水土保持效果评价方法 黄土高原典型小流域原型观测技术培训 陕西杨凌，2015年4月9-12日 报告人：王 飞 副研究员

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1 水土保持效果评价方法 黄土高原典型小流域原型观测技术培训 陕西杨凌，2015年4月9-12日 报告人：王 飞 副研究员
报告人：王 飞 副研究员 中国科学院水利部水土保持研究所 西北农林科技大学水土保持研究所 依法以智，保持水土，山川秀美，泽今裕后 Conservation and Development

2 声 明 本材料为技术培训材料，通过对水土保持效果评价的对象、原理和方法的科学探讨，促进对水土保持效果评价的认识。欢迎讨论，共同提高。
声 明 本材料为技术培训材料，通过对水土保持效果评价的对象、原理和方法的科学探讨，促进对水土保持效果评价的认识。欢迎讨论，共同提高。 本探讨侧重评价的知识和技术，与生产项目要求和业务需求可能有不同，不作为行业指导性材料。

3 目 录 评价目的与分类 评价对象及其重要性 评价尺度和范围 评价指标 评价原则和方法

4 1 评价目的与分类

5 1 评价目的与分类 例：知识和工作框架中的区域环境效应评价 ？在坡面、沟道和小流域中环境效应评价的目的？

6 ？ 1 评价目的与分类 联合国系统评价规范（2000）： 水土保持效果评价：
目的在于理解预期及非预期成果的实现程度和原因，及这些成果对于各利益相关者的影响。 评价是成果实现和机构绩效的重要证明，并有助于知识建设和机构学习。 评价是进行变革的重要手段，对于强化责任机制具有至关重要而可靠的作用。 评价是对一项活动、项目、计划、战略、政策、主题、专题、行业部门、业务领域、机构绩效等4尽可能系统、公正的认识过程。 水土保持效果评价： ？

7 土壤、土壤侵蚀、水土流失及其危害、水土保持等 定性与定量；对比分析、统计分析、机理模型等
1 评价目的与分类 评价对象 （主体） 评价目标 评价方法 措施类型、面积、位置、过程、投资等 土壤、土壤侵蚀、水土流失及其危害、水土保持等 单项评价 多因子评价 综合评价 定性与定量；对比分析、统计分析、机理模型等 措施质量、投资与环境、经济、社会等

8 1 评价目的与分类 水土保持综合治理-效益计算方法 GB/T 表 1 水土保持综合治理效益分类与计算内容表

9 1 评价目的与分类 我们目前效益分类与计算体系中： 有哪些是单项评价，哪些是多因子评价？ 评价指标和内容有无重复？
还需要考虑哪些指标，这些指标哪些人群会关心？ 有哪些指标的定量特征不易把握？ 有无综合评价的特征？

10 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 土壤是地球岩石圈表面的疏松表层，是陆生植物生活的基质，为植物提供必需的营养和水分，也是土壤动物赖以生存的栖息场所。 在19世纪末，俄国土壤学家道库恰耶夫（V．V．Dokuchaisv）从土壤发生学的观点，认为土壤的性质是气候、生物、地形、母质和时间等成土因素综合作用的结果，是发育于地球陆地表面具有一定肥力且能够生长植物的疏松表层，包括了河流、海、和湖等水域中的部分。 土壤是非水、空气或者岩石的地球表层。更精确的含义与功利和用途有关。土壤的作用最初是农业和工程作用，这种认识在土壤定义、分类系统和研究中都有所体现。Soil is the surface of the earth that is not water, air, or rock. More precise definitions diverge in the direction of interest and need. Interest in soil is primarily for agricultural or engineering purposes and this bias is reflected in soil definitions, classification systems, and research.

