城市水土流失的原因及防治對(duì)策

城市水土流失的原因及防治對(duì)策

城市水土流失是指城市建設(shè)中因人工活動(dòng)，如建設(shè)用地開(kāi)發(fā)、采礦開(kāi)采、道路建設(shè)、橋梁、排水、市政廢物處理等引起的水土流失。包括形成、誘導(dǎo)和激勵(lì)。城市水土流失由于其特殊性，所造成的危害尤為嚴(yán)重：破壞生態(tài)環(huán)境、造成生命財(cái)產(chǎn)巨大損失、影響人民生活并危害其身心健康、阻礙和制約城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。城市水土流失造成的一系列問(wèn)題引起了人們的高度關(guān)注，對(duì)此展開(kāi)了廣泛和深入的研究。1城市保護(hù)現(xiàn)狀1.1建立城市水源保護(hù)機(jī)構(gòu),完善生態(tài)水系，以增加水源發(fā)達(dá)國(guó)家城市化發(fā)展和擴(kuò)張的時(shí)間較早，為了應(yīng)對(duì)和改善城市化帶來(lái)的水土資源的破壞惡化問(wèn)題，他們開(kāi)展了大量相關(guān)的工作，采取了一系列關(guān)于城市水土保持知識(shí)教育、團(tuán)隊(duì)建設(shè)、法律保障、增加水分滲透、合理節(jié)水灌溉和河流恢復(fù)等方面的措施。搞好水土保持首先需要提高民眾的水土保持意識(shí)，獲得民眾積極支持和參與，如何專業(yè)有效地傳授水土保持知識(shí)就成為一個(gè)關(guān)鍵：了解聽(tīng)眾的興趣、關(guān)注的問(wèn)題和自然資源背景知識(shí)，根據(jù)其知識(shí)水平采取適當(dāng)施教方式；由具教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)者擔(dān)任教員；任命水土保持教育顧問(wèn)，向?qū)W校提供教學(xué)設(shè)施；對(duì)教師進(jìn)行培訓(xùn)，由教師講授水土保持知識(shí)。團(tuán)隊(duì)工作是水土保持事業(yè)成功的一種重要方式，通過(guò)它資源管理者可以充分利用外界人員的才能，拓寬項(xiàng)目的支持基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)成員可以貢獻(xiàn)知識(shí)、時(shí)間、才能甚至財(cái)政資源，建立一支有效的水土保持隊(duì)伍包括吸納合適的人員、確立共同的目的、制定可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、建立共同分擔(dān)的領(lǐng)導(dǎo)階層、建立一個(gè)靈活的組織、充分利用各個(gè)成員才能、理解成功或失敗、明白進(jìn)行協(xié)作的合適時(shí)間等。土地清除、發(fā)展所造成的土壤侵蝕每年都有大量的泥沙沉積于河道，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)成本劇增，在美國(guó)，聯(lián)邦、州和地方環(huán)境項(xiàng)目中就侵蝕和沉積控制問(wèn)題通過(guò)了多項(xiàng)立法，要求進(jìn)行土地清除必須制定侵蝕及沉積控制計(jì)劃。1972年，美國(guó)聯(lián)邦政府頒布了發(fā)展侵蝕和沉積控制計(jì)劃的《聯(lián)邦水污染控制決議》（FWPCA）修正案，要求各個(gè)州發(fā)展包含侵蝕控制實(shí)踐的區(qū)域計(jì)劃，并在其中詳述如何控制非點(diǎn)源污染問(wèn)題。1987年7月，所有州都頒布了侵蝕和沉積控制法令，交由警察管轄。地方政府侵蝕和沉積控制法規(guī)或法令為獨(dú)立法令或應(yīng)州立法要求而頒布，其對(duì)土地清除程序、侵蝕控制計(jì)劃的規(guī)范和指導(dǎo)方針等方面進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。城市的發(fā)展不僅加劇與洪水徑流相關(guān)聯(lián)的危險(xiǎn)，而且給由枯水期水流支撐的資源造成傷害，洪水管理既要考慮洪峰水量也要考慮枯水徑流，既要考慮地表可見(jiàn)水道也要考慮地下土壤水分的長(zhǎng)期蓄存。滲透池應(yīng)洪水管理的需要而出現(xiàn)，它是在地上挖成洞穴以容納流入其中的徑流，直到徑流被吸收。