張 鴻,馬 濤,張進(jìn)朝,石東凱,張衛(wèi)東,宋承禮

(西平縣水利局,河南 西平 463900)

水土保持術(shù)語是水土保持的理論基礎(chǔ),對水土保持相關(guān)工作具有指導(dǎo)性。2006年頒布的《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)在滿足水土保持階段性工作方面起到了積極作用,但隨著社會的發(fā)展及人們對環(huán)境需求的不斷提高,對水土保持工作特別是“水的損失”概念也提出了新的觀點(diǎn)和要求[1］。

“水的損失”是水土流失造成危害的表現(xiàn)形式。該概念在指導(dǎo)水土保持生產(chǎn)實(shí)踐過程中發(fā)揮了積極的作用,但隨著經(jīng)濟(jì)社會和學(xué)科的不斷發(fā)展,特別是在國家生態(tài)文明建設(shè)及《中華人民共和國水土保持法》修訂頒布的背景下,該概念已不能完全適應(yīng)水土保持內(nèi)涵和外延的發(fā)展,需要進(jìn)行科學(xué)研究界定[2］。

根據(jù)《國家標(biāo)準(zhǔn)管理辦法》,按照國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會推出的標(biāo)準(zhǔn)化工作十項(xiàng)新舉措要求,有必要對《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)進(jìn)行修訂,科學(xué)界定“水流失”的概念,為完善水土保持基礎(chǔ)理論,滿足新時(shí)代水土保持工作新要求打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)狀分析

水土流失屬水土保持學(xué)科概念,國內(nèi)外對水土流失解釋均不一致,使水土保持工作實(shí)踐及水土保持學(xué)科發(fā)展出現(xiàn)一定困難和問題[3］。

英、美等大多數(shù)國家采用“土壤侵蝕”一詞,指在雨和風(fēng)等作用下造成的土壤分離、搬運(yùn)和流失[4-9］。在我國,孫建軒[10］、吳以敩[11］認(rèn)為水土流失就是土壤侵蝕;陳彰岑[12］認(rèn)為水土流失是水土進(jìn)入了河道支流;水土保持學(xué)界老前輩關(guān)君蔚教授在教材《水土保持原理》中定義“水土流失是在陸地表面由外營力引起的水土資源和生產(chǎn)力的損失和破壞;水土流失包括水的流失和土的流失兩個(gè)相互滲透和依存的側(cè)面,土壤侵蝕是水土流失的同義語”;王禮先[13］認(rèn)為“水土流失(soil erosion and water loss)是在水力、風(fēng)力、重力等外營力作用下,水土資源和土地生產(chǎn)力遭受的破壞和損失,包括土地表層侵蝕及水的損失,又稱水土損失”;辛樹幟等[14］提出“水土流失是地表土壤及母質(zhì)受外力作用發(fā)生的各種破壞、移動和堆積過程,以及水的損失,包括水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、重力侵蝕和凍融侵蝕等”;南京大學(xué)、北京大學(xué)等合編的《地貌學(xué)》中認(rèn)為“所謂水土流失,就是地表土層受流水作用造成的水和土的損失,其中有流水直接沖刷造成的,也有間接造成的”[15］;陳道[16］、安樹青[17］認(rèn)為水土流失是“在自然或人為因素影響下造成地表土壤中的水分和土壤同時(shí)流失的現(xiàn)象”;郭廷輔[18］、王漢存[19］認(rèn)為水土流失除土壤、母質(zhì)的流失外,還包括水的流失;壽嘉華[20］認(rèn)為“在山區(qū)、丘陵區(qū),由于雨水不能就地消納,順著溝坡下流,沖刷土壤,使水分和土壤同時(shí)流失的現(xiàn)象稱為水土流失”;項(xiàng)玉章等[21］解釋水土流失是“在水力、風(fēng)力、凍融、重力等外力作用下,水土資源和土地生產(chǎn)力的破壞和損失,包括土地表層侵蝕及水的損失”;解明曙等[22］認(rèn)為水土流失的含義包括“水的損失(water loss)”和“土壤侵蝕(soil erosion)”。

