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水利水电工程与水土流失

时间:2022-01-30 百科知识 版权反馈
【摘要】:§1.4 水利水电工程与水土流失1.4.1 水土流失现状《中国大百科全书·水利卷》、《中国水利百科全书》中,将水土流失定义为:在水力、风力、重力等外应力作用下,水土资源和土地生产的破坏和损失。这种破坏和损失包括土地表层侵蚀及水的损失,也称水土流失。水土流失是我国土地资源遭到破坏的最常见的地质灾害,其中以黄土高原地区最为严重。据相关资料显示黄土高原每年流失表土面积已达56万km2,年侵蚀土壤24亿t。
水利水电工程与水土流失_水利水电工程环境

§1.4 水利水电工程与水土流失

1.4.1 水土流失现状

中国大百科全书·水利卷》、《中国水利百科全书》中,将水土流失定义为:在水力、风力、重力等外应力作用下,水土资源和土地生产的破坏和损失。这种破坏和损失包括土地表层侵蚀及水的损失,也称水土流失。在我国“水土流失”也称“土壤侵蚀”。

土地表层侵蚀是指在水力、风力、冻融、重力以及其他外应力作用下,土壤、土壤母质及其他地面组成物质如岩屑、松软岩层被损坏、剥蚀、转运和沉积的全过程。水土流失的形式除雨滴溅蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀等典型的土壤侵蚀形式外还包括河岸侵蚀、山洪侵蚀、泥石流侵蚀以及滑坡等侵蚀形式。水的损失在中国主要是指坡地径流损失。

在自然状态下,纯粹由自然因素引起的地表侵蚀过程非常缓慢,常与土壤形成过程处于相对平衡状态,因此坡地还能保持完整,这种侵蚀称为自然侵蚀,也称为地质侵蚀。在人类活动影响下,特别是人类严重地破坏了坡地植被后,由自然因素引起的地表土壤破坏和土地物质的移动,流失过程加速,即发生水土流失。

水土流失是我国土地资源遭到破坏的最常见的地质灾害,其中以黄土高原地区最为严重。我国目前水土流失总的情况是:点上有治理,面上有扩大,治理赶不上破坏。全国水土流失面积20世纪50年代初期为17.4亿亩,到1980年约治理6亿亩。由于治理赶不上破坏,水土流失面积却扩大到22.5亿亩,约占国土总面积的img85,涉及近千个县。全国山地丘陵区有坡耕地约4亿亩,其中修梯田约1亿亩,而另外3亿亩坡地正遭受水土流失的危害。

据相关资料显示黄土高原每年流失表土面积已达56万km2,年侵蚀土壤24亿t。

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,其中:水蚀165万km2;风蚀191万km2;水蚀、风蚀交错区水土流失面积为26万km2。如图1-8所示。

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图1-8 全国不同侵蚀类型面积比例

我国各省、市水蚀及风蚀面积根据各省、市所在地而存在巨大差异,如表1-17所示。

表1-17 各省(自治区、直辖市)水蚀与风蚀面积

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续表

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1.土壤水蚀现状

全国土壤水蚀总面积165万km2,不同强度等级的面积如图1-9所示。

轻度的83万km2,占总水蚀面积的49%;中度的55万km2,占总水蚀面积的34%;强度的18万km2,占总水蚀面积的11%;极强度的6万km2,占总水蚀面积的4%;剧烈的3万km2,占总水蚀面积的2%。

2.土壤风蚀现状

全国风蚀总面积191万km2,不同强度等级的面积如图1-10所示。

轻度的79万km2,占总风蚀面积的42%;中度的25万km2,占总风蚀面积的13%;强度的25万km2,占总风蚀面积的13%;极强度的27万km2,占总风蚀面积的14%;剧烈的35万km2,占总风蚀面积的18%。

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图1-9 全国土壤水蚀强度结构图

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图1-10 全国土壤风蚀强度结构图

1.4.2 水土流失成因

1.影响水土流失的自然因素

(1)气候:如降水量、降水年内分布、降雨强度、风速、气温日照、相对湿度等;

(2)地形:如坡度、坡长、坡面形状、海拔、相对高度、沟壑密度等;