滲透池有多種類型：開(kāi)口敞開(kāi)的“干燥”池子———暴雨過(guò)后完全流空并在較小背景水流期間保持干燥，適用于具有充足開(kāi)闊空間和平坦的泥地或草地區(qū)域；具有相對(duì)穩(wěn)定水平面的永久性池子，通過(guò)挖掘地面使池底直達(dá)底下水面建造而成；有著波動(dòng)水面或擁有偶爾滯留水的臨時(shí)大池子，在天然濕地植物適應(yīng)水面波動(dòng)的地方形成；還有建于地下的池子，它可以滲透大部分流入其中的徑流因其保護(hù)水分免遭蒸發(fā)，建于平坦、上面鋪陳的地域如大塊草坪地帶。除了形成洪水的阻滯系統(tǒng)，滲透池還有助于地下水和河流基流補(bǔ)充，水質(zhì)凈化、水生生物生存、娛樂(lè)、美學(xué)和水源供應(yīng)等。城市綠地灌溉用水每年都消耗了大量水源，BartonEAmbrose提出了進(jìn)行城市水資源管理即如何合理利用并減少灌溉用水的有效途徑：首先組建一個(gè)由水源管理和技術(shù)咨詢?nèi)藛T組成的工作小組。其次是對(duì)有關(guān)管理領(lǐng)導(dǎo)和進(jìn)行日常灌溉的工作人員進(jìn)行培訓(xùn)。根據(jù)存在的問(wèn)題，整理編發(fā)“城市水源使用者灌溉水管理手冊(cè)”，向管理領(lǐng)導(dǎo)闡明城市綠地水源保護(hù)范圍，及改善這些地方水源管理及其原因，提供判斷管理優(yōu)、劣的比較基礎(chǔ)；也為工作人員評(píng)價(jià)現(xiàn)行狀況并為特定地點(diǎn)制定管理改善計(jì)劃提供技術(shù)指導(dǎo)。同時(shí)還編寫了土壤灌溉指導(dǎo)，利用土壤調(diào)查數(shù)據(jù)為使用者提供本地區(qū)各種土壤名稱、質(zhì)地、持水能力和吸水率，使用者可以據(jù)此決定設(shè)計(jì)所要使用的土壤及質(zhì)地。在城市區(qū)域，河流代表著潛在的野生生物的走廊、完整生態(tài)系統(tǒng)的濕地增殖者、景觀資源、靠近居住區(qū)的休閑娛樂(lè)設(shè)施以及鄰近地區(qū)與公園的綠色紐帶。為了改善河流的生態(tài)環(huán)境，利用土地利用設(shè)計(jì)、地貌形態(tài)、植被和修建材料等景觀設(shè)計(jì)觀點(diǎn)進(jìn)行河流修復(fù)，包括：(1)走廊保留。保留走廊使得生長(zhǎng)植被的河濱地帶能夠容納河流天然的蜿蜒曲折、沉積、退化和越堤的水流。(2)河岸治理。通過(guò)硬化措施、植被覆蓋和水流偏向等對(duì)河道交叉部位形狀、穩(wěn)定性和生物棲息地產(chǎn)生影響。(3)地貌恢復(fù)。措施包括降低河道，彎曲內(nèi)部坡度、種植林木、利用大塊石等改善棲息地和景觀構(gòu)造。(4)梯級(jí)控制。梯級(jí)控制構(gòu)造是用永久性材料做成的水平階檻、堰或跌水，用于防止或減輕河床切割侵蝕。另外，國(guó)外在城市水土保持資金的籌集、管理，都市野外用火管理及都市森林火災(zāi)的防范等方面也做了相當(dāng)?shù)墓ぷ鳌?.2相對(duì)系統(tǒng)全面階段2002年至今改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)得到迅速發(fā)展，城市化步伐明顯加快，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，城市水土流失也日益加劇。直到1990年代中期，城市水土流失的防治工作才進(jìn)入相對(duì)系統(tǒng)全面階段。1996年第一次全國(guó)城市水土保持工作會(huì)議的召開(kāi)標(biāo)志著城市水土保持工作在我國(guó)全面展開(kāi)，全國(guó)各個(gè)城市陸續(xù)開(kāi)展了與此相關(guān)的工作，在城市水土保持的管理模式（規(guī)劃、機(jī)構(gòu)與立法、監(jiān)督、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與監(jiān)理等）、功能和目標(biāo)等方面進(jìn)行較為深入的探索，提出了一系列防治城市水土流失的措施，但尚停留在較粗放的層次上，缺乏科學(xué)先進(jìn)的技術(shù)支持及手段方法。