2006年,國家標(biāo)準(zhǔn)《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)頒布,“水土流失”被定義為“水土流失soil erosion and water loss:在水力、風(fēng)力、重力及凍融等自然營力和人類活動作用下,水土資源和土地生產(chǎn)能力的破壞和損失,包括土地表層侵蝕和水的損失”。其中,作為其重要組成部分,“水的損失”被定義為“水的損失water loss:大于土壤入滲強(qiáng)度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現(xiàn)象”[23］。近年來,國內(nèi)專家學(xué)者及工程技術(shù)人員對“水的損失”概念進(jìn)行了研究和思考,提出了一些看法和建議,但對現(xiàn)行國標(biāo)《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)修訂的研究及“水流失”新概念的界定涉及很少?，F(xiàn)行國標(biāo)中“水的損失”概念是在我國重視生態(tài)文明建設(shè)以前總結(jié)的階段性概念,適應(yīng)了當(dāng)時(shí)社會的發(fā)展,但隨著社會進(jìn)步和人類對生存環(huán)境的新需求,逐漸顯現(xiàn)出明顯的不足。

1.1 “水的損失”概念定義規(guī)則約束缺失

“水的損失”作為被定義項(xiàng),其概念認(rèn)知度應(yīng)低于定義項(xiàng)“大于土壤入滲強(qiáng)度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的現(xiàn)象”的認(rèn)知度。但顯然,人們對“流失”一詞的認(rèn)知與“水的損失”一樣不清晰,因此這是晦澀定義的表現(xiàn);同時(shí),定義項(xiàng)中不能直接或間接地包含被定義項(xiàng),而用“流失”解釋“水的損失”明顯是間接包含,出現(xiàn)循環(huán)定義的問題;再者,定義項(xiàng)與被定義項(xiàng)的外延必須是全同關(guān)系,該概念把自然入滲以外的自然徑流看作是水的損失現(xiàn)象,明顯是定義過窄[24］。

1.2 “水的損失”概念階段發(fā)展不完善

“水的損失”概念在應(yīng)用實(shí)踐中,其內(nèi)涵外延有一定的變化,學(xué)術(shù)界進(jìn)行了初步探討。

李文銀等[25］在編著的《工礦區(qū)水土保持》中提出,“工礦區(qū)水損失是指工礦區(qū)生產(chǎn)建設(shè)活動所引起的區(qū)域水量的損失”。

楊子生等[26］在對“水的損失(或流失)”的研究中,主要是對“土壤水分流失”進(jìn)行了實(shí)際研究。

何騰兵[27］提出,“水的損失主要是指降水落到地表之后,由于蒸發(fā)和蒸騰、地表徑流和土體內(nèi)滲透、向深層滲漏,從而造成不利于生產(chǎn)和生活的現(xiàn)象”。

楊子生[3］提出,“水土流失中的‘水的流失’,對水蝕區(qū)而言,主要包括引起侵蝕的那部分徑流的損失(沒有引起侵蝕的那部分徑流的損失不歸入‘水的流失’中)和土壤水分的流失;而對風(fēng)蝕區(qū)來說,則主要指土壤水分的流失。此外,還可包括因措施不力或無措施而使土壤水分過多蒸發(fā)所致的水分損失”。

朱太芳[28］提出,“開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目造成的水流失是指項(xiàng)目水文地質(zhì)單元中的水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被建設(shè)項(xiàng)目人為干擾活動(疏排水)所破壞,造成儲存量減少,流出量增加,增加的流出量即為流失量,包括水的質(zhì)和量兩個(gè)方面”。

水土保持專家劉寶元[29］提出,“水的損失包括地表徑流、滲漏和蒸發(fā),一般單指地表徑流;水土流失監(jiān)測主要包括水的流失、土的流失和養(yǎng)分流失”。

