城市水土流失的原因及防治对策

城市水土流失的原因及防治对策

城市水土流失是指城市建设中因人工活动，如建设用地开发、采矿开采、道路建设、桥梁、排水、市政废物处理等引起的水土流失。包括形成、诱导和激励。城市水土流失由于其特殊性，所造成的危害尤为严重：破坏生态环境、造成生命财产巨大损失、影响人民生活并危害其身心健康、阻碍和制约城市社会经济的发展。城市水土流失造成的一系列问题引起了人们的高度关注，对此展开了广泛和深入的研究。1城市保护现状1.1建立城市水源保护机构,完善生态水系，以增加水源发达国家城市化发展和扩张的时间较早，为了应对和改善城市化带来的水土资源的破坏恶化问题，他们开展了大量相关的工作，采取了一系列关于城市水土保持知识教育、团队建设、法律保障、增加水分渗透、合理节水灌溉和河流恢复等方面的措施。搞好水土保持首先需要提高民众的水土保持意识，获得民众积极支持和参与，如何专业有效地传授水土保持知识就成为一个关键：了解听众的兴趣、关注的问题和自然资源背景知识，根据其知识水平采取适当施教方式；由具教学经验的学者担任教员；任命水土保持教育顾问，向学校提供教学设施；对教师进行培训，由教师讲授水土保持知识。团队工作是水土保持事业成功的一种重要方式，通过它资源管理者可以充分利用外界人员的才能，拓宽项目的支持基础，团队成员可以贡献知识、时间、才能甚至财政资源，建立一支有效的水土保持队伍包括吸纳合适的人员、确立共同的目的、制定可实现的目标、建立共同分担的领导阶层、建立一个灵活的组织、充分利用各个成员才能、理解成功或失败、明白进行协作的合适时间等。土地清除、发展所造成的土壤侵蚀每年都有大量的泥沙沉积于河道，社会和经济成本剧增，在美国，联邦、州和地方环境项目中就侵蚀和沉积控制问题通过了多项立法，要求进行土地清除必须制定侵蚀及沉积控制计划。1972年，美国联邦政府颁布了发展侵蚀和沉积控制计划的《联邦水污染控制决议》（FWPCA）修正案，要求各个州发展包含侵蚀控制实践的区域计划，并在其中详述如何控制非点源污染问题。1987年7月，所有州都颁布了侵蚀和沉积控制法令，交由警察管辖。地方政府侵蚀和沉积控制法规或法令为独立法令或应州立法要求而颁布，其对土地清除程序、侵蚀控制计划的规范和指导方针等方面进行了详细的规定。城市的发展不仅加剧与洪水径流相关联的危险，而且给由枯水期水流支撑的资源造成伤害，洪水管理既要考虑洪峰水量也要考虑枯水径流，既要考虑地表可见水道也要考虑地下土壤水分的长期蓄存。渗透池应洪水管理的需要而出现，它是在地上挖成洞穴以容纳流入其中的径流，直到径流被吸收。渗透池有多种类型：开口敞开的“干燥”池子———暴雨过后完全流空并在较小背景水流期间保持干燥，适用于具有充足开阔空间和平坦的泥地或草地区域；具有相对稳定水平面的永久性池子，通过挖掘地面使池底直达底下水面建造而成；有着波动水面或拥有偶尔滞留水的临时大池子，在天然湿地植物适应水面波动的地方形成；还有建于地下的池子，它可以渗透大部分流入其中的径流因其保护水分免遭蒸发，建于平坦、上面铺陈的地域如大块草坪地带。除了形成洪水的阻滞系统，渗透池还有助于地下水和河流基流补充，水质净化、水生生物生存、娱乐、美学和水源供应等。城市绿地灌溉用水每年都消耗了大量水源，BartonEAmbrose提出了进行城市水资源管理即如何合理利用并减少灌溉用水的有效途径：首先组建一个由水源管理和技术咨询人员组成的工作小组。