(3)地质:主要是指岩性和新构造运动,岩石的风化性、坚硬性、透水性对于沟蚀的发生和发展以及崩塌、滑坡、山洪、泥石流等侵蚀作用有密切的关系;

(4)土壤:土壤是侵蚀作用的主要对象,土壤的透水性、抗蚀性、抗冲性对水土流失的影响也很大;

(5)植被:植被的主要功能有截留降水、涵养水源、固持土体、改良小气候条件,并且在一定程度上可以防止浅层滑坡等重力侵蚀作用。植被被破坏后,水土流失就会加剧。我国是个多山地国家,山地面积占国土面积的img94;我国又是世界上黄土分布最广的国家,山地丘陵和黄土地区地形起伏,黄土或松散的风化壳在缺乏植被保护的情况下极易发生侵蚀;我国大部分地区属于季风气候,降水量集中,雨季降水量常达年降水量的60%~80%,且多暴雨。易于发生水土流失的地质、地貌条件和气候条件是造成我国水土流失的主要原因。

2.影响水土流失的人为因素

影响水土流失的人为因素主要是指人类社会不合理的生产建设活动,使地面植被和自然地貌遭受破坏,加剧了水力侵蚀和风力侵蚀的作用。

(1)陡坡开荒,破坏植被。由于人口的不断增长,对粮食的日益需求,在生产力水平不高的情况下,对土地实行掠夺性开垦,忽视因地制宜的农、林、牧综合发展,把只适合林业、牧业利用的土地也辟为农田,造成耕地向陡坡发展,再加上其他生产活动,使林草植被遭到严重地破坏,造成了大量的水土流失。水土流失使得坡耕地粮食产量低而不稳,于是又进一步扩大坡耕地面积,形成了“越广种,越薄收,水土流失越严重;水土流失越严重,越薄收,越广种”的恶性循环。

(2)乱砍滥伐森林,过度放牧。不少地方在林木采伐中,只顾眼前利益,忽视资源保护,特别是采取“剃光头”的作业方式后,没有及时抚育更新,也没有采取任何水土保持措施,造成了严重的水土流失。长江上、中游地区和珠江流域的水土流失,相当一部分是由于这种原因产生的。在干旱或半干旱及山坡上放牧,使林草植被遭到严重毁坏;在牧区大量盲目地扩大牲畜头数,超过草场的载畜量,草原严重过牧,加剧了草原的“沙化、退化、盐碱化”。

(3)侧重建设、忽视保护。一些开矿、修路、采石、水电开发等生产建设,忽视水土保持,随意倾倒废土、废石、矿碴,破坏植被,使边坡稳定性降低,引起滑坡、塌方、泥石流等更严重的地质灾害,造成了严重的新的水土流失。

生产建设活动造成水土流失的典型:

例1.广西来宾县八一铁合金总厂二号采矿点,一路之上尘烟滚滚,路两旁的花草上都覆盖着一层黄土,站在高坡上举目四望,近5km2的土地上沟壑纵横、黄水夹杂着泥沙四处流淌,因为矿源枯竭,这个采矿点已经被废弃多年。矿区95%以上的植被被破坏,附近的凤凰河干旱季节断流,雨季洪涝成灾,两岸农民的生产、生活受到极大影响。

例2.桂西某县一项建设中的重点工程。在修建配套公路时,没有向相关水保部门提交切实可行的水土保持方案,施工人员将多余的上百万立方米废土石方随意向红水河倾倒,造成河道被大量土方阻塞,原先一条河宽达12m多的河道,现在只剩下4m左右。相关环保部门多次进行交涉,但收效甚微,工程偷排废碴事件还是时有发生。

(4)水资源不合理开发利用。特别是在西北地区,人与自然的争水现象严重,生态用水减少,天然绿洲萎缩,使本来就十分脆弱的生态环境进一步恶化。塔里木河是我国最长的内陆河,也是新疆南部干旱地区居民的“母亲河”。从20世纪50年代开始,塔里木河上游大规模开荒造田,用水量猛增,致使中、下游河道的来水逐年减少。1972年,全长1 321km的塔里木河出现断流,下游320km河道完全干涸。塔里木河尾闾台特玛湖也变成了一片沙漠,被生态专家们称为“第二个罗布泊”。

