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1第二章水土保持基本原理《水土保持原理与技术》水文水资源学院2一、水土流失带性规律二、水沙平衡原理三、生态经济学原理四、生态学原理五、可持续发展原理本章主要内容自然地理要素的带性规律与地域分布，导致了水土流失成因、类型及侵蚀强度等不同，使得水土流失呈现地带性规律。掌握水土流失带性规律，是因地制宜进行水土保持工作的前提。一、水土流失带性规律1.自然地理环境的地域分异规律地域分异：是指自然地理环境各组成要素或自然综合体沿地表按确定的方向有规律地发生分化所引起的差异。形成地域分异的两种基本因素：太阳辐射和地球的内能。地域分异的两个基本规律：地带性和非地带性。地带性：包括纬向地带性、经向地带性和垂直地带性。非地带性：由地球内能作用而产生的海陆分布、地势起伏等区域性分异。（1）纬向地带性自然地理环境各组成要素或自然综合体沿纬线方向具有相似的属性和组合特征。（2）经向地带性自然地理环境各组成要素或自然综合体按经线方向由海洋向内陆变化的规律。（3）垂直地带性由于海拔高度的差异引起的自然景观的垂直递变规律。2、土壤侵蚀的地理分布（1）地表水热状况与外营力地表水热状况不同，决定了不同性质的外营力作用及其强度。土壤侵蚀的过程：风化、剥蚀、搬运和沉积土壤侵蚀与地表水热状况是分不开的：高温少雨地区，风化作用以物理风化为主，风蚀严重；高温多雨区，化学风化为主，水力侵蚀活跃；低温少雨区，风蚀为主。（2）侵蚀的地带性规律有三个气候侵蚀带：冰雪气候侵蚀带：气候特点是降雪量大于消融量，形成冰川、或融水下渗，结成冻土，以冻融侵蚀为主；湿润气候侵蚀带：气候特点是气温较高，降水量大于蒸发量，多余的水渗入地下成为潜水或地下径流，未渗入地下的水形成地表径流，以水力侵蚀为主；干旱气候侵蚀带：在地面蒸发量大于降水量的地区，空气十分干燥，植被生长受到限制，风力作用极为强烈，形成风沙流破坏地表，以风力侵蚀为主。全国土壤侵蚀图湿润气候侵蚀带干旱气候侵蚀带冰雪气候侵蚀带我国水土流失分布1.水量平衡（waterbalance）任意时刻，任何区域收入（或输入）的水量和支出（或输出）的水量之差，一定等于该时段内该区域储水量的变化。I=O+⊿W给定时段内输入区域的各种水量之和(1)原理区域内给定时段内储水量的增量，⊿W=W2-W1（W1、W2为给定时段始、末的储水量）给定时段内输出的各种水量之和二、水沙平衡原理(2)通用水量平衡方程（区域水量平衡方程）单位：深度（mm）体积（m3）ERs′⊿WPRsRgRg′降水量经地表流入的径流量计算时段内蓄水增量经地下流入的径流量经地表流出的径流量蒸发量－凝结量＝净蒸发量经地下流出的径流量P+Rs+Rg=E+Rs’+Rg’+⊿W(3)闭合流域水量平衡方程RsRgERs′⊿WPRg′=0=0多年平均：P=E+Rs’+Rg’P=E+Rs’+Rg’+⊿W2.容许土壤流失量（T值）(1)概念小于或等于成土速率的年土壤流失量。对于坡耕地，是使作物在长时期内能经济、持续稳定地获得高产而允许的年最大土壤流失量。(2)T值范围美国依据满足作物生长需要的土层深度、流失区域大小、保证下游的安全等条件确定不同情况的T值。一般来说，耕地土层深厚且剖面土壤肥力接近的情况下，容许流失量可大些；对于土层薄、少量侵蚀即会显著降低生产力的情况，其值要低。我国采用的T值我国根据有效土层厚的抗蚀年限，划分出土壤潜在侵蚀危害程度。显然，无险型土壤抗蚀年限最长，容许流失量可大些；极险型和毁坏型，容许流失量应取最小值。在《水土保持技术规范》中，明确提出：在不同成土条件下，容许流失量T值分别采用200t／(km2·a)、500t／(km2·a)和1000t／(km2·a)。3.冲淤平衡(1)泥沙的运动悬移质泥沙：悬浮于水中并随之运动推移质泥沙：受水流冲击沿河底移动或滚动河床质泥沙：相对静止而停留在河床上悬移溶移跃移推移(2)几个概念含沙量(Cs,kg/m3)单位体积内所含干沙的质量。