其次是对有关管理领导和进行日常灌溉的工作人员进行培训。根据存在的问题，整理编发“城市水源使用者灌溉水管理手册”，向管理领导阐明城市绿地水源保护范围，及改善这些地方水源管理及其原因，提供判断管理优、劣的比较基础；也为工作人员评价现行状况并为特定地点制定管理改善计划提供技术指导。同时还编写了土壤灌溉指导，利用土壤调查数据为使用者提供本地区各种土壤名称、质地、持水能力和吸水率，使用者可以据此决定设计所要使用的土壤及质地。在城市区域，河流代表着潜在的野生生物的走廊、完整生态系统的湿地增殖者、景观资源、靠近居住区的休闲娱乐设施以及邻近地区与公园的绿色纽带。为了改善河流的生态环境，利用土地利用设计、地貌形态、植被和修建材料等景观设计观点进行河流修复，包括：(1)走廊保留。保留走廊使得生长植被的河滨地带能够容纳河流天然的蜿蜒曲折、沉积、退化和越堤的水流。(2)河岸治理。通过硬化措施、植被覆盖和水流偏向等对河道交叉部位形状、稳定性和生物栖息地产生影响。(3)地貌恢复。措施包括降低河道，弯曲内部坡度、种植林木、利用大块石等改善栖息地和景观构造。(4)梯级控制。梯级控制构造是用永久性材料做成的水平阶槛、堰或跌水，用于防止或减轻河床切割侵蚀。另外，国外在城市水土保持资金的筹集、管理，都市野外用火管理及都市森林火灾的防范等方面也做了相当的工作。1.2相对系统全面阶段2002年至今改革开放以来，我国城乡经济得到迅速发展，城市化步伐明显加快，随着城镇建设和经济的进一步发展，城市水土流失也日益加剧。直到1990年代中期，城市水土流失的防治工作才进入相对系统全面阶段。1996年第一次全国城市水土保持工作会议的召开标志着城市水土保持工作在我国全面展开，全国各个城市陆续开展了与此相关的工作，在城市水土保持的管理模式（规划、机构与立法、监督、项目设计与监理等）、功能和目标等方面进行较为深入的探索，提出了一系列防治城市水土流失的措施，但尚停留在较粗放的层次上，缺乏科学先进的技术支持及手段方法。同时，全国开展了重点城市水土保持试点工作，积累城市水土保持工作经验，进一步加强城市水土保持预防治理监督和研究，引领全国城市水土保持工作向纵深发展。2城市水土流失的主要生态水系城市水土保持的范畴比城市水土流失更为广泛，不仅针对城市化建设过程中新的水土流失，还包括对原有侵蚀环境的整治和城市周围地区的水土保持和环境的绿化和美化。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发展伴随着人类对自然界作用的加强，同时也对自然环境造成了巨大的影响。城市扩张和发展过程中引发的水土资源污染和破坏已成为一种普遍现象，对城市水土流失及其后果的研究，主要集中在以下几个方面。(1)城市水文水质。城市的发展引发城市水文变化，包括城市径流影响下河流流量增加与流速加快，及因水流行进系统、不断增加的不透水表面导致的水流特征的时间调整变化。城市不透水表面覆盖的增加引起与其相关联流域物理、化学和生物的退化，其面积的持续扩大，造成地面径流量增加，使得用于有效排泄暴雨水流的河流系统管道化，河流的管道化不仅导致洪水频率、洪水量的增加以及枯水径流的减少，而且危害城市河流的物理栖息地，减少底层和河道多样性，同时增加了河道切割、河床侵蚀和沉积作用。一个城市的城市化程度越高，地表径流量增大的可能性越大，发生洪水的倾向越大。