水土保持术语修订中“ 水流失” 概念的界定

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本期期刊速读内容来自《中国水土保持》杂志2023年第12期文章《水土保持术语修订中“水流失”概念的界定》,作者张鸿,马涛,张进朝,石东凯,张卫东,宋承礼。

张鸿(1971—),男,河南西平人,高级工程师,学士,长期从事水利、水土保持工作。
 

摘要

《水土保持术语》(GB/T20465—2006)中“水的损失”概念在指导水土保持生产实践过程中发挥了积极的作用,但随着社会和学科的发展,已不适应新时期水土保持内涵和外延的变化。为完善水土保持基础理论,满足新时代水土保持工作新要求,有必要科学界定“水流失”的概念,促进《水土保持术语》(GB/T20465—2006)修订工作。
 
通过归纳分析“水的损失”概念的形成背景和其内涵及外延的发展历程,详细辨析词义和应用逻辑规则来确定“水流失”概念,可知“水流失”概念综合考虑了宏观角度水分运动和人类生存发展环境需要的局部水分运动的平衡,适应概念规范要求,适应新时期水土流失内涵及外延的发展,便于研究及实践应用,为进一步研究水流失治理标准提供了新思路。
 
正文
水土保持术语是水土保持的理论基础,对水土保持相关工作具有指导性。2006年颁布的《水土保持术语》(GB/T20465—2006)在满足水土保持阶段性工作方面起到了积极作用,但随着社会的发展及人们对环境需求的不断提高,对水土保持工作特别是“水的损失”概念也提出了新的观点和要求。
 
“水的损失”是水土流失造成危害的表现形式。该概念在指导水土保持生产实践过程中发挥了积极的作用,但随着经济社会和学科的不断发展,特别是在国家生态文明建设及《中华人民共和国水土保持法》修订颁布的背景下,该概念已不能完全适应水土保持内涵和外延的发展,需要进行科学研究界定。
 
根据《国家标准管理办法》,按照国家标准化管理委员会推出的标准化工作十项新举措要求,有必要对《水土保持术语》(GB/T20465—2006)进行修订,科学界定“水流失”的概念,为完善水土保持基础理论,满足新时代水土保持工作新要求打下坚实基础。
 
 
1 现状分析
 
水土流失属水土保持学科概念,国内外对水土流失解释均不一致,使水土保持工作实践及水土保持学科发展出现一定困难和问题。
 
英、美等大多数国家采用“土壤侵蚀”一词,指在雨和风等作用下造成的土壤分离、搬运和流失。
 
在我国,孙建轩、吴以敩认为水土流失就是土壤侵蚀;陈彰岑认为水土流失是水土进入了河道支流;水土保持学界老前辈关君蔚教授在教材《水土保持原理》中定义“水土流失是在陆地表面由外营力引起的水土资源和生产力的损失和破坏;水土流失包括水的流失和土的流失两个相互渗透和依存的侧面,土壤侵蚀是水土流失的同义语”;
 
王礼先认为“水土流失(soil erosion and water loss)是在水力、风力、重力等外营力作用下,水土资源和土地生产力遭受的破坏和损失,包括土地表层侵蚀及水的损失,又称水土损失”;
 
辛树帜等提出“水土流失是地表土壤及母质受外力作用发生的各种破坏、移动和堆积过程,以及水的损失,包括水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀和冻融侵蚀等”;
 
南京大学、北京大学等合编的《地貌学》中认为“所谓水土流失,就是地表土层受流水作用造成的水和土的损失,其中有流水直接冲刷造成的,也有间接造成的”;
 
陈道、安树青认为水土流失是“在自然或人为因素影响下造成地表土壤中的水分和土壤同时流失的现象”;
 
郭廷辅、王汉存认为水土流失除土壤、母质的流失外,还包括水的流失;
 
寿嘉华认为“在山区、丘陵区,由于雨水不能就地消纳,顺着沟坡下流,冲刷土壤,使水分和土壤同时流失的现象称为水土流失”;
 