输沙率单位时间流过河流某断面的干沙质量(kg/s)日平均输沙率、年平均输沙率、年输沙量水流挟沙力一定水流条件下，河床处于不冲不於平衡状态时，单位体积水流挟带（悬移质）泥沙的数量（Kg/m3）。(3)纵向平衡就是来水含沙量与河（沟）段或渠段挟沙能力的平衡。（1）不冲不淤平衡：既不发生冲刷，又不产生淤积。（2）冲淤平衡：冲刷量等于淤积量（动态平衡）。断面平衡就是床面上水流的作用流速，与床面土质的抗冲能力，以及断面内的横向输沙，都能互相平衡，不致引起断面形状的改变。(4)断面平衡三、生态经济学原理1、定义生态经济学以生态学原理为基础，经济学理论为主导，以人类活动为中心，围绕着人类经济活动与自然生态之间相互发展关系这个主题，研究生态系统和经济系统相互作用所形成的生态经济复合系统，研究其矛盾运动中发生的生态经济问题，阐明它们产生的生态经济原因及解决的理论原则，从而揭示生态经济运动的发展的客观规律。在国外：生态经济学是在50年代末和60年代迅速兴起。在中国：它兴起于20世纪70年代至80年代初按地域大小分:国土生态经济系统;区域生态经济系统;庭院生态经济系统；流域生态经济系统。流域既是一个完整的地形单元，又是一个水文单元，还是一个生态经济系统.水土流失的综合防治要将流域作为一个开放的生态经济系统进行分析、评价、调控和经营管理。流域（或区域）生态经济系统：是由流域生态系统和流域经济系统相互交织而成的复合系统。2、生态经济系统组成（1）组成要素流域生态经济系统人口环境资源资金科学技术物资（2）组成要素的结合结合的动力人类的需求结合的渠道投入产出渠道结合的手段科学技术手段人类要求大体三个阶段：1.单纯生存需求；2.物质享受；3.优美环境在内的全面需求。（3）自然、经济及人口再生产的统一自然再生产:自然的再生产过程。人口再生产:从生态意义来看，是种群的再生产；从社会经济意义来看，是劳动力的再生产。经济再生产:是人类有目的的生产经营活动。它是以一定的生产关系联系起来的人们通过利用自然物质而创造物质财富的过程。(2)网络结构流域生态经济系统各要素之间的相互结合，不仅是点的结合和单链条上的结合，而且是纵横交织的网络结合。(3)立体结构流域生态经济系统的结构，有明显的三维空间特征。流域生态经济系统是一个远离平衡状态的开放系统，由于远离平衡状态，系统就需要不停的物质、能量、信息的交换来趋于或维持一定的动态平衡，在这一复杂的运动变化中，系统内部不同元素之间存在着非线性的机制。(1)有序的耗散结构3、生态经济系统的结构4、生态经济系统的功能生态经济系统的生产和再生产过程是物流、能流、信息流和价值流的交换和融合过程。因此，生态经济系统具有物质循环、能量流动、信息传递、价值增殖四大功能。5、生态经济系统的平衡基本特性：结构平衡、机制平衡和功能平衡定义：是保持生态平衡条件下的经济平衡，是生态平衡与经济平衡有机结合、相互渗透的矛盾统一体，是在“自然选择”与“人工选择”的进化过程中，水土保持的生态目标和经济目标处于统一的平衡状态。平衡模式：●稳定的生态经济平衡模式●自控的生态经济平衡模式●优化的生态经济平衡模式四、生态学原理1.生态环境脆弱带原理2.恢复生态学原理3.景观生态学原理水土保持是生态环境建设的主体，生态学原理中，与水土保持关系密切的有以下几方面内容：1、生态脆弱带原理定义：指在生态系统中，处于两种或两种以上的物质体系、能量体系、结构体系、功能体系之间所形成的界面，以及围绕该界面向外延伸的空间过渡带。类型：城乡交接带、干湿交替带、农牧交错带、水陆交接带、森林边缘带、沙漠边缘带等。界面生态学（1）山地平原过渡带我国山地平原过渡带分为两种：我国三级阶地第一级台地由青藏高原，海拔4000-5000m，第二级台地海拔2000-1000m，第三级台地海拔200-300m；山地平原过渡带第一种分布在第一、二级台阶与第二、三级台阶的陡坎地带，如昆仑山－塔里木盆地、祁连山－河西走廊、大兴安岭－东北平原、豫西山地－江汉平原等。第二种分布在台阶内部。其脆弱性表现为：内、外力作用较强，对内、外力的抵抗能力较低，存在较大的高度梯度，常形成特殊的热力和动力条件，易形成暖区暖带和暴雨中心。如驻马店位于秦岭－黄淮平原过渡带，多为暴雨中心。