城市水土流失不仅使城市街道径流和下游河流金属浓度增高，也使城市河流中固体溶解物、基本阳离子、碱度、硫酸盐和氯化物浓度升高。不恰当的排水设施、点状卫生设施、废水处理设备等污染控制措施使河流生物化学需氧量和大肠菌总量增加，溶解氧水平下降；受到污染的地表水将对城市地下水质产生进一步的污染，城市的发展程度越高，人口密度越大，地下水中的硫酸盐和硝酸盐浓度越高，下水道、废弃掩埋垃圾场、废物垃圾堆和废弃水井污水的渗透都会对城市地下水质产生影响。(2)城市土壤。城市水土流失的干扰破坏会使土壤丧失可持续性或完全消亡。人类活动（燃料燃烧，未加控制的固体废物处理、家庭与农业企业排放液体废物）、城市（工业排放、交通、废物处理、加热工厂等）的大气颗粒沉积、河水洪水泛滥淤积等造成重金属在城市和工业区内农业用地表土中高度富集。城市活动也使城市道路和路边土壤受到金属污染。由于密集的交通、废物的处理、排污管道的泄露，城市区域土壤较农村土壤多种重金属呈中、高度污染。不断加重的城市土壤污染向人们提出了建立系统、连续的重金属和其它污染物监测机制的必要性和紧迫性。(3)城市水土流失沉积。城市化带来的沉积物降低了河道、水沟和水库的行洪控洪能力、毁坏浅滩水塘、使河床类型单一，中断鱼类繁衍、减低物种多样性并减少水生生态系统的生物量。不同发展水平流域河流沉积物中痕量金属浓度不同，城市工业流域要比郊区和森林的高2～10倍。城市河流中新堆积的表面沉积物较之下层金属的浓度显著提高，随不同季节有所差异，干旱季节比雨季高，且其浓度沿下游递增。在亚热带沼泽系统中，由农业、居民家庭和工业活动所排放的大量营养加重了沼泽的富营养化，由于有机物的分解，沉积物中总磷、有机碳和总氮含量随深度呈指数下降。2.1.2城市水土流失概况及等级划分的探讨在我国，快速城市化带来一系列的城市水土流失问题引起了有关专家学者的高度重视。相关的试验研究包括以下几个方面：城市水土流失的特点（以人为水土流失为主、土壤侵蚀强度大、危害严重和治理费用高等）；城市水土流失的危害（污染破坏生态环境、影响人们的生活与身心健康及城市的经济建设和发展）；城市水土流失的成因（基建和固体垃圾等的弃土弃渣弃物、煤尘沉降和风蚀尘落等）；城市水土流失强度等级划分的探讨（根据植被覆盖率、斜坡高差和平台面积等不同分为三级：Ⅰ级较少、Ⅱ级一般和Ⅲ级严重）；城市开发建设过程中侵蚀部位如堆土和切土部分的侵蚀特征、侵蚀强度的试验研究（提出堆切土使坡面系统的坡度、侵蚀基准面等发生巨大变化，促使侵蚀量成数学函数增加）。2.2城市土壤科学研究2.2.1沉积池城市土地管理的应用对城市土壤基本情况进行全面清楚的了解是城市水土保持的基础，开展城市土壤信息系统的研究成为非常必要的工作，包括目标的确立（(1)发展城市区域土壤数据获取方法和评估此数据的方法；(2)发展城市“土壤信息系统”的信息能被当地政府利用的方法）、数据的获取（(1)用于因素分析的土壤相关数据的收集、标准化、数字化及保存于文字数字和图层数据库；(2)确定多种信息标准的交集即土壤影响因素）以及相关的工作（A.城区土壤影响因素的因素分析；B.城市土壤制图方法的研究；(3)为土壤信息系统提出一个概念；(4)利用“土壤信息系统”评价市政当局的环境问题）。城市水土流失的沉积物中每年含有的大量污染物如全磷、氮被带入河里，严重污染水生环境，威胁水生生物生存，造成巨大损失。