11 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 农业对土壤的定义为地球表层由矿物质、有机质和生物活体组成的可以生长植物的动态自然体。An agricultural definition of soil is "a dynamic natural body on the surface of the earth in which plants grow, composed of mineral and organic materials and living forms" (Brady, N.C. (1974). The Nature and Properties of Soils. New York: MacMillan. 639 pp). 美国农业部的土壤分类中定义为：The USDA Soil Taxonomy definition is: The collection of natural bodies on the earth's surface, in places modified or even made by man of earthly materials, containing living matter and supporting or capable of supporting plants out-of-doors. Its upper limit is air or shallow water. At its margins it grades to deep water or to barren areas of rock or ice. Its lower limit to the not-soil beneath is perhaps the most difficult to define. Soil includes the horizons near the surface that differ from the underlying rock material as a result of interactions, through time, of climate, living organisms, parent materials, and relief. In the few places where it contains thin cemented horizons that are impermeable to roots, animals, or marks of other biologic activity. The lower limit of soil, therefore, is normally the lower limit of biologic activity, which generally coincides with the common rooting depth of native perennial plants (Soil Survey Staff (1975). Soil Taxonomy. USDA Agriculture Handbook No Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office. 754 pp).

12 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 工程学把土壤定义为：地球、月球或者其他星体表面松散的矿物质与空气、水、有机质和其他物质构成的碎屑物。An engineering definition of soil is "all the fragmented mineral material at or near the surface of the earth, the moon, or other planetary body, plus the air, water, organic matter, and other substances which may be included therein" (Spangler, M.G. and R.L. Handy (1982). Soil Engineering. New York: Harper & Row. 819 pp.). This is the same definition for regolith. 地质学上，根据地质学家的兴趣定义土壤。研究基岩的地质学家常倾向于把土壤定义为风化层，与工程上的定义一致；而地貌学家对土壤形成过程感兴趣，常采纳早期农学家对土壤的定义和分类。Geological definitions of soil depend on the interest of the geologist. "Hard rock" geologists tend to view soil as regolith, employing the engineering definition. Geomorphologists, however, are interested in soil forming processes and adopt definitions and classification systems developed primarily for agriculturists.

13 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 林学家Endres(1905): “福利效应”总结了林木对人文景观、公共环境的保护和对人类道德的影响；森林学家Dieterich(1953)：用"社会功能"取代福利效应。 Hansten(1970)描述了(土壤)生态功能：对水、土壤、大气质量和交通线路的保护；对自然和景观保护；教育和研究；休闲娱乐。土壤作为林木的存在基础，发挥着动植物栖息地功能；1992年在美国召开的土壤质量会议认为土壤在生态系统的范围内，具有维持生物的生产力、保护环境质量及促进动植物健康的能力。 德国土壤学家Schlichting(1972)首先对土壤的生态功能及其多功能性的概念，他把整个有关能量和物质流动的土壤多功能性描述为缓冲区功能的各个方面(温度、含水量、营养物的均衡和污染消纳物等)。在此基础上，Brümmer (1978) 根据土壤过滤和对污染物迁移的功能，形成了对缓冲区功能的定义。

14 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 Niemann(1977)致力于景观分区（包含环境中的土壤母质、水和空气）：生产功能；气象学功能；水文学功能；有关区域覆盖和基础结构功能；有关道德、卫生、美学和心理学功能。 土壤多功能性第一次被认可是在美国土壤科学学会1995年的一本出版物中。Warkentin (1995)认为土壤是像环境感应器一样的功能体。 土壤有机体作为基困库的意义第一次划人土壤功能的定义，由Blum和Santelises提出。这个观点被引入到了欧洲委员会(2002)的文件当中。土壤作为基因库被广泛认可，土壤中某些微生物具有生物制药的潜力等。 土壤不仅具有生产功能，也同样有直接的经济价值，这一点也在文献当有所体现。例如土壤能够吸附尘埃，产出新鲜的空气，也能产出经济作物，并净化饮用水。

15 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 Blum W E H (1998，2005)： 生态的：1 农业和林业生产的基础；2 过滤、缓冲和
Winfried E.H. Blum 土壤与土壤的功能 Blum W E H (1998，2005)： 生态的：1 农业和林业生产的基础；2 过滤、缓冲和 转化能力；3 生物基因库和繁殖场所 非生态：4 容纳基础设施建设；5 原材料来源；6 构 成景观并保存自然和文化遗产（Geo-genic and cultural heritage ） 《联邦土壤保护法》(Federal Soil Protection Act)（德国，1999）： 自然功能：1 作为人类、动物、植物和土壤生物栖息地；2 作为自然系统的一部分，尤其是指水和氮循环的组成部分；3 作为分解媒介，缓冲过滤，尤其是指地下水保护 人类利用相关功能：4 原材料供给；5 居住休闲用地；6 森林和农作物生长地；7 其他经济和公共用地 自然人文档案记录功能： European Commission (2002)：1 粮食和其它生物的生产功能；2 存储过滤和转换功能；3 栖息地和基因库功能；4 自然和文化景观功能；5 原材料来源功能