由于山地平原过渡带降水较多，地形高差大，坡度陡，水土流失较为严重，如黄土高原、陕北高原等。（2）农牧交错带东部农区与西部牧区接触处为半农半牧区，其农业用地和牧业用地呈插花状分布，称为农牧交错带。农牧交错带的气候指标：年降水量400mm的保证率25％左右、年湿润度0.3；农业指标，旱作农业分布、受风蚀沙化的耕地面积、农牧业比重等。农牧交错带是范围较大的带状。分界呈一带状，50～350km。农牧交错带的生态系统非常脆弱：降水少，植被稀疏，保水保土作用很弱，较小的外界干扰即可使系统崩溃，诱发荒漠化发生；气候干旱变化与人类不合理的活动是交错带生态系统崩溃和发生荒漠化的诱因，如过度放牧、过度农垦、采樵等。生态脆弱带特点：（1）是多种要素之间的转换区，各要素相互作用强烈，常是非线性现象显示区，突变的产生区，生物多样性的出现区；（2）抗干扰能力弱；（3）变化速度快，空间迁移能力强。山地平原过渡带山地平原过渡带农牧交错区2、恢复生态学原理（1）定义：是研究生态系统退化的原因、退化生态系统恢复与重建的技术与方法、生态学过程与机理的科学。恢复生态学包括基础理论和应用技术两大研究领域。基础理论研究包括：（1）生态系统结构、功能以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制；（2）生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生产力、恢复力与可持续性研究；（3）先锋与顶级生态系统发生、发展机理与演替规律研究；（4）不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制研究；（5）生态系统退化的景观诊断及其评价指标体系研究；（6）生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测研究；（7）生态系统健康研究。应用技术研究：（1）退化生态系统的恢复与重建的关键技术体系研究；（2）生态系统结构与功能的优化配置与重构及其调控技术研究；（3）物种与生物多样性的恢复与维持技术；（4）生态工程设计与实施技术；（5）环境规划与景观生态规划技术；（6）典型退化生态系统恢复的优化模式试验示范与推广研究。（2）退化生态系统退化生态系统：病态的生态系统，是指在自然因素、人为因素干扰下，导致生态要素和生态系统整体发生不利于生物和人类生存的量变和质变，生态系统结构和功能发生与原有的平衡状态或进化方向相反的位移。具体表现为：生物多样性下降，稳定性和抗逆能力减弱，系统生产力下降。退化原因：自然干扰和人为干扰。自然干扰包括全球环境变化（如气候变暖）、地质地貌过程（如火山爆发、地震、滑坡、泥石流等）、区域气候变化。人为干扰：社会、经济、文化活动（如工业化、城市化）。人为干扰叠加在自然干扰之上，共同加速生态系统的退化。某些干扰对生态系统不仅造成静态压力，而且会产生动态压力。干扰可破坏或毁灭环境和生态系统中的某些组分，造成系统资源短缺和某些生态学过程或生态链的断裂，导致整个生态系统的崩溃。（3）恢复与重建通过一定的生物、生态以及工程的技术方法，人为地改变和切断生态系统退化的主导因子或过程，调整、配置和优化系统内部及其与外界的物质、能量和信息的流动过程，使系统的结构、功能和生态学潜力恢复到一定的或原有的水平。一般由人工设计和进行的，在生态系统层次上进行，分为：自然恢复和人为恢复。生态恢复与重建的难度与时间与生态退化的程度、自我恢复能力以及恢复方向有关。在不同地区生态系统恢复的能力不同，恢复时间也不同，即生态系统的自然恢复存在地域差异。在温暖潮湿气候下，自然恢复速度快，而在寒冷干燥气候条件下，自然恢复速度慢。（4）退化生态系统恢复的基本目标1）实现生态系统的地表基底（地质地貌）稳定性；2）恢复植被和土壤，保证一定的植被覆盖和土壤肥力；3）增加种类组成和生物多样性；4）实现生物群落恢复，提高生态系统生产力和自我维持能力；5）减少或控制环境污染；6）增加视觉和美学享受。（5）退化生态系统恢复与重建的基本原则一般包括