǎn)水位(33.0)持續(xù)時(shí)間比1954年延長(zhǎng)32d.二是在入湖洪量大致相等的情況下，洪水位日平均最大上漲率由0.42增大至1.98，湖口七里山出湖洪峰流量由31.4%下降至23.4%7，這兩點(diǎn)正是導(dǎo)致洞庭湖區(qū)洪澇災(zāi)害頻繁的癥結(jié)所在。圖1水土流失對(duì)水旱致災(zāi)才能的放大過(guò)程與疊加效應(yīng)表1湖南四水與長(zhǎng)江三口最大組合入湖洪峰流量(3/s)比擬年、月、日湘潭桃江桃源石門合計(jì)淞滋太平藕池合計(jì)

16、區(qū)間總?cè)牒?954.7.3021903170230008130364909550275013890261901373640531996.7.173980111002660015404322039001480295383336874584271998.7.2383772324800190004536067001620437012690531063360表2典型災(zāi)害性洪水年洞庭湖城陵磯高洪水位持續(xù)時(shí)間最大蓄水量/(1083)最高水位/高洪水位持續(xù)天數(shù)年份33.0034.0035.001954469.534.5556d(7.18.26)24d7.147.177.277.2801996256.635.

17、3129d(7.168.13)12d(7.177.28)4d(7.207.23)1998330.035.9478d(6.299.14)56d7.27.97.249.942d(7.259.4)4水旱致災(zāi)才能放大作用對(duì)承災(zāi)體的復(fù)合效應(yīng)自然災(zāi)害是相對(duì)承災(zāi)體而言的8，而災(zāi)害強(qiáng)度和發(fā)生頻率又是相對(duì)致災(zāi)因子對(duì)承災(zāi)體的破壞才能而論的。當(dāng)這種才能超過(guò)一定閥值時(shí)，那么會(huì)對(duì)社會(huì)財(cái)富聚集承災(zāi)體產(chǎn)生破壞作用。顯然，當(dāng)水旱致災(zāi)才能被土壤侵蝕和泥沙淤積放大后，必然會(huì)對(duì)承災(zāi)體產(chǎn)生一定的復(fù)合效應(yīng)。4.1受災(zāi)范圍與成災(zāi)率日愈增大據(jù)湖南省19501998年水旱受災(zāi)面積統(tǒng)計(jì)說(shuō)明：除19701979年水旱災(zāi)平均受災(zāi)面積較小外，其它各

18、年代平均受災(zāi)面積均呈增大趨勢(shì)。50年代水旱災(zāi)受災(zāi)面積為825.4104h2，60年代877.8104h2，80年代增至1435.0104h2，比70年代增加54.9%，19901998年水旱災(zāi)平均受災(zāi)面積1516.8104h2，比70年代增大56.2%.水旱災(zāi)成災(zāi)率(成災(zāi)面積與受災(zāi)面積之比)，70年代多年平均值為39.2%，80年代和90年代分別增大至43.7%和50.3%.很明顯，這主要是水旱致災(zāi)才能放大作用的結(jié)果。4.2大中水旱災(zāi)害發(fā)生頻次呈增加趨勢(shì)隨著水旱致災(zāi)才能的放大，無(wú)災(zāi)變成有災(zāi)，小災(zāi)變成大災(zāi)，從每10年各等級(jí)水旱災(zāi)發(fā)生次數(shù)的累積值來(lái)看，除70年代外，其它各年代發(fā)生總次數(shù)均呈現(xiàn)增多的

19、趨勢(shì)(表3)，其中以大中水旱災(zāi)害發(fā)生次數(shù)增加的趨勢(shì)更為明顯，90年代(19901998)大中水旱災(zāi)發(fā)生次數(shù)分別占該時(shí)段總發(fā)生次數(shù)的64.7%及65.2%.4.3山丘區(qū)水旱災(zāi)害交替演進(jìn)80年代以來(lái)，有的年份58月發(fā)生屢次強(qiáng)降雨過(guò)程，加之森林、土壤及水利工程蓄水功能衰弱，地表徑流增大，四水中上游山丘區(qū)常釀成山洪災(zāi)害；9月份以后全省受副熱帶高壓控制，持續(xù)高溫少雨，山丘區(qū)多數(shù)中小型水庫(kù)、渠道、山塘干涸，地表干裂，水源極缺，不能滿足大面積秋季作物生長(zhǎng)的需水量，且旱災(zāi)接踵而致。據(jù)劃分水旱災(zāi)等級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)定，80年代以來(lái)山丘區(qū)共出現(xiàn)8個(gè)水旱災(zāi)交替年份(1981、1984、1988、1990、1991、199

20、2、1995、1998)，其交替過(guò)程都是先大水災(zāi)，后大或中旱災(zāi)。這說(shuō)明水旱災(zāi)害在時(shí)間演進(jìn)中具有同步共進(jìn)的特征，這顯然是水旱致災(zāi)才能交替放大作用的結(jié)果。表3湖南省水旱災(zāi)害發(fā)生頻次的演進(jìn)特征水旱災(zāi)害等級(jí)每10a水災(zāi)發(fā)生次數(shù)每10a旱災(zāi)發(fā)生次數(shù)19501959196019691970197919801989199019981950195919601969197019791980198919901998大水旱災(zāi)216643183中水旱災(zāi)5439166841212小水旱災(zāi)109101312121214178累積頻次171413283422231937235結(jié)論土壤侵蝕具有以面狀為主，且以中強(qiáng)度占優(yōu)勢(shì)、徑流侵蝕與降雨期同步的顯著特點(diǎn)；流失面積集中于四水中上游山