项玉章等解释水土流失是“在水力、风力、冻融、重力等外力作用下,水土资源和土地生产力的破坏和损失,包括土地表层侵蚀及水的损失”;
 
解明曙等认为水土流失的含义包括“水的损失(water loss)”和“土壤侵蚀(soil erosion)”。
 
2006年,国家标准《水土保持术语》(GB/T20465—2006)颁布,“水土流失”被定义为“水土流失soil erosion and water loss:在水力、风力、重力及冻融等自然营力和人类活动作用下,水土资源和土地生产能力的破坏和损失,包括土地表层侵蚀和水的损失”。
 
其中,作为其重要组成部分,“水的损失”被定义为“水的损失water loss:大于土壤入渗强度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的现象”。
 
近年来,国内专家学者及工程技术人员对“水的损失”概念进行了研究和思考,提出了一些看法和建议,但对现行国标《水土保持术语》(GB/T20465—2006)修订的研究及“水流失”新概念的界定涉及很少。
 
现行国标中“水的损失”概念是在我国重视生态文明建设以前总结的阶段性概念,适应了当时社会的发展,但随着社会进步和人类对生存环境的新需求,逐渐显现出明显的不足。
 
1.1 “水的损失”概念定义规则约束缺失
 
“水的损失”作为被定义项,其概念认知度应低于定义项“大于土壤入渗强度的雨水或融雪水因重力作用而沿坡面流失的现象”的认知度。但显然,人们对“流失”一词的认知与“水的损失”一样不清晰,因此这是晦涩定义的表现;同时,定义项中不能直接或间接地包含被定义项,而用“流失”解释“水的损失”明显是间接包含,出现循环定义的问题;再者,定义项与被定义项的外延必须是全同关系,该概念把自然入渗以外的自然径流看作是水的损失现象,明显是定义过窄。
 
1.2 “水的损失”概念阶段发展不完善
 
“水的损失”概念在应用实践中,其内涵外延有一定的变化,学术界进行了初步探讨。
 
李文银等在编著的《工矿区水土保持》中提出,“工矿区水损失是指工矿区生产建设活动所引起的区域水量的损失”。
 
杨子生等在对“水的损失(或流失)”的研究中,主要是对“土壤水分流失”进行了实际研究。
 
何腾兵提出,“水的损失主要是指降水落到地表之后,由于蒸发和蒸腾、地表径流和土体内渗透、向深层渗漏,从而造成不利于生产和生活的现象”。
 
杨子生提出,“水土流失中的‘水的流失’,对水蚀区而言,主要包括引起侵蚀的那部分径流的损失(没有引起侵蚀的那部分径流的损失不归入‘水的流失’中)和土壤水分的流失;而对风蚀区来说,则主要指土壤水分的流失。此外,还可包括因措施不力或无措施而使土壤水分过多蒸发所致的水分损失”。
 
朱太芳提出,“开发建设项目造成的水流失是指项目水文地质单元中的水均衡转换关系被建设项目人为干扰活动(疏排水)所破坏,造成储存量减少,流出量增加,增加的流出量即为流失量,包括水的质和量两个方面”。
 
水土保持专家刘宝元提出,“水的损失包括地表径流、渗漏和蒸发,一般单指地表径流;水土流失监测主要包括水的流失、土的流失和养分流失”。
 
赵永军等对“水流失量”有如下描述:“项目建成后地表(下)水输出项目区的总量与原地貌条件下地表(下)水输出量之差,以及因增加无效蒸发而损失的水量,统称为水流失量。”
 
注册土木工程师(水利水电工程)资格考试指定辅导教材《水利水电工程专业知识》中定义:“水损失是指由于人类活动而导致局地正常水循环遭受破坏,使水分以径流、蒸散、渗漏等形式而损失,从而导致干旱、洪水等灾害的一种水土流失形式。”
 