趙永軍等[30］對“水流失量”有如下描述:“項(xiàng)目建成后地表(下)水輸出項(xiàng)目區(qū)的總量與原地貌條件下地表(下)水輸出量之差,以及因增加無效蒸發(fā)而損失的水量,統(tǒng)稱為水流失量?！?/p>

注冊土木工程師(水利水電工程)資格考試指定輔導(dǎo)教材《水利水電工程專業(yè)知識》[31］中定義:“水損失是指由于人類活動而導(dǎo)致局地正常水循環(huán)遭受破壞,使水分以徑流、蒸散、滲漏等形式而損失,從而導(dǎo)致干旱、洪水等災(zāi)害的一種水土流失形式?！?/p>

張鴻[32］在《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失中水損失的預(yù)測》一文中提出:“開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水損失就是項(xiàng)目水文地質(zhì)單元中的水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被建設(shè)項(xiàng)目人為干擾活動所破壞,造成徑流加大、蒸發(fā)量減小、入滲量減小,其增減的量即為損失量,包括水的質(zhì)和量兩個(gè)方面?！?/p>

1.3 “水的損失”概念不統(tǒng)一使法律規(guī)范執(zhí)行缺失

水土保持法律法規(guī)提出了水土保持方案編制、水土保持規(guī)劃等方面的要求[33］,《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL 575—2012)提出“對于年均降雨量300～600 mm的地區(qū),應(yīng)預(yù)測水損失”[34］。但我國水土保持工作實(shí)踐中對水的損失的預(yù)測、治理基本缺項(xiàng),其主要原因就是對“水的損失”概念的不完善不統(tǒng)一造成的理論指導(dǎo)性缺失。

因此,水土保持術(shù)語中“水的損失”概念標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適應(yīng)社會的發(fā)展,迫切需要修訂。

2 “水的損失”概念確定思路與方法

2.1 “水的損失”概念確定思路

現(xiàn)行國標(biāo)《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)對“水的損失”概念定義僅從雨水形成徑流角度,做了表面描述?！八膿p失”概念確定的新思路是增加入滲和蒸發(fā)及質(zhì)量三方面因素,即從水循環(huán)角度綜合考慮降雨、徑流、入滲、蒸發(fā)及水質(zhì)來確定水的損失概念。另外,從概念應(yīng)用方面加入邏輯規(guī)則的復(fù)合性判定。

2.2 “水的損失”概念確定方法

2.2.1 “水的損失”宜混淆詞語判別

孫龍等[35-37］在論文中提出的“水損失”是指電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濕式冷卻塔的蒸發(fā)損失及系統(tǒng)漏點(diǎn)漏水;馮書倉等[38-46］在論文中提出的“輸水損失”是指渠道、河道跑水、滲漏水現(xiàn)象;弭磊等[47］提出的“棄水損失”是指水電站運(yùn)行中泄洪閘泄水;官海峰[48］提出的“水量損失”是指土質(zhì)渠道滲漏問題;劉洪先[49］提出的“水損失”是指灌溉工程中的大氣損失(包括:水面蒸發(fā);噴灌系統(tǒng)的飄逸和蒸發(fā)損失;裸地蒸發(fā);非目的植物的蒸騰和蒸發(fā),但這類作物屬于經(jīng)濟(jì)作物,如茅草、牧草、藥材等;非經(jīng)濟(jì)或糧食作物的蒸發(fā)和騰發(fā),如田間雜草)、地面損失(未用于田間灌溉的渠道水流、田間徑流、排水溝排出的水量)和滲入地下(渠道的滲漏損失、田間深層滲漏損失);李延昭等[50］提出的“水損失”是指供熱管網(wǎng)跑、冒、滴、漏,用戶違規(guī)排、用熱水;ЖИВАЙКИН[51］提出的“水損失”是指噴淋水從冷卻管旁邊流走的現(xiàn)象;于占鴻[52］提出的“水損失”是企業(yè)管理方面供水系統(tǒng)漏失、漏計(jì)損失和水表失準(zhǔn)損失;查智力等[53］提出的“水力損失”是指井筒式泵水流漩渦引起的能量損失。