同時(shí)，全國(guó)開(kāi)展了重點(diǎn)城市水土保持試點(diǎn)工作，積累城市水土保持工作經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步加強(qiáng)城市水土保持預(yù)防治理監(jiān)督和研究，引領(lǐng)全國(guó)城市水土保持工作向縱深發(fā)展。2城市水土流失的主要生態(tài)水系城市水土保持的范疇比城市水土流失更為廣泛，不僅針對(duì)城市化建設(shè)過(guò)程中新的水土流失，還包括對(duì)原有侵蝕環(huán)境的整治和城市周圍地區(qū)的水土保持和環(huán)境的綠化和美化。2.1城市水土流失研究2.1.1城市水土流失的危害城市的發(fā)展伴隨著人類對(duì)自然界作用的加強(qiáng)，同時(shí)也對(duì)自然環(huán)境造成了巨大的影響。城市擴(kuò)張和發(fā)展過(guò)程中引發(fā)的水土資源污染和破壞已成為一種普遍現(xiàn)象，對(duì)城市水土流失及其后果的研究，主要集中在以下幾個(gè)方面。(1)城市水文水質(zhì)。城市的發(fā)展引發(fā)城市水文變化，包括城市徑流影響下河流流量增加與流速加快，及因水流行進(jìn)系統(tǒng)、不斷增加的不透水表面導(dǎo)致的水流特征的時(shí)間調(diào)整變化。城市不透水表面覆蓋的增加引起與其相關(guān)聯(lián)流域物理、化學(xué)和生物的退化，其面積的持續(xù)擴(kuò)大，造成地面徑流量增加，使得用于有效排泄暴雨水流的河流系統(tǒng)管道化，河流的管道化不僅導(dǎo)致洪水頻率、洪水量的增加以及枯水徑流的減少，而且危害城市河流的物理?xiàng)⒌?，減少底層和河道多樣性，同時(shí)增加了河道切割、河床侵蝕和沉積作用。一個(gè)城市的城市化程度越高，地表徑流量增大的可能性越大，發(fā)生洪水的傾向越大。城市水土流失不僅使城市街道徑流和下游河流金屬濃度增高，也使城市河流中固體溶解物、基本陽(yáng)離子、堿度、硫酸鹽和氯化物濃度升高。不恰當(dāng)?shù)呐潘O(shè)施、點(diǎn)狀衛(wèi)生設(shè)施、廢水處理設(shè)備等污染控制措施使河流生物化學(xué)需氧量和大腸菌總量增加，溶解氧水平下降；受到污染的地表水將對(duì)城市地下水質(zhì)產(chǎn)生進(jìn)一步的污染，城市的發(fā)展程度越高，人口密度越大，地下水中的硫酸鹽和硝酸鹽濃度越高，下水道、廢棄掩埋垃圾場(chǎng)、廢物垃圾堆和廢棄水井污水的滲透都會(huì)對(duì)城市地下水質(zhì)產(chǎn)生影響。(2)城市土壤。城市水土流失的干擾破壞會(huì)使土壤喪失可持續(xù)性或完全消亡。人類活動(dòng)（燃料燃燒，未加控制的固體廢物處理、家庭與農(nóng)業(yè)企業(yè)排放液體廢物）、城市（工業(yè)排放、交通、廢物處理、加熱工廠等）的大氣顆粒沉積、河水洪水泛濫淤積等造成重金屬在城市和工業(yè)區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)用地表土中高度富集。城市活動(dòng)也使城市道路和路邊土壤受到金屬污染。由于密集的交通、廢物的處理、排污管道的泄露，城市區(qū)域土壤較農(nóng)村土壤多種重金屬呈中、高度污染。不斷加重的城市土壤污染向人們提出了建立系統(tǒng)、連續(xù)的重金屬和其它污染物監(jiān)測(cè)機(jī)制的必要性和緊迫性。(3)城市水土流失沉積。城市化帶來(lái)的沉積物降低了河道、水溝和水庫(kù)的行洪控洪能力、毀壞淺灘水塘、使河床類型單一，中斷魚(yú)類繁衍、減低物種多樣性并減少水生生態(tài)系統(tǒng)的生物量。不同發(fā)展水平流域河流沉積物中痕量金屬濃度不同，城市工業(yè)流域要比郊區(qū)和森林的高2～10倍。城市河流中新堆積的表面沉積物較之下層金屬的濃度顯著提高，隨不同季節(jié)有所差異，干旱季節(jié)比雨季高，且其濃度沿下游遞增。在亞熱帶沼澤系統(tǒng)中，由農(nóng)業(yè)、居民家庭和工業(yè)活動(dòng)所排放的大量營(yíng)養(yǎng)加重了沼澤的富營(yíng)養(yǎng)化，由于有機(jī)物的分解，沉積物中總磷、有機(jī)碳和總氮含量隨深度呈指數(shù)下降。2.1.2城市水土流失概況及等級(jí)劃分的探討在我國(guó)，快速城市化帶來(lái)一系列的城市水土流失問(wèn)題引起了有關(guān)專家學(xué)者的高度重視。