张鸿在《开发建设项目水土流失中水损失的预测》一文中提出:“开发建设项目水损失就是项目水文地质单元中的水均衡转换关系被建设项目人为干扰活动所破坏,造成径流加大、蒸发量减小、入渗量减小,其增减的量即为损失量,包括水的质和量两个方面。”
 
1.3 “水的损失”概念不统一使法律规范执行缺失
 
水土保持法律法规提出了水土保持方案编制、水土保持规划等方面的要求,《水利水电工程水土保持技术规范》(SL 575—2012)提出“对于年均降雨量300~600mm的地区,应预测水损失”。但我国水土保持工作实践中对水的损失的预测、治理基本缺项,其主要原因就是对“水的损失”概念的不完善不统一造成的理论指导性缺失。
 
因此,水土保持术语中“水的损失”概念标准已经不适应社会的发展,迫切需要修订。
 
 
2 “水的损失”概念确定思路与方法
 
2.1 “水的损失”概念确定思路
 
现行国标《水土保持术语》(GB/T20465—2006)对“水的损失”概念定义仅从雨水形成径流角度,做了表面描述。“水的损失”概念确定的新思路是增加入渗和蒸发及质量三方面因素,即从水循环角度综合考虑降雨、径流、入渗、蒸发及水质来确定水的损失概念。另外,从概念应用方面加入逻辑规则的复合性判定。
 
2.2 “水的损失”概念确定方法
 
2.2.1 “水的损失”宜混淆词语判别
 
孙龙等在论文中提出的“水损失”是指电厂循环冷却水系统湿式冷却塔的蒸发损失及系统漏点漏水;
 
冯书仓等在论文中提出的“输水损失”是指渠道、河道跑水、渗漏水现象;弭磊等提出的“弃水损失”是指水电站运行中泄洪闸泄水;官海峰提出的“水量损失”是指土质渠道渗漏问题;
 
刘洪先提出的“水损失”是指灌溉工程中的大气损失(包括:水面蒸发;喷灌系统的飘逸和蒸发损失;裸地蒸发;非目的植物的蒸腾和蒸发,但这类作物属于经济作物,如茅草、牧草、药材等;非经济或粮食作物的蒸发和腾发,如田间杂草)、地面损失(未用于田间灌溉的渠道水流、田间径流、排水沟排出的水量)和渗入地下(渠道的渗漏损失、田间深层渗漏损失);
 
李延昭等提出的“水损失”是指供热管网跑、冒、滴、漏,用户违规排、用热水;ЖИВАЙКИН提出的“水损失”是指喷淋水从冷却管旁边流走的现象;
 
于占鸿提出的“水损失”是企业管理方面供水系统漏失、漏计损失和水表失准损失;查智力等提出的“水力损失”是指井筒式泵水流漩涡引起的能量损失。
 
由上述词语实际含义可知,其与水土保持术语中的“水的损失”在本质上有天壤之别,这在认知上容易引起词语混乱。因此,有必要探讨用其他词语替代的可行性。
 
2.2.2 “水的损失”相似概念逻辑判别
 
李文银等提出的“工矿区水损失”包括:

一是地表径流损失,即地表遭遇破坏后使岩土体下渗和容蓄水分能力降低时,地表径流迅速汇集而流失;

二是地表水浅层渗漏损失,即地表遭遇扰动后水分向浅层岩土中迅速渗漏,使表层0~50cm的植物根系得不到充足水分供应,造成植被生长不良或死亡;

三是地表水深层渗漏损失,即地表储水结构破坏,出现塌陷或裂缝时,地表水分向深层渗漏,造成地表严重干旱、植被干枯;

四是矿山排水引起的地下水损失,即矿坑水或疏干水排放使区域地下水储量大幅下降,造成水资源严重浪费和短缺;

五是工程建设活动引起的地下水损失,即钻井、穿山隧洞、地下水超采造成的地下水损失。

 
由上述概念内涵可以看出,用“流失”解释“地表径流损失”不符合逻辑规则要求,而“迅速渗漏”“深层渗漏”“矿坑水或疏干水排放”“钻井、穿山隧洞、地下水超采”等形成的水损失应该归为无法弥补、恢复的水环境的破坏,不应是“水的损失”概念的内涵。
 
