论湖南水土流失对水旱致灾能力的放大效应

摘要：本文从灾害学角度上分析了湖南省水土流失对水旱灾害的影响，表明多年的水土流失放大了自然态水旱致灾能力。在气象因素大致相似的条件下水土流失导致：丰水期，地表集流快，产洪量增加，径流系数增大，江湖洪水位壅高且持续时间长；枯水期，水量减少、地表缺水时间延长。其复合效应是使水旱灾害交替演进，以及受灾面积、成灾率和发生频率均呈增大趋势。

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%，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(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8400m^3[2]；以土壤容重1.35t/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1.0×10⁸m³，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^３，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0.60m，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0.018m.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。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).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250—300×10⁸m³；90年代产水量竟达350—400×10⁸m³。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5～10×10⁴hm².②四水下游至尾闾区，在雨情大致相似的情况下，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。③洞庭湖灾害性洪水^[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369m³/s，洪水位却依次壅高0.76m、1.39m.1998年超危险水位(33.0m)持续时间比1954年延长32d.二是在入湖洪量大致相等的情况下，洪水位日平均最大上涨率由0.42m增大至1.98m，湖口七里山出湖洪峰流量由31.4%下降至23.4%^[7]，这两点正是导致洞庭湖区洪涝灾害频繁的症结所在。

表1 湖南四水与长江三口最大组合入湖洪峰流量(m³/s)比较

表2 典型灾害性洪水年洞庭湖城陵矶高洪水位持续时间

4 水旱致灾能力放大作用对承灾体的复合效应

　　自然灾害是相对承灾体而言的^[8]，而灾害强度和发生频率又是相对致灾因子对承灾体的破坏能力而论的。当这种能力超过一定阀值时，则会对社会财富聚集承灾体产生破坏作用。显然，当水旱致灾能力被土壤侵蚀和泥沙淤积放大后，必然会对承灾体产生一定的复合效应。

4.1 受灾范围与成灾率日愈增大 据湖南省1950～1998年水旱受灾面积统计表明：除1970～1979年水旱灾平均受灾面积较小外，其它各年代平均受灾面积均呈增大趋势。50年代水旱灾受灾面积为825.4×10⁴hm²，60年代877.8×10⁴hm²，80年代增至1435.0×10⁴hm²，比70年代增加54.9%，1990～1998年水旱灾平均受灾面积1516.8×10⁴hm²，比70年代增大56.2%.水旱灾成灾率(成灾面积与受灾面积之比)，70年代多年平均值为39.2%，80年代和90年代分别增大至43.7%和50.3%.很明显，这主要是水旱致灾能力放大作用的结果。

4.2 大中水旱灾害发生频次呈增加趋势 随着水旱致灾能力的放大，无灾变成有灾，小灾变成大灾，从每10年各等级水旱灾发生次数的累积值来看，除70年代外，其它各年代发生总次数均呈现增多的趋势(表3)，其中以大中水旱灾害发生次数增加的趋势更为明显，90年代(1990～1998)大中水旱灾发生次数分别占该时段总发生次数的64.7%及65.2%.

4.3 山丘区水旱灾害交替演进 80年代以来，有的年份5～8月发生多次强降雨过程，加之森林、土壤及水利工程蓄水功能衰弱，地表径流增大，四水中上游山丘区常酿成山洪灾害；9月份以后全省受副热带高压控制，持续高温少雨，山丘区多数中小型水库、渠道、山塘干涸，地表干裂，水源极缺，不能满足大面积秋季作物生长的需水量，且旱灾接踵而致。据划分水旱灾等级指标综合评定，80年代以来山丘区共出现8个水旱灾交替年份(1981、1984、1988、1990、1991、1992、1995、1998)，其交替过程都是先大水灾，后大或中旱灾。这表明水旱灾害在时间演进中具有同步共进的特征，这显然是水旱致灾能力交替放大作用的结果。

表3 湖南省水旱灾害发生频次的演进特征水旱灾害等级

5 结论

　　土壤侵蚀具有以面状为主，且以中强度占优势、径流侵蚀与降雨期同步的显著特点；流失面积集中于四水中上游山丘区，侵蚀强度呈圈带状分异。触发和加剧水旱灾害的因素极为复杂，但从湖南水旱灾害与水土流失关系的演进趋势来看，除了气象因素外，多年的水土流失是放大自然态洪水和干旱致灾能力的重要因素，应引起全社会的高度重视。水土流失对水旱致灾能力的放大主要是通过土壤薄层化和泥沙淤积等途径来实现的；水旱致灾能力放大叠加的作用是：在气候条件大致相近的情况下，丰水期地表径流集流快，产水量增多，江湖洪水量增大，洪水位壅高且持续时间长。枯水期地表缺水面积大、持续时间长；而水旱致灾能力放大作用对承灾体的复合效应则主要表现在山丘区大中水旱灾交替演进以及水旱灾受灾面积，发生频次和成灾率在总体上均呈增大趋势。

参 考 文 献：

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