涪江发源于四川省平武县雪宝顶, 流经平武县、江油市、绵阳、三台县、射洪县、遂宁市、潼南县, 最后于重庆市合川区汇入嘉陵江, 主河全长超过670 km, 流域面积3.64万km²。其中, 涪江上游以高山峡谷为主, 各类地质灾害如泥石流、滑坡、崩塌等均有发育; 中下游以平坝丘陵为主, 主要存在地下水污染、土地质量不佳等环境地质问题。

本文泥石流灾损土地调查范围在涪江上游平武县和北川县境内, 涉及河流包括涪江上游通口河流域、百草河流域、平通河流域、南坝至擂鼓段以及平武县以上干流和火溪河流域, 共计42处。各泥石流灾损土地调查点所在涪江流域位置见图1。

图1

Fig.1

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	图1 涪江流域上游灾损土地调查点位置Fig.1 Field survey location of debris flow disaster areas in the upper reaches of Fujiang River Basin

通过对涪江上游42处泥石流灾损土地调查统计, 发现该区灾损土地利用类型主要为耕地(缓坡/陡坡)、林地(乔木、灌木)、建筑用地3类。其中, 耕地占整个调查区灾损土地利用情况的41.5%, 林地占32.8%, 当地居民建筑用地占12.1%, 其余草地、荒地及其他土地利用类型占13.6%。农耕地利用以种植应季农作物为主, 如玉米、花生、蔬菜等。为充分利用土地资源, 当地居民甚至在泥石流拦挡坝下和排导槽中种植农作物(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 拦挡坝及沟道内土地利用情况Fig.2 Land utilization in the check dam and gully

根据统计的泥石流灾损土地扇形特征参数, 可计算出42处泥石流灾损土地总面积为2.47 km²。通过土地利用情况及前期各灾损土地危险性分析, 计算出42处泥石流灾损土地可利用面积为2.12 km²(含已利用建筑用地等), 占42处灾损土地调查总面积的86%。而涪江上游这样的土地还有很多, 因此, 其潜在可利用面积较高, 开发前景较广阔。

为评价涪江上游泥石流灾损土地资源化利用情况, 选择了土壤肥力、水土保持特性以及工程地质特性3个因素。此次泥石流灾损土地主要为泥石流滩地, 土地利用水热条件较好, 故未作为影响土地利用的因素。根据灾损土地具体情况及泥石流灾害特征, 结合前期泥石流危险性评价^[2], 对上述3个参数进行分级, 半定量确定3个参数与土地利用方式评价方法。

2.1.1 土壤肥力(X₁)

土壤肥力参数众多, 如全氮、全磷、全钾、有机质、速效磷、速效钾等。其中, 有机质含有植物生长所需的丰富养分, 可调节土壤理化性状, 提高土壤保肥性, 是衡量土壤养分的标志性物质, 可作为评价土壤肥力的重要指标。根据全国第二次土壤普查养分分级标准, 土壤养分推荐划分为6级, 本研究通过重新分类, 将其划分为好、良好、一般和差4个等级。根据有机质含量不同进行土壤肥力评价, 并结合土地开发利用初级要求, 按照土壤肥力等级, 初步确定适宜涪江上游泥石流灾损土地的农作物、植物、不可利用土地及荒地土地利用形式(表1)。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 土壤肥力与种植类型 Tab.1 Soil fertility and planting type 土壤肥力X1 有机质含量/% 种植类型 好 > 1.5 农作物 良好 1.1~1.5 耐旱持水树木 一般 0.7~1.1 荒地 差 < 0.7 不可利用

表1 土壤肥力与种植类型 Tab.1 Soil fertility and planting type

2.1.2 水土保持特性(X₂)

水土保持特性是泥石流灾损土地利用又一重要指标, 水土流失程度可反映泥石流滩地可利用潜力和土地利用的可持续性。其中, 颗粒组成会直接影响泥石流灾损土地水土保持特性, 尤其是细颗粒物质。因此, 根据水土流失程度的难易性, 按照细颗粒物质流失比例, 将其划分为好、良好、一般和差4类。以此为基础, 采用流域内水土流失百分含量衡量水土保持, 按水土流失程度划分不同等级, 结合水土保持措施把潜在土地利用类型划分为耕地、林地和建设用地等(表2)。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 水土保持特性与土地利用类型 Tab.2 Soil and water conservation and land utilization type 水土保持特性X2 水土流失比例/% 土地利用类型 好 < 20 建设用地 良好 20~40 耕地、交通用地 一般 40~60 林地 差 > 60 不可利用