16 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 英国第一部土壤行动计划 (The First Soil Action Plan for England, 2005)： 生产功能(进行粮食和木材生产)； 土壤对水和空气的环境交互功能(蓄水和净化、养份和碳的循环、污染物中和)； 生物多样性保留功能(土壤有机物栖息地，丘陵、荒地、林地和其他栖息地)； 发展平台(建筑物和道路的稳固地基)； 提供原料(包括一些复合体，这里指泥炭生产)和 文化遗产保护(作为人类遗迹和其他形式的文化遗产的覆盖层)功能 城市土壤 (Lehmann, 2006)： 灾害防护：1 暴雨和洪水防护；2 有机污染物降解；3 无机污染物固定； 生产：4 可更新资源(清洁的水和空气)；5 植物生长； 环境质量：6 灰尘吸附；7 碳吸附；8 气候缓冲(主要通过蒸发降温)；9 稀有植被生长；10 运动休闲绿色空间； 文化遗产：11 史前和人文历史档案 土壤碳库：2500Pg (1Pg=1015g)的，其中1550 Pg是土壤有机碳；是大气碳库(760Pg)的3.3倍，是植物碳库(560 Pg) 的4.5倍。(Lar, 2004)

17 2 评价对象及其重要性 土壤与土壤的功能 为何土壤具备这样的功能？(结构-功能；物质-功能；过程-功能；作为有限压缩介质-功能；其他)

18 2 评价对象及其重要性 土壤侵蚀与水土保持 土壤侵蚀（保护，Soil conservation）
美国土壤保持学会（1971）：土壤侵蚀是水、风、冰或重力等营力对陆地表面的磨损，或者造成土壤、岩屑的分散与移动。 《中国大百科全书 · 水利卷》（1992）：土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力的作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。 Removal of topsoil faster than the soil forming processes can replace it, due to natural, animal, and human activity (over grazing, over cultivation, forest clearing, mechanized farming, etc.). Soil erosion results in land infertility and leads to desertification and devastating flooding. 水土流失 《中国水利百科全书 · 水土保持分册》(2004) ：在水力、重力、风力等外营力作用下，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，亦称水土损失。土地表层侵蚀指在水力、风力、冻融、重力以及其他外营力作用下，土壤、土壤母质及岩屑、松软岩层被破坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程。

19 2 评价对象及其重要性 土壤侵蚀与水土保持 古文明的演变与原因：“Collapse: How Societies Choose to Fail or Succeed （崩溃：社会如何选择成功或失败）”（2005）：对41个崩溃的文化（文明）的研究分析，认为有五大原因： Jared Mason Diamond September 10, 1937 环境破坏，如森林砍伐和水土流失（复活节岛）； 气候变化（玛雅的灭亡！资源短缺，战乱，殖民？？）； 过度依赖长途贸易获取资源； 内部和外部的暴力行为的增加，如战争或入侵； 社会对对内部或者环境问题的反应。

20 2 评价对象及其重要性 土壤侵蚀与水土保持 土壤保持（保护，Soil conservation）
Collins English Dictionary：防止土壤污染或者侵蚀，并保持可用于作物的肥料成分。(Agriculture) the preservation of soil against deterioration or erosion, and the maintenance of the fertilizing elements for crop production. Webster's New World : Soil conservation is a set of management strategies for prevention of soil being eroded from the Earth's surface or becoming chemically altered by overuse, acidification, salinization or other chemical soil contamination. It is a component of environmental soil science. 水土保持（Soil and water conservation; soil erosion and conservation; Erosion and sediment control，特指在各种外营力作用下土壤的损失；还包括了通过土壤对水的调节功能控制洪水过程；土地保护） the protection of fertile topsoil from erosion by wind and water and the replacement of nutrients in the soil, as by means of cover crops, terracing, contour farming, crop rotation, etc. 我们所说的水土保持是对“人为加速侵蚀”的控制。因为我国水蚀为主，因此上常规称“水土保持”，但还有“土壤侵蚀控制”可以针对风力、水利和其他的侵蚀类型。