由上述詞語實(shí)際含義可知,其與水土保持術(shù)語中的“水的損失”在本質(zhì)上有天壤之別,這在認(rèn)知上容易引起詞語混亂。因此,有必要探討用其他詞語替代的可行性。

2.2.2 “水的損失”相似概念邏輯判別

李文銀等[25］提出的“工礦區(qū)水損失”包括:一是地表徑流損失,即地表遭遇破壞后使巖土體下滲和容蓄水分能力降低時(shí),地表徑流迅速匯集而流失;二是地表水淺層滲漏損失,即地表遭遇擾動后水分向淺層巖土中迅速滲漏,使表層0～50 cm的植物根系得不到充足水分供應(yīng),造成植被生長不良或死亡;三是地表水深層滲漏損失,即地表儲水結(jié)構(gòu)破壞,出現(xiàn)塌陷或裂縫時(shí),地表水分向深層滲漏,造成地表嚴(yán)重干旱、植被干枯;四是礦山排水引起的地下水損失,即礦坑水或疏干水排放使區(qū)域地下水儲量大幅下降,造成水資源嚴(yán)重浪費(fèi)和短缺;五是工程建設(shè)活動引起的地下水損失,即鉆井、穿山隧洞、地下水超采造成的地下水損失。由上述概念內(nèi)涵可以看出,用“流失”解釋“地表徑流損失”不符合邏輯規(guī)則要求,而“迅速滲漏”“深層滲漏”“礦坑水或疏干水排放”“鉆井、穿山隧洞、地下水超采”等形成的水損失應(yīng)該歸為無法彌補(bǔ)、恢復(fù)的水環(huán)境的破壞,不應(yīng)是“水的損失”概念的內(nèi)涵。

朱太芳[28］提出“水流失”一詞,定義了其內(nèi)涵是“人為干擾活動”“破壞”“水文地質(zhì)單元”“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”,并以“增加的流出量”擴(kuò)大了“流失量”這一概念的內(nèi)涵,但他是以建設(shè)項(xiàng)目所占地域?yàn)檠芯繉ο筇岢龅?是僅從“疏排水”這一現(xiàn)象做出的定義,對“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”中的水分入滲、水分蒸發(fā)研究缺失。

劉寶元[29］提出“水的損失”內(nèi)涵包括了“地表徑流、滲漏和蒸發(fā)”,沒有對水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系中的徑流、入滲、蒸發(fā)環(huán)節(jié)進(jìn)一步增加概念內(nèi)涵,使“水的損失”概念外延擴(kuò)大了。

趙永軍等[30］以整個(gè)項(xiàng)目區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?提出“水流失量”概念,內(nèi)涵引入“原地貌條件下”約束條件,項(xiàng)目區(qū)建成后地表(下)水輸出項(xiàng)目區(qū)的總量與建成前輸出總量之差值即為“水流失量”,實(shí)際研究中只以“徑流”代表了地表(下)水輸出項(xiàng)目區(qū)的總量,對入滲、蒸發(fā)未做深入研究。

注冊土木工程師(水利水電工程)資格考試指定輔導(dǎo)教材《水利水電工程專業(yè)知識》[31］提出“水損失”概念,定義了其內(nèi)涵是“人類活動”“破壞”“局地”“正常水循環(huán)”,“水分”以“徑流、蒸散、滲漏等形式而損失”,也是沒有從“正常水循環(huán)”中徑流、入滲、蒸發(fā)環(huán)節(jié)進(jìn)一步增加概念內(nèi)涵,擴(kuò)大了“水損失”概念外延,有違概念限制的邏輯規(guī)則[54］。