1.4.3 水土流失的危害

1.水土流失的特点

我国山丘地区面积广大,降水时空分布不均,放牧垦殖历史久远,加之近年城市化和开发建设项目扩展,进一步加剧了水土流失,使水土流失成为我国头号环境问题,其主要特点表现在:

(1)分布范围广、面积大。我国水土流失面积356万km2,其中水蚀面积165万km2,风蚀面积191万km2。水土流失主要发生在山区、丘陵地区和风沙地区,在平原地区和沿海地区也局部存在。

(2)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、泥石流等多种侵蚀作用相互交错,成因复杂。西北黄土高原区、东北黑土漫岗区、南方红壤丘陵区、北方土石山区、南方石质山区以水蚀为主,局部伴随有滑坡、泥石流等重度侵蚀;青藏高原以冻融侵蚀为主;西北风沙区和草原区以风蚀为主;西北半干旱的农牧交错地带是风蚀水蚀共同作用区,冬、春两季以风蚀为主,夏、秋两季以水蚀为主。

(3)土壤流失严重。据相关资料统计,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,特别是内蒙古河口镇至龙门区间的7万多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,该区域输入黄河的泥沙占黄河输沙量的一半以上。

2.水土流失的危害

水土流失广泛分布于我国各省、自治区、直辖市。严重的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,给国民经济发展和人民生产、生活带来严重危害,成为我国头号环境问题。

(1)破坏土地资源,蚕食农田,威胁人类生存。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,由于土层流失殆尽、基岩裸露,有的百姓已无生存之地。近50年来,我国因水土流失毁掉的耕地达4 000多万亩。因水土流失造成退化、沙化、碱化草地约100万km2,占我国草原总面积的50%。进入20世纪90年代,沙化土地每年扩展2 460km2。据相关初步估计,由于水土流失,每年造成的经济损失达100亿元左右。更严重的是,水土流失造成的耕地损失已直接威胁到水土流失区域人民的生存,其价值是不能单用货币计算的。

(2)泥沙淤积河床,加剧洪涝灾害。水土流失产生大量泥沙,淤积在河、湖、库内,降低了水利设施的调蓄洪功能和天然河道的泄洪能力,加剧了下游的洪涝灾害。黄河流域黄土高原地区年均输入黄河泥沙16亿t中,约4亿t淤积在下游河床,致使河床每年抬高8~10cm,有的河段已高出两岸地面4~10m,形成“地上悬河”,对周围地区构成严重洪水威胁,成为国家的“心腹大患”,如图1-11所示。近几十年来,全国各地河流都有类似黄河的情况,随着水土流失的日益加剧,各地大、中、小河流的河床淤高和洪涝灾害也日益严重。1998年长江发生全流域性的特大洪水,其主要原因之一就是中、上游地区水土流失严重,加速了暴雨径流的汇集过程,降低了水库的调蓄洪能力和河道的行洪能力。

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图1-11 黄河悬河图资料:1984年,地点:开封柳园口

(3)影响水库资源的综合开发和有效利用,加剧干旱的发展。我国多年平均受旱面积2.94亿亩,多数发生在水土流失严重的山丘地区。西北地区水资源相对匮乏,总量仅占全国的img96,但为了减轻泥沙淤积造成的库容损失,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。而在下游,平均每年需舍弃200亿~300亿m3的水资源,用于冲沙入海,降低河床。

(4)泥沙淤积水库、湖泊,降低其综合利用功能。水土流失不仅使洪涝灾害频繁,而且产生的泥沙与流失的氮、磷及化学农药等有机污染物,引起水库、湖泊等水体的富营养化,严重威胁到水利设施及其效益的发挥。据相关资料初步统计,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,相当于淤废库容为1亿m3的大型水库200多座,按建设费用每立方米库容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区生态环境的恶化,损失更是难以估计。