21 2 评价对象及其重要性 目前评价的局限性？ 我们目前效益分析体系中： 有哪些这对了土壤和水的实体保护？ 有哪些针对了土壤功能的保护？
有哪些重要的因素没有考虑？ 如何选择合适的指标进行评价？ 如何区分评价指标的贡献？

22 3 评价尺度(Scale)和范围 土壤侵蚀与水土保持 尺度组合
就地的：土壤、水流失与干旱、土地类型变化、地貌、植被生长与生产力；碳循环与气候变化；安全（水灾、旱灾、交通与村落）； 异地的：洪水、泥沙淤积；水资源，水库维护；安全。 短期的：次降雨、日、年等 长期的：多年，十年或更长 短期的 Short-R 长期的 Long-R 当地 On-site 异地 Off-site 生态的 经济的 社会的

23 3 评价尺度和范围(Scope) （例：风险评估）

24 3 评价尺度和范围(Scope) （例：风险评估）
高含沙 的中低流 量增加 径流量 减小 小洪水 高水位 大水灾 行洪慢水位高 河床抬高 主河道缩窄 下游形成悬河 行洪断面减小 南山支流下泻不畅 水沙矛盾加剧 河道淤 积严重 1960年-2000年，渭河下游累计淤积12.7亿t 1973～1999年，支流洛河淤积1.5亿m3 华县站 2003年8月最大洪峰流量为3570m3/s， 比1981年洪水(5380m3/s)水位高1.71m， 比“54.8”洪水(7660m3/s)水位高3.95m。

25 3 评价尺度和范围(Scope) （例：风险评估）
渭沙 入黄 方案 1 尊重河道自然演化规律， 调整三门峡水库运行方式 3 修建水库，调水调沙 6 水土保持方案 2 河道疏浚，北洛河改道 直接入黄 5 加固堤防，提高 干支流防洪标准 4 引进客水，冲刷河道 被动防 守方案 下游河床抬高 水库淤积 输沙需水增加 洪水威胁 投资巨大 潜在的生态问题 水资源短缺问题 河堤加固目标？ 其它

26 RRS = Rd/ Sd RRS: 减水减沙比, m3·t-1 ; Rd, Sd 分别代表水土保持措施减少的径流量和泥沙量。
3 评价尺度和范围(Scope) （例：多利益相关者分析） RRS RTS ? RTS = Rf/ Sf RTS: 输沙需水量 , m3·t-1 ; Rf, Sf 分别代表输沙用水量和输沙量。 RRS = Rd/ Sd RRS: 减水减沙比, m3·t-1 ; Rd, Sd 分别代表水土保持措施减少的径流量和泥沙量。 RRS: 坡面措施： 淤地坝： 灌溉引水减沙： RTS: 下游洪峰冲沙: 40; 非汛期冲沙: 100 黄河水沙调控：36-120

27 3 评价尺度和范围(Scope) 例：多利益相关者评价的实例 多利益相关者评价的必要性： 水土保持影响方式和类型的多样性；
不同人群对水土保持效益关心的侧重点的差异性； 水土保持效益评价参数选择的科学性； 水土保持评价指标定量化赋值； 水土保持效果评价结果的用户和价值多样性。

28 3 评价尺度和范围(Scope) 例：多利益相关者评价的实例 WPs：多利益相关者参与的流 域综合管理策选择

29 3 评价尺度和范围 如何能够较好把握调研、访谈和科研工作中的设计水土保持问题的尺度大小？ 与时间和空间尺度匹配的因子和指标有哪些？
异地影响评价时需要考虑的因素有哪些？ 面对具体问题，如何较快确定合适的多利益相关者群体？