表2 水土保持特性与土地利用类型 Tab.2 Soil and water conservation and land utilization type

2.1.3 工程地质特性(X₃)

泥石流堆积区灾损土地是山区居民主要的生产、生活场所, 因此灾损土地的工程地质特性会直接影响山区居民的房屋建设和生产活动。灾损土地工程地质特性复杂, 其中土地地基承载力是一项重要的定量指标, 可直接反映灾损土地的土体强度。在山区, 一般情况下房屋等建筑物的地基承载力为100~260 kPa。因此, 可选择地基承载力作为衡量灾损土地工程地质特性的指标, 根据承载力大小划分为好、良好、一般、差4类(表3)。其中, 地基承载力越大, 可用建设类型重要性越高, 承载力越小, 则不建议作为建设用地。承载力主要针对泥石流新近堆积层, 通过现场对土地地基承载力进行测试, 确定建设用地适宜性。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 工程地质特性与建筑类型 Tab.3 Engineering geology capacity and building type 工程地质特性X3 地基承载力/kPa 建设类型 好 > 260 重要基础设施 良好 100~260 居民建筑 一般 70~100 水窖水池 差 < 70 不可利用

表3 工程地质特性与建筑类型 Tab.3 Engineering geology capacity and building type

灾损土地资源化利用评价指标确定后, 需对土壤肥力、水土保持特性和工程地质特性3个因子进行量化分级(表4), 进而获得涪江流域灾损土地利用潜力的评价方法。

表4

Tab.4

表4(Tab.4)

表4 土地资源化利用潜力参数分级 Tab.4 Parameter grading of potential land utilization 评价因子 资源化利用潜力分级量化值 4(好) 3(良好) 2(一般) 1(差) 土壤肥力X1 > 1.5 1.1~1.5 0.7~1.1 < 0.7 水土保持特性X2 < 20 20~40 40~60 > 60 工程地质特性X3 > 260 100~260 70~100 < 70

表4 土地资源化利用潜力参数分级 Tab.4 Parameter grading of potential land utilization

为确定各个评价因子的权重, 构造以下矩阵,

A=aij1351/3131/51/31, (1)

式中: A为灾损土地资源化评价方法矩阵; aij为评价因子, 此处i、j取1、2、3。

通过分析计算, 确定泥石流灾损土地的土壤肥力、水土保持特性和工程地质特性的权重系数分别为: 0.63, 0.26, 0.11。通过检验该矩阵的最大特征根, 3个因子权重系数基本合理, 因此, 可采用以下方法来评价涪江上游灾损土地资源化利用模式,

P=0.63X1+0.26X2+0.11X3。 (2)

式中: P为灾损土地资源化评价方法; X1、X2、X3分别为土壤肥力、水土保持特性和工程地质特性。

据此可将评价结果分为4级: 灾损土地资源化利用潜力程度低(0~1)、灾损土地资源化利用潜力程度较低(1~2)、灾损土地资源化利用潜力程度中等(2~3)和灾损土地资源化利用潜力程度高(3~4)。

根据上述评价方法, 对前期调查的42处泥石流灾损土地利用模式进行评价, 评价结果见表5。

表5

Tab.5

表5(Tab.5)

表5 灾损土地资源化利用评价结果 Tab.5 Evaluation result of the debris flow disaster areas 评价结果 统计指标 数量/个 数量占比/% 低 1 2.38 较低 12 28.57 中等 25 59.52 高 4 9.52 合计 42 100.00

表5 灾损土地资源化利用评价结果 Tab.5 Evaluation result of the debris flow disaster areas

从表5可知, 涪江上游泥石流灾损土地可利用潜力主要以中等和较低程度为主, 占调查总数的88.09%, 表明涪江上游泥石流灾损土地资源具有较大的开发潜力。

黄家坝位于老北川县城东北方向10 km处, 泥石流堆积扇正对湔江和都坝河交汇处。受地质构造和地震影响, 黄家坝后方发育2条泥石流沟, 分别为青地沟和黄家坝沟。2010年以来, 针对黄家坝泥石流灾害频发状况, 当地政府进行了泥石流防治工程治理和土地整治, 目前黄家坝灾损土地利用程度较高。因此, 以黄家坝村落型灾损土地利用为例, 结合前期泥石流危险性分析及灾损土地利用评价方法, 将黄家坝泥石流堆积区进行分类, 得到4种土地利用模式, 具体流程见图3。