(5)生态环境恶化,加剧贫困。水土流失是我国生态环境恶化的主要特征,是贫困的根源。尤其是在水土流失严重地区,地力衰退,粮食产量下降,形成“越穷越垦,越垦越穷”的恶性循环。目前全国农村贫困人口90%以上都生活在生态环境比较恶劣的水土流失地区。

(6)削减地力,加剧干旱发展。由于水土流失,使坡耕地成为跑水、跑土、跑肥的“三跑田”,致使土地日益贫瘠,土壤理化性状恶化,土壤透水性、持水力下降,加剧干旱的发展,使农业生产低而不稳。黄土高原年平均流失的16亿t泥沙中含氮、磷、钾总量约4 000万t,东北地区因水土流失损失的氮、磷、钾总量约317万t。据30年统计资料表明:全国多年平均受旱面积约2 000万hm2,成灾面积约700万hm2,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。

(7)影响航运,威胁工矿交通设施安全。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降低。而在高山深谷,每年汛期由于水土流失形成的山体塌方、泥石流灾害,严重危及工矿企业交通设施安全。据相关资料统计,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。

由于广泛的水土流失,泥沙又是大面积的污染源。泥沙不仅本身污染水体,而且还挟带、吸附各种残碴、化合物及病毒等有害物质,污染了饮水、工农业用水等,给人类带来危害。

1.4.4 水土保持的重要性及意义

水土保持是防治水土流失,保护、改良与合理利用水土资源,维护和提高土地生产力,以利于充分发挥水土资源的生态效益、经济效益和社会效益,建立良好生态环境的综合性科学技术。水土保持的对象不只是土地资源,还包括水资源。保持的内涵不只是保护,而且包括改良与合理利用。不能把水土保持理解为土壤保持、土壤保护,更不能将其等同于土壤侵蚀控制。水土保持是自然资源保护的主体。

水和土是人类赖以生存的基本物质,是发展农业生产的重要因素。水土保持对于改善水土流失地区的农业生产条件,建设生态环境,减少水、旱、风沙等灾害,发展国民经济,具有重要意义。

1.保护土地资源,维护土地生产力

据相关资料统计,从1949年至1998年底,全国因土壤侵蚀而损失的耕地达270多万hm2,每年造成的经济损失都在100亿元以上。在山丘区采用坡面水土保持措施及沟道水土保持措施,可以防止耕地、林地、草地土壤面蚀与沟蚀,保护土地资源免遭损失,维护土地生产力。在风沙区采用防治风力侵蚀的综合措施,可以防止农耕地与草地的风蚀退化。

2.充分利用降水资源,提高抗旱能力

在水土流失严重的山丘地区,通过修建水平梯田等坡面工程以及各种蓄水工程,可以拦蓄由降雨形成的坡面径流,减少水的流失,提高降水资源的利用率,增强旱作农业与经济林果生产的抗旱能力。

3.改善区域生态环境,促进当地社会和经济发展

水土保持改善了生产条件和生态环境,增加了人口环境容量,促进了人口、资源、环境与社会经济的协调发展。长江上游三峡库区第一期水土保持重点防治区,经过治理,人口环境容量每平方公里增加6~23人。黄河上、中游无定河、皇甫川、三川河以及甘肃西县等4片重点治理区,一般经过5~10年治理后,每平方公里的人口环境容量可以增加20人左右。

4.减少江河湖库泥沙淤积,减轻下游洪涝灾害

水土保持不仅保护与改善了治理区的生产和生活环境,而且减少了流域产沙量,从而减轻了下游洪涝灾害的威胁。据相关初步统计,中华人民共和国成立以来,全国兴修的水土保持工程每年可以减少侵蚀和拦蓄泥沙15亿t,增加蓄水能力约250亿m3。黄河上、中游的水土保持工程,每年减少流入黄河的泥沙3亿t。中小流域,水土保持措施具有显著的调节洪水的作用。一般暴雨条件下,可以削减洪峰流量达30%~70%。