朱太芳提出“水流失”一词,定义了其内涵是“人为干扰活动”“破坏”“水文地质单元”“水均衡转换关系”,并以“增加的流出量”扩大了“流失量”这一概念的内涵,但他是以建设项目所占地域为研究对象提出的,是仅从“疏排水”这一现象做出的定义,对“水均衡转换关系”中的水分入渗、水分蒸发研究缺失。
 
刘宝元提出“水的损失”内涵包括了“地表径流、渗漏和蒸发”,没有对水均衡转换关系中的径流、入渗、蒸发环节进一步增加概念内涵,使“水的损失”概念外延扩大了。
 
赵永军等以整个项目区域为研究对象,提出“水流失量”概念,内涵引入“原地貌条件下”约束条件,项目区建成后地表(下)水输出项目区的总量与建成前输出总量之差值即为“水流失量”,实际研究中只以“径流”代表了地表(下)水输出项目区的总量,对入渗、蒸发未做深入研究。
 
注册土木工程师(水利水电工程)资格考试指定辅导教材《水利水电工程专业知识》提出“水损失”概念,定义了其内涵是“人类活动”“破坏”“局地”“正常水循环”,“水分”以“径流、蒸散、渗漏等形式而损失”,也是没有从“正常水循环”中径流、入渗、蒸发环节进一步增加概念内涵,扩大了“水损失”概念外延,有违概念限制的逻辑规则。
 
张鸿以“项目水文地质单元”为研究对象,提出“水的损失”概念,定义了其内涵是“人为干扰活动”“破坏”“水文地质单元”“水均衡转换关系”,以“径流加大、蒸发量减小、入渗量减小”所增减的量定义为“损失量”,对其他“水的损失”概念扩大的外延进行了适当减小,较符合概念限制的逻辑规则;张鸿等在水损失监测探讨中对“水的损失”概念的应用做了进一步补充阐述,使概念内涵更清晰。
 
2.2.3 “水的损失”合理概念逻辑判别
 
2014年,张鸿在《长江科学院院报》发表的《水土保持术语中水损失的新概念》一文中提出,“水损失应该是指一定时段的局地水文地质单元中水均衡转换关系被打破而使水分相对变化的现象,表现在径流加大、蒸发减小、入渗减小,其增减的数值即为损失量,包括水的质和量两方面”。
 
其中,包括以下概念内涵内容:“一定时段”是指研究对象“局地水文地质单元”水损失的发生与结果需指定一个开始和结束时间节点;“水文地质单元”是指一定的陆地下垫面条件下的一定面积;“水均衡转换关系”是指大气水、地表水、地下水三圈带的水通过降水、蒸发、入渗、径流等基本形式完成相互转换,在一定时间内保持相对均衡;“被打破”是指因自然或人为因素打破;
 
“水分相对变化”说明“水损失”是相对的,就整个自然界而言并没有水损失,人类对自然环境有需求时才有水损失的判定;“其增减的数值”是指相对加大的径流量、减小的蒸发量、减小的入渗量均为正值数,即水损失是正数;“水损失”是下垫面变化造成影响的3种损失的叠加,而不是降雨量在下垫面变化时的径流、蒸发、入渗3种形式的新分配。
 
由上述可以看出,增加了“水的损失”发生与结束时间为研究对象“局地水文地质单元”中“水均衡转换关系被打破”的概念内涵;提出“其增减的数值即为损失量”,合理减少了“水的损失”概念外延,又符合确定“水的损失”概念的逻辑规则,进一步明确了“水的损失”概念。
 
 
3 “水流失”概念的界定
 
3.1 “水的损失”与“水流失”词义辨析
 
目前,人们对“水的损失”词语的定义涉及以水为载体的电厂冷却塔、河道、渠道、灌溉工程系统、供热管网、冷却管、井筒水泵、供水管理等多方面内容,有水本身的疏排、径流等形式方面内容,有降水、径流、入渗、蒸发等循环形式方面的内容等,运用较宽泛但各自内涵不一样,因此人们理解上易造成歧义和误解,特别是在“水的损失”方面易造成交流困难。
 