30 4 评价原则和方法 例：评价原则的故事

31 4 评价原则和方法 评价原则的选择 综合性/系统性/整体性/全面性/完备性 可操作性/可行性/可测量性/简明性/容易获得和扩展
科学性/客观性/真实性/实际的焦点 独立性/不重复性 目的性/目标性/指导前景与目标/针对性/在国家政府可发展的能力范围内 主导性/主成分/关键的要素/重点性/敏感性 可比性 动态性/长远目标与近期目标相结合 区域性/尺度适宜性/适当的尺度 明确的 普适性 稳定性 奥卡姆剃刀定律（Occam‘s Razor）又称“奥康的剃刀”，是由14世纪逻辑学家、英国经院哲学家、圣方济各会修士奥卡姆的威廉（William of Occam，约1285年至1349年）提出。 这个原理称为“如无必要，勿增实体” (Entities should not be multiplied unnecessarily)。

32 4 评价原则和方法 目前的评价方法也很多： 使用举例： 对比分析法 水保法、对比流域分析等； 模型分析法：成因分析法、统计模型法、物理模型法
综合评价法：专家评估法、灰色关联分析法、基于熵的权重确定方法、主成分分析法、层次分析法、效益评估模型法 使用举例： 水保法、对比流域分析等； 水文法、统计分析、物理模型中受扰因子改变分析； 专家经验赋值（专家打分法、层次分析法）和客观赋值（灰色关联分析、基于熵的权重确定方法、主成分分析法）等

33 4 评价原则和方法 DSPIR（压力-状态-响应）框架：该框架是UNEP发展的评价理论框架方法之一，该方法可以促进对评价要素相互作用关系和过程的认识，从而提高评价的针对性。 在框架中，响应包括三种不同的类型： 对驱动力的影响，如移民，发展其他经济，改善种质增加化肥等； 修建梯田和淤地坝，禁止放牧和砍伐等； 采取覆盖和水平沟等措施。

34 5 评价指标（例） 地块水土保持生态服务功能评价指标 科学性原则 代表性原则 与评价尺度匹配原则 生态效益指标
地块型20个指标，立体型3个；集水区尺度5个指标； 对自然生态系统，土壤、植被、水文、泥沙、气温等在数量和过程两方面的影响，包括独立性型和集水区两类尺度。 生态过程的影响、景观的存在价值，生物多样性问题和内部相互作用问题不予考虑。 研究区特征指标 面积、降水量、人口数量、GDP、基本农田面积、林地面积、粮食总产量、按照所在单元最有效的水文站资料计算的平均径流系数和平均侵蚀模数等9个指标。 水土保持指标 中央、地方现金投入与投劳折资两部分1个指标 经济效益指标 地块型17个指标，立体型3个；集水区尺度3个指标； 计算直接利用价值、直接服务价值和间接利用价值 间接经济效益题与价值折算系数问题需要区分考虑，避免重复计算。 社会效益指标： 包括5个方面8个指标。 在以上四类水土保持指标下计算的，是水土保持对研究区资源利用、环境安全、经济发展和水土保持投资的整体反映。

35 5 评价指标 地块水土保持生态服务功能评价指标: 梯田、坝地、乔木林、灌木林、经济林、人工种草、封育草地、封育林地； 生态经济服务类型

36 5 评价指标 立体型水土保持生态服务功能 评价指标 集水区尺度水保效益=独立措施效益+集水区水保效益
立体型：骨干工程、拦泥坝、谷坊、蓄水池、水窖、塘坝、涝池 集水区尺度水保效益=独立措施效益+集水区水保效益

37 5 评价指标

38 4 评价原则和方法 和 5 评价指标 有人说“黄河中游大规模水土保持减少了黄河径流量，导致黄河下游断流和水资源紧张加剧”，这个看法对不对？请设计评价指标和方法，分析并回答。 黄河中游淤地坝在水土保持中发挥了重要作用，请以您熟悉的小流域或区域，设计一套评价参考规范。 假定我国化石能源（煤、石油、天然气）和电力紧张，请设计评价体系，分析黄土高原可能产生的水土流失压力以及水土保持对策。

39 感谢上中游管理局提供的宝贵机会， 感谢各位水保同仁的耐心！ 欢迎讨论和交流， 欢迎来水保所参观和指导！