5.减少江河湖库非点源污染,保护与改善水质

水土保持措施在保水的同时还保土、保肥,从而减少河川水体的非点源污染,发挥保护与改善水质的作用。

1.4.5 现行相关水利水电工程施工中加强水土保持的法律、法规

在水利水电工程施工中加强贯彻执行水土保持的法律、法规就是编制水土保持方案。

水土保持方案就是针对开发建设项目的建设区域和影响区域内已经存在的或在工程建设和运行过程中可能产生的水土流失开展预防、保护和综合治理设计。水土保持方案是开发建设项目总体设计的重要组成部分,是设计和实施水土保持措施的技术依据,是防止开发建设项目引起水土流失的基本保障。

1.水土保持方案的起源

1991年6月29日,第7届全国人民代表大会常委会第20次会议通过的《中华人民共和国水土保持法》第19条要求:在山区、丘陵区、风沙区修建铁路、公路、水工程,开办矿山企业、电力企业和其他大中型工业企业,在建设项目环境影响报告书中,必须有水行政主管部门同意的水土保持方案。同时要求:在建设项目中的水土保持设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。1993年8月1日,国务院颁布《中华人民共和国水土保持法实施条例》,进一步明确开发建设项目必须编制水土保持方案。1994年11月22日,国家水利部会同国家计划委员会、国家环境保护局发布《开发建设项目水土保持方案管理办法》,规定开发建设项目必须编制水土保持方案,建设项目水土保持设施的竣工验收必须有水行政主管部门参加签署意见,水土保持设施未经验收或验收不合格的建设工程不得投产使用。之后,国家水利部又陆续发布《开发建设项目水土保持方案编报审批规定》、《编制开发建设项目水土保持方案资格证书管理办法》、《开发建设项目水土保持方案技术规范》等,进一步规范了开发建设项目水土保持方案编制与管理的方法和程序。国家水利部还分别同国家电力公司、国家铁道部、国家煤炭工业局、国家有色金属工业局和国家交通部联合发出通知,要求开发建设项目必须做好水土保持工作,防止人为水土流失,水土保持方案制度得到进一步落实。

2.水土保持方案分级审批和编制

根据相关规定,由水行政主管部门负责对开发建设项目的水土保持方案实行分级审批,即中央审批立项的生产建设项目和限额以上技术改造项目的水土保持方案由国务院水行政主管部门审批,地方审批立项的生产建设项目和限额以下技术改造项目的水土保持方案由相应级别的水行政主管部门审批,乡镇、集体、个体及其他项目的水土保持方案,由其所在地的县级水行政主管部门审批。

开发建设项目水土保持方案由生产建设单位负责,具体编制水土保持方案的单位必须持有“编制水土保持方案资格证书”。该资格证书设甲级、乙级、丙级3级:甲级证书由国务院水行政主管部门颁发;乙级、丙级证书由省级人民政府水行政主管部门颁发。持有甲级、乙级、丙级资格证书的单位可以分别承担大中型开发建设项目、中小型开发建设项目和小型以下开发建设项目水土保持方案的编制任务。

3.水土保持方案的内容

开发建设项目中的水土保持任务主要包括:

(1)对征用、管辖、租用土地范围内原有的水土流失进行治理;

(2)在生产建设过程中采取措施保护水土资源,并尽量减少对植被的破坏;

(3)设置专门场地安放废弃土(石、碴)、尾矿碴等固体物,并采取拦挡治理措施;

(4)对开挖、排弃碴、填方等场地进行护坡和土地整治;

(5)对开发建设过程中形成的裸露土地恢复林草植被,进行开发利用。

对于新建和扩建项目,水土保持方案编制程序应和主体工程项目所处的设计阶段要求相适应,分为可行性研究初步设计、技术设计3个阶段。对于已建或在建项目,则需直接进行达到初步设计或技术设计阶段要求的水土保持设计。

根据各个不同的设计阶段,水土保持方案编制的内容有一定的区别,但总体要求是基本一致的,其主要内容为:

(1)确定开发建设项目建设区和直接影响区;

(2)分析开发建设可能造成的水土流失及其危害;

(3)研究预防和治理水土流失的方法和措施;

(4)提出水土流失防治分区和水土保持措施总体布局;

(5)编制水土保持措施设计文件;

(6)研究部署建设期和生产运行期水土流失监测项目、监测方法及保障措施;

(7)提出水土保持方案实施的进度安排及投资估算。

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