相關(guān)的試驗(yàn)研究包括以下幾個(gè)方面：城市水土流失的特點(diǎn)（以人為水土流失為主、土壤侵蝕強(qiáng)度大、危害嚴(yán)重和治理費(fèi)用高等）；城市水土流失的危害（污染破壞生態(tài)環(huán)境、影響人們的生活與身心健康及城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展）；城市水土流失的成因（基建和固體垃圾等的棄土棄渣棄物、煤塵沉降和風(fēng)蝕塵落等）；城市水土流失強(qiáng)度等級(jí)劃分的探討（根據(jù)植被覆蓋率、斜坡高差和平臺(tái)面積等不同分為三級(jí)：Ⅰ級(jí)較少、Ⅱ級(jí)一般和Ⅲ級(jí)嚴(yán)重）；城市開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中侵蝕部位如堆土和切土部分的侵蝕特征、侵蝕強(qiáng)度的試驗(yàn)研究（提出堆切土使坡面系統(tǒng)的坡度、侵蝕基準(zhǔn)面等發(fā)生巨大變化，促使侵蝕量成數(shù)學(xué)函數(shù)增加）。2.2城市土壤科學(xué)研究2.2.1沉積池城市土地管理的應(yīng)用對(duì)城市土壤基本情況進(jìn)行全面清楚的了解是城市水土保持的基礎(chǔ)，開(kāi)展城市土壤信息系統(tǒng)的研究成為非常必要的工作，包括目標(biāo)的確立（(1)發(fā)展城市區(qū)域土壤數(shù)據(jù)獲取方法和評(píng)估此數(shù)據(jù)的方法；(2)發(fā)展城市“土壤信息系統(tǒng)”的信息能被當(dāng)?shù)卣玫姆椒ǎ?、?shù)據(jù)的獲?。?1)用于因素分析的土壤相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化及保存于文字?jǐn)?shù)字和圖層數(shù)據(jù)庫(kù)；(2)確定多種信息標(biāo)準(zhǔn)的交集即土壤影響因素）以及相關(guān)的工作（A.城區(qū)土壤影響因素的因素分析；B.城市土壤制圖方法的研究；(3)為土壤信息系統(tǒng)提出一個(gè)概念；(4)利用“土壤信息系統(tǒng)”評(píng)價(jià)市政當(dāng)局的環(huán)境問(wèn)題）。城市水土流失的沉積物中每年含有的大量污染物如全磷、氮被帶入河里，嚴(yán)重污染水生環(huán)境，威脅水生生物生存，造成巨大損失。為了控制這種面源侵蝕，沉積池作為一種普遍的措施被提了出來(lái)，尤其是施工面積大于333㎡時(shí)。它是一種水體封閉結(jié)構(gòu)，用于攔截飽含泥沙的徑流，在徑流進(jìn)入未控制環(huán)境之前除去泥沙。沉積池最初用于采礦業(yè)，在主要溢洪道上安裝過(guò)濾器或在乙烯管內(nèi)裝上打孔豎板，使之更好發(fā)揮攔阻泥沙作用，為了使沉積池適用于城市和建筑地域，對(duì)它進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，用稻草或麥桿貼墊做成下跌入口和多級(jí)出口的溢洪道。與此同時(shí)，對(duì)影響沉積池沉積作用的因素也進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，包括沉積池的長(zhǎng)寬比、深度、表面積、入口長(zhǎng)度坡度，徑流的濃度、顆粒大小組成比例，滯留時(shí)間、水溫、風(fēng)力等外部因素。土地利用活動(dòng)通過(guò)改變沉積物、化學(xué)負(fù)荷和流域水文影響水質(zhì)，一些土地利用方式因其生物地理化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生維護(hù)保持作用，當(dāng)溶解、懸浮的養(yǎng)分或沉積物移向下游時(shí)，這些土地利用可以充當(dāng)滯留帶或養(yǎng)分轉(zhuǎn)化帶。當(dāng)森林作為一種轉(zhuǎn)化帶，轉(zhuǎn)化帶內(nèi)森林比例越高，下游河流硝酸鹽含量越低。當(dāng)鄰近河流的土地利用為被動(dòng)方式（如林地和草地），河流水質(zhì)最高；當(dāng)其為非被動(dòng)土地利用（農(nóng)業(yè)用地或城市/建筑區(qū)）時(shí)將對(duì)河流水質(zhì)產(chǎn)生污染。城市土地管理具有目標(biāo)多樣性、景觀呈現(xiàn)自然性以及經(jīng)常性、快速變化的特點(diǎn)。