为了控制这种面源侵蚀，沉积池作为一种普遍的措施被提了出来，尤其是施工面积大于333㎡时。它是一种水体封闭结构，用于拦截饱含泥沙的径流，在径流进入未控制环境之前除去泥沙。沉积池最初用于采矿业，在主要溢洪道上安装过滤器或在乙烯管内装上打孔竖板，使之更好发挥拦阻泥沙作用，为了使沉积池适用于城市和建筑地域，对它进行了结构的改进，用稻草或麦杆贴垫做成下跌入口和多级出口的溢洪道。与此同时，对影响沉积池沉积作用的因素也进行了大量的研究和实践，包括沉积池的长宽比、深度、表面积、入口长度坡度，径流的浓度、颗粒大小组成比例，滞留时间、水温、风力等外部因素。土地利用活动通过改变沉积物、化学负荷和流域水文影响水质，一些土地利用方式因其生物地理化学转化过程对水质产生维护保持作用，当溶解、悬浮的养分或沉积物移向下游时，这些土地利用可以充当滞留带或养分转化带。当森林作为一种转化带，转化带内森林比例越高，下游河流硝酸盐含量越低。当邻近河流的土地利用为被动方式（如林地和草地），河流水质最高；当其为非被动土地利用（农业用地或城市/建筑区）时将对河流水质产生污染。城市土地管理具有目标多样性、景观呈现自然性以及经常性、快速变化的特点。利用GIS联合结果得分值和居住地价值系数，可以建立预报城市居住地土地管理结果模型，提供一个短期内广阔、多变化区域的生态上相关及空间上完整的评价，使得土地管理决定对景观内涵的影响可快速呈现，以便及时采取补救或减轻措施。滑坡和泥石流等地质灾害每年都造成了重大的人员伤亡和财产损失，经过完整的目录编制，在重复的地形调查、土壤孔隙饱和度和肉眼观测的基础上，可以设计滑坡不稳定区域的检测程序。通过对城市区域不稳定斜坡地带进行系统制图，结合GIS自动制图方法和自然评估方法，实现对不稳定区域斜坡的有效监测。2.2.2研究手段和方法缺乏科学性我国的城市水土保持研究从时间上可以分为初始阶段和发展阶段，以1995年为分界线，在此之前，有关工作主要以行政命令任务下达，表现为被动性、零散性，研究手段和方法大都沿袭丘陵山区水土流失的研究成果，尚未能对城市水土流失的根本原因和基本规律进行深入研究。1995年以后，我国的城市水土保持研究步入快速发展阶段，逐步构建了城市水土保持的技术体系，包括：开发平土区治理措施优化配置研究，矿石开采场的治理措施和废弃矿石场、遗留边坡的治理技术，边坡快速生态绿化技术的应用探索，生产建设项目水土保持方案编制技术，RS和GIS的水土保持监测研究等，开展了大量卓有成效的工作，显现出主动性和系统性。3建立水土保持城市管理与评价体系地理信息系统的出现为资源管理、环境监测也为城市水土保持提供了强有力的工具。利用它可以研究城市发展对地面径流和降雨径流的影响；评估城市化过程中地下水质的变化；以及评估城市流域及其支流盆地对年均径流和非点源污染的影响等。在我国，相对于社会其它行业的研制利用，地理信息系统在城市水土保持的应用已显落后，只有一些零星的研究应用：建立城市建设用地与地质环境协调性评价模型；进行城市斜坡稳定性空间预测预报；建立城市地下水GIS管理模型，研究它在城市地下水水位预报和地下水开采资源量计算方面的应用；进行城市生活垃圾管理，探讨其在街道清洁、垃圾收集和填埋场选址中的作用；以及进行城市地质灾害研究，阐述其在城市地质灾害综合危险性评价、单一地质灾害评价、灾害性地质环境问题管理等方面的应用。4强化基础资料的收集、收集和研究综上所述，虽然我国的城市水土保持工作取得了