国内外的文献对“水土流失”有明确的定义,但是在“水流失”的概念上还存在一定的分歧和差异。王艳丽等认为“水流失是指由于流域的人为活动或自然灾害的破坏,造成流域的地表植被稀疏或缺失、地表涵养水分的能力和土壤渗透能力下降,导致降雨后的汇流历时缩短,大量的地表径流快速汇流到沟谷、溪流和河川中,形成猛涨猛落的洪水,引起流域内水的流失,同时伴有土壤侵蚀的发生”;马乐宽等认为“水流失”本质上就是生态环境水向潜在资源水和灾害水转化的过程。
 
其他涉及“水流失”的文献均是从水土保持行业角度对“水土流失”延伸出来的,在概念应用方面易于理解和辨别。
 
3.2 “水流失”概念术语界定
 
以上述明确的“水的损失”概念为基础,以“水流失”一词替代词语“水的损失”,按直接表述概念的规范要求来定义如下:“水流失water loss:一定时段的局地水文地质单元中水均衡转换关系被打破而使水分相对变化的现象,表现在径流加大、蒸发减小、入渗减小,其增减的数值即为损失量,包括水的质和量两方面。”
 
水流失估算公式为
 
式中:WW、WF、WE分别为研究对象在评价期末的年径流损失量、年入渗损失量、年蒸发损失量,单位m3/a;i为研究对象的预测单元,i=1,2,3,…,n;Fi为第i个预测单元的面积,单位km2;Pi为研究对象在评价期内的年均降水量,单位mm;ai、fi、βi分别为第i个预测单元在评价期末的地表径流系数、降水入渗补给系数、平均蒸发系数;a0i、f0i、β0i分别为第i个预测单元在评价期开始时的地表径流系数、降水入渗补给系数、平均蒸发系数。
 
 
4 “水损失”新概念理念被应用实例
 
2013年12月12日,中央城镇化工作会议召开,习近平总书记对城市建设作出明确指示,要求“加强海绵城市建设”,海绵城市建设上升到了国家战略高度。
 
2014年10月22日,为贯彻习近平总书记在中央城镇化工作会议上的讲话及会议精神,落实国务院关于城市建设的文件要求,住建部率先发布了《住房城乡建设部关于印发海绵城市建设技术指南———低影响开发雨水系统构建(试行)的通知》,从技术层面上做出了指导性工作。
 
2014年12月31日,财政部、住建部、水利部三部委联合开展中央财政支持的海绵城市建设试点工作,“建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”,使海绵城市建设进入实质探索实践阶段。
 
研究分析《海绵城市建设技术指南———低影响开发雨水系统构建(试行)》,其理念完全契合水的损失(水流失)的治理过程。水的损失(水流失)治理涵盖了陆地上的人类治理水的损失(水流失)的整体工作,海绵城市建设只是其中的一部分。因此,水的损失(水流失)的治理过程完全可以替代海绵城市建设实践。
 
 
5 结论
 

1)在修订水土保持术语“水的损失”概念时,用“水流失”替代“水的损失”是可行的。

2)“水流失”新概念内涵外延符合逻辑规则,适应新时代水土保持发展要求。

3)“水流失”新概念是最新提出的修订国标中水土保持术语“水的损失”概念的初步实践,初步认为更能体现“水土流失”概念含义的科学合理性及全面性,目前还需要得到学术界及水土保持部门的认可。

4)建议在“水流失”初步界定的基础上,广泛征求意见,群策群力,及时修改国标中水土保持术语“水的损失”的概念,促进《水土保持术语》(GB/T20465—2006)标准修订工作。

5)建议进一步探讨制订“水流失”的治理标准,保障在新的时期水土保持工作永立社会发展前沿。

 

/ End.