利用GIS聯(lián)合結(jié)果得分值和居住地價(jià)值系數(shù)，可以建立預(yù)報(bào)城市居住地土地管理結(jié)果模型，提供一個(gè)短期內(nèi)廣闊、多變化區(qū)域的生態(tài)上相關(guān)及空間上完整的評(píng)價(jià)，使得土地管理決定對(duì)景觀內(nèi)涵的影響可快速呈現(xiàn)，以便及時(shí)采取補(bǔ)救或減輕措施?；潞湍嗍鞯鹊刭|(zhì)災(zāi)害每年都造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，經(jīng)過(guò)完整的目錄編制，在重復(fù)的地形調(diào)查、土壤孔隙飽和度和肉眼觀測(cè)的基礎(chǔ)上，可以設(shè)計(jì)滑坡不穩(wěn)定區(qū)域的檢測(cè)程序。通過(guò)對(duì)城市區(qū)域不穩(wěn)定斜坡地帶進(jìn)行系統(tǒng)制圖，結(jié)合GIS自動(dòng)制圖方法和自然評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不穩(wěn)定區(qū)域斜坡的有效監(jiān)測(cè)。2.2.2研究手段和方法缺乏科學(xué)性我國(guó)的城市水土保持研究從時(shí)間上可以分為初始階段和發(fā)展階段，以1995年為分界線，在此之前，有關(guān)工作主要以行政命令任務(wù)下達(dá)，表現(xiàn)為被動(dòng)性、零散性，研究手段和方法大都沿襲丘陵山區(qū)水土流失的研究成果，尚未能對(duì)城市水土流失的根本原因和基本規(guī)律進(jìn)行深入研究。1995年以后，我國(guó)的城市水土保持研究步入快速發(fā)展階段，逐步構(gòu)建了城市水土保持的技術(shù)體系，包括：開(kāi)發(fā)平土區(qū)治理措施優(yōu)化配置研究，礦石開(kāi)采場(chǎng)的治理措施和廢棄礦石場(chǎng)、遺留邊坡的治理技術(shù)，邊坡快速生態(tài)綠化技術(shù)的應(yīng)用探索，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案編制技術(shù)，RS和GIS的水土保持監(jiān)測(cè)研究等，開(kāi)展了大量卓有成效的工作，顯現(xiàn)出主動(dòng)性和系統(tǒng)性。3建立水土保持城市管理與評(píng)價(jià)體系地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)為資源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)也為城市水土保持提供了強(qiáng)有力的工具。利用它可以研究城市發(fā)展對(duì)地面徑流和降雨徑流的影響；評(píng)估城市化過(guò)程中地下水質(zhì)的變化；以及評(píng)估城市流域及其支流盆地對(duì)年均徑流和非點(diǎn)源污染的影響等。在我國(guó)，相對(duì)于社會(huì)其它行業(yè)的研制利用，地理信息系統(tǒng)在城市水土保持的應(yīng)用已顯落后，只有一些零星的研究應(yīng)用：建立城市建設(shè)用地與地質(zhì)環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)模型；進(jìn)行城市斜坡穩(wěn)定性空間預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；建立城市地下水GIS管理模型，研究它在城市地下水水位預(yù)報(bào)和地下水開(kāi)采資源量計(jì)算方面的應(yīng)用；進(jìn)行城市生活垃圾管理，探討其在街道清潔、垃圾收集和填埋場(chǎng)選址中的作用；以及進(jìn)行城市地質(zhì)災(zāi)害研究，闡述其在城市地質(zhì)災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、單一地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)、災(zāi)害性地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題管理等方面的應(yīng)用。4強(qiáng)化基礎(chǔ)資料的收集、收集和研究綜上所述，雖然我國(guó)的城市水土保持工作取得了