图3

Fig.3

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	图3 土地利用模式流程Fig.3 Workflow of land utilization mode

针对目前黄家坝村落型灾损土地利用情况, 得出4种灾损土地利用模式。

(1)村落聚集优化区模式。已有民用建筑区及地基承载力较好(承载力达到100 kPa以上)的潜在民用建筑区等。

(2)现代农业耕作区模式。土地坡度相对平缓, 土壤肥力评价(如有机质含量达到1.5%)较高的区域。

(3)水土保持缓冲区模式。泥石流规模越大, 堆积区覆盖面积越大, 以100 a一遇泥石流暴发频率下泥石流规模为依据, 其覆盖范围, 尤其是堆积扇主沟两侧可作为水土保持缓冲区域。

(4)工民建设潜力区模式。堆积扇上土壤肥力一般、位置适宜、相对安全的区域可作为工业、民用建筑用地区域。

根据上述定性和半定量的定义, 按照充分利用土地的原则, 黄家坝土地利用模式可表示为图4。

图4

Fig.4

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	图4 涪江流域典型小流域黄家坝灾损土地利用模式Fig.4 Land utilization mode of debris flow disaster areas in Huangjiaba, a typical small watershed of Fujiang River Baisn

根据黄家坝各灾损土地利用模式, 提出4点建议。

(1)村落聚集优化区模式。针对已有建筑区, 可保持现状或根据美丽乡村计划重新规划; 对于潜在民用建筑区, 可根据实际需求, 测试地基承载力条件, 合理进行乡村布局(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 村落聚集优化区Fig.5 Village gathering and optimization area

(2)现代农业耕作区模式。根据测试, 黄家坝堆积区扇缘土壤肥力较好, 但由于靠近湔江, 有被湔江冲毁淹没的风险, 故可将此区域设置为应急农作物和经济作物种植区。结合当地条件规划土地, 种植时令蔬菜, 在区域周围种植观赏植物或经济植物(图6)。

图6

Fig.6

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	图6 现代农业耕作区Fig.6 Modern agriculture area

(3)水土保持缓冲区模式。根据目前比较成熟的中小流域山洪、泥石流计算, 以100 a一遇(p=1%)、50 a一遇(p=2%)和20 a一遇(p=5%)泥石流暴发频率为基础, 以前期泥石流泥深、流量为依据^[2], 划分泥石流堆积区危险范围。将1%~2%涉及区域种植观赏乔木, 2%~5%涉及区域种植灌木、开设道路(乡道)或者设置廊道, 5%以内区域留足泥石流过流通道, 按实际情况修建泥石流排导槽、导流堤等工程, 确保泥石流堆积区安全、稳定(图7)。

图7

Fig.7

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	图7 水土保持缓冲区Fig.7 Water and soil conservation area

(4)工民建设潜力区模式。此处工民建设主要考虑的是基础设施, 如村道、管线和厂房等。在泥石流危险性评估基础上, 通过采样测试, 取土壤肥力较差、地形相对平缓、地形坡降在20‰ ~100‰ 的区域, 结合乡村规划发展, 开设厂房, 如养猪场、养鸡场、沙场等, 促进乡村经济大发展(图8)。

图8

Fig.8

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	图8 工民建设潜力区Fig.8 Potential civil construction area

此外, 山区泥石流灾损土地开发利用过程中仍需注意: ①加强规划及防治。泥石流灾损土地受泥石流灾害的潜在危害, 其开发利用存在一定的风险, 因此, 需做好前期规划并确定土地利用模式, 有针对性地设置泥石流防治工程, 最大限度降低泥石流风险。②科学合理利用泥石流灾损土地。改良灾损土地土壤肥力, 如增施肥料等, 利用先进生产技术, 探索适合当地的生物物种, 实现灾损土地利用最大化。③提高当地群众的防灾意识。针对具体泥石流灾损土地, 根据泥石流风险和水土保持缓冲建议, 提高当地群众防范泥石流等灾害的意识, 最大限度预防并减轻泥石流灾害造成的损失。

山区泥石流灾损土地大小不一, 水热条件各不相同, 应具体情况具体分析, 采取科学、合理的措施, 提高土地利用效率, 促进当地生态、经济可持续发展。