張鴻[32］以“項(xiàng)目水文地質(zhì)單元”為研究對象,提出“水的損失”概念,定義了其內(nèi)涵是“人為干擾活動”“破壞”“水文地質(zhì)單元”“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”,以“徑流加大、蒸發(fā)量減小、入滲量減小”所增減的量定義為“損失量”,對其他“水的損失”概念擴(kuò)大的外延進(jìn)行了適當(dāng)減小,較符合概念限制的邏輯規(guī)則;張鴻等[55］在水損失監(jiān)測探討中對“水的損失”概念的應(yīng)用做了進(jìn)一步補(bǔ)充闡述,使概念內(nèi)涵更清晰。

2.2.3 “水的損失”合理概念邏輯判別

2014年,張鴻[56］在《長江科學(xué)院院報(bào)》發(fā)表的《水土保持術(shù)語中水損失的新概念》一文中提出,“水損失應(yīng)該是指一定時(shí)段的局地水文地質(zhì)單元中水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被打破而使水分相對變化的現(xiàn)象,表現(xiàn)在徑流加大、蒸發(fā)減小、入滲減小,其增減的數(shù)值即為損失量,包括水的質(zhì)和量兩方面”。其中,包括以下概念內(nèi)涵內(nèi)容:“一定時(shí)段”是指研究對象“局地水文地質(zhì)單元”水損失的發(fā)生與結(jié)果需指定一個(gè)開始和結(jié)束時(shí)間節(jié)點(diǎn);“水文地質(zhì)單元”是指一定的陸地下墊面條件下的一定面積;“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系”是指大氣水、地表水、地下水三圈帶的水通過降水、蒸發(fā)、入滲、徑流等基本形式完成相互轉(zhuǎn)換,在一定時(shí)間內(nèi)保持相對均衡;“被打破”是指因自然或人為因素打破;“水分相對變化”說明“水損失”是相對的,就整個(gè)自然界而言并沒有水損失,人類對自然環(huán)境有需求時(shí)才有水損失的判定;“其增減的數(shù)值”是指相對加大的徑流量、減小的蒸發(fā)量、減小的入滲量均為正值數(shù),即水損失是正數(shù);“水損失”是下墊面變化造成影響的3種損失的疊加,而不是降雨量在下墊面變化時(shí)的徑流、蒸發(fā)、入滲3種形式的新分配。

由上述可以看出,增加了“水的損失”發(fā)生與結(jié)束時(shí)間為研究對象“局地水文地質(zhì)單元”中“水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被打破”的概念內(nèi)涵;提出“其增減的數(shù)值即為損失量”,合理減少了“水的損失”概念外延,又符合確定“水的損失”概念的邏輯規(guī)則,進(jìn)一步明確了“水的損失”概念。

3 “水流失”概念的界定

3.1 “水的損失”與“水流失”詞義辨析

目前,人們對“水的損失”詞語的定義涉及以水為載體的電廠冷卻塔、河道、渠道、灌溉工程系統(tǒng)、供熱管網(wǎng)、冷卻管、井筒水泵、供水管理等多方面內(nèi)容,有水本身的疏排、徑流等形式方面內(nèi)容,有降水、徑流、入滲、蒸發(fā)等循環(huán)形式方面的內(nèi)容等,運(yùn)用較寬泛但各自內(nèi)涵不一樣,因此人們理解上易造成歧義和誤解,特別是在“水的損失”方面易造成交流困難[57］。

國內(nèi)外的文獻(xiàn)對“水土流失”有明確的定義,但是在“水流失”的概念上還存在一定的分歧和差異。王艷麗等[58］認(rèn)為“水流失是指由于流域的人為活動或自然災(zāi)害的破壞,造成流域的地表植被稀疏或缺失、地表涵養(yǎng)水分的能力和土壤滲透能力下降,導(dǎo)致降雨后的匯流歷時(shí)縮短,大量的地表徑流快速匯流到溝谷、溪流和河川中,形成猛漲猛落的洪水,引起流域內(nèi)水的流失,同時(shí)伴有土壤侵蝕的發(fā)生”;馬樂寬等[59］認(rèn)為“水流失”本質(zhì)上就是生態(tài)環(huán)境水向潛在資源水和災(zāi)害水轉(zhuǎn)化的過程。

其他涉及“水流失”的文獻(xiàn)均是從水土保持行業(yè)角度對“水土流失”延伸出來的,在概念應(yīng)用方面易于理解和辨別。

3.2 “水流失”概念術(shù)語界定

以上述明確的“水的損失”概念為基礎(chǔ),以“水流失”一詞替代詞語“水的損失”,按直接表述概念的規(guī)范要求來定義如下:“水流失water loss:一定時(shí)段的局地水文地質(zhì)單元中水均衡轉(zhuǎn)換關(guān)系被打破而使水分相對變化的現(xiàn)象,表現(xiàn)在徑流加大、蒸發(fā)減小、入滲減小,其增減的數(shù)值即為損失量,包括水的質(zhì)和量兩方面?！?/p>

水流失估算公式[56］為

(1)

(2)

(3)

式中:WW、WF、WE分別為研究對象在評價(jià)期末的年徑流損失量、年入滲損失量、年蒸發(fā)損失量,單位m3/a;i為研究對象的預(yù)測單元,i=1,2,3,…,n;Fi為第i個(gè)預(yù)測單元的面積,單位km2;Pi為研究對象在評價(jià)期內(nèi)的年均降水量,單位mm;ai、fi、βi分別為第i個(gè)預(yù)測單元在評價(jià)期末的地表徑流系數(shù)、降水入滲補(bǔ)給系數(shù)、平均蒸發(fā)系數(shù);a0i、f0i、β0i分別為第i個(gè)預(yù)測單元在評價(jià)期開始時(shí)的地表徑流系數(shù)、降水入滲補(bǔ)給系數(shù)、平均蒸發(fā)系數(shù)。

4 “水損失”新概念理念被應(yīng)用實(shí)例

2013年12月12日,中央城鎮(zhèn)化工作會議召開,習(xí)近平總書記對城市建設(shè)作出明確指示,要求“加強(qiáng)海綿城市建設(shè)”,海綿城市建設(shè)上升到了國家戰(zhàn)略高度。2014年10月22日,為貫徹習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上的講話及會議精神,落實(shí)國務(wù)院關(guān)于城市建設(shè)的文件要求,住建部率先發(fā)布了《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于印發(fā)海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)的通知》,從技術(shù)層面上做出了指導(dǎo)性工作[60］。2014年12月31日,財(cái)政部、住建部、水利部三部委聯(lián)合開展中央財(cái)政支持的海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作,“建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市”,使海綿城市建設(shè)進(jìn)入實(shí)質(zhì)探索實(shí)踐階段。

研究分析《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》,其理念完全契合水的損失(水流失)的治理過程。水的損失(水流失)治理涵蓋了陸地上的人類治理水的損失(水流失)的整體工作,海綿城市建設(shè)只是其中的一部分[61］。因此,水的損失(水流失)的治理過程完全可以替代海綿城市建設(shè)實(shí)踐。

5 結(jié)論

1)在修訂水土保持術(shù)語“水的損失”概念時(shí),用“水流失”替代“水的損失”是可行的。

2)“水流失”新概念內(nèi)涵外延符合邏輯規(guī)則,適應(yīng)新時(shí)代水土保持發(fā)展要求。

3)“水流失”新概念是最新提出的修訂國標(biāo)中水土保持術(shù)語“水的損失”概念的初步實(shí)踐,初步認(rèn)為更能體現(xiàn)“水土流失”概念含義的科學(xué)合理性及全面性,目前還需要得到學(xué)術(shù)界及水土保持部門的認(rèn)可。

4)建議在“水流失”初步界定的基礎(chǔ)上,廣泛征求意見,群策群力,及時(shí)修改國標(biāo)中水土保持術(shù)語“水的損失”的概念,促進(jìn)《水土保持術(shù)語》(GB/T 20465—2006)標(biāo)準(zhǔn)修訂工作。

5)建議進(jìn)一步探討制訂“水流失”的治理標(biāo)準(zhǔn),保障在新的時(shí)期水土保持工作永立社會發(fā)展前沿。