天然林保护与东北地区水患治理方略，本文主要内容关键词为：东北地区论文,天然林论文,水患论文,方略论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
东北林区包括大、小兴安岭和长白山，还有完达山，张广才岭。总面积60余万km2，占国 土总面积的6.3%，森林覆被率54.8%，主要是天然林，占全林区的94%。东北地区集水面积在 1 000km2以上的河流有135条，95%以上河流上游为森林流域，随着天然林数量质量下降， 洪 涝灾害有加重趋势。松花江平均3～4年发生一次大洪水，辽河平均2年一次。“嫩江、松花 江98.7”洪水，“辽河95.7”洪水损失巨大。为此，研究天然林保护对保护生态环境、治理 东北水患具有重要意义。
1 天然林蓄水与调节径流功能
1.1 天然林蓄水功能
以长白山北坡自然保护区阔叶红松林为例，阔叶红松林分布在海拔500～1 100m的玄武岩台 地 上，土壤为暗棕色森林土，1m深土层的体积田间持水量为36cm，暗针叶林分布在海拔1 10 0～1 700m之间的高原上，土壤为棕色针叶林土，1m深土层的体积田间持水量为22cm。每公 顷阔叶红松林地1m深土层可蓄水3 500t。若一次降雨量大于50mm，林冠通常可截留10mm，枯 枝落叶层可截留5mm。有林地蒸发散比无林地大一倍，比皆伐迹地大10%～20%，生长季节有 林地土壤含水量比皆伐迹地低10%。因此，一次暴雨，在天然阔叶红松林成熟林林地比皆伐 迹地多蓄水50mm，即每公顷多蓄水500t，0.5m厚土层多蓄水32.5mm，即每公顷多蓄水325t。 天然林及其林地蓄水功能依赖于森林及其土壤特征和降雨特征。
1.2 天然林调节径流功能
森林不但能蓄水，还能调节径流。中国科学院沈阳应用生态所在辽宁东部山区抚顺县五龙 林场两个小流域观测到“辽宁95.7”暴雨径流的全过程。7月25日至26日19时降雨94.5mm，7 月29日0时至31时03时又降雨356.1mm，总降雨量450.6mm，森林小流域洪峰流量0.162m3/s ，皆伐迹地小流域为0.251m3/s，森林小流域洪峰流量比皆伐小流域削减35.5%[8]；森 林小流域径流历时435h，皆伐迹地小流域为361h，森林小流域径流历时比皆伐小流域延长17 %；森林小流域径流总量为17 110.8m3，皆伐小流域径流总量20 468.0m3，森林小流域 径流总量比皆伐小流域减少20%。除了上述调节径流外，随着降雨，森林土壤与非林地土壤 达到饱和后，也就是降雨到达饱和的包气带土层时，以稳定的下渗率下渗。笔者在辽宁东部 山区森林流域根据多年资料计算出森林流域稳渗率为1.75mm/h，农业土壤稳渗率为1.30mm/h ，森林流域下垫面稳渗率比农业下垫面高34.2%。也就是当下垫面达到饱和、在同样供水状 况下，森 林流域地表水转化为土壤水或地下水比农业流域下垫面多1/3。上述观测事例为森林减轻洪 涝灾害提供了佐证。
2 东北地区天然林与洪涝灾害
2.1 天然林现状与洪涝灾害特点
东北林区地跨寒温带、温带，气候较湿润，山势和缓，森林资源丰富。全林区有林地面积3 40万hm2，约占全国有林地面积的25%，森林覆被率为54.87%。林分面积约为3 324万hm2 林分蓄积29.35亿m3，分别占全国林分面积的29.2%和林分蓄积的29%。其中，中幼林占71% ，蓄积占51%；成过熟林面积不足20%，蓄积也仅占34%。幼、中、近、成熟林面积比重大致 为3∶4∶1∶2，蓄积比大致为1∶4∶2∶3[1]。
东北地区暴雨历时一般为3天，而主雨又集中在24h，洪水特点由于产汇流条件不同，辽河 流域洪水峰高、量小、历时短，一次洪水不超过7天；松花江流域洪水一般峰缓、量大、历 时长，一次洪水过程长达30～60天。近100年来，松花江较大洪水有14次，解放以来，实测 洪水有9次，平均5～6年一次。1998年的洪水是有水文记录以来的最大一次洪水，松花江干 流哈尔滨站洪峰流量17 400m3/s，相当于300年一遇。嫩江干流江桥站实测流量25 900m 3/s ，相当于1 000年一遇。嫩江流域堤防决口7处，其中嫩江干流有6处，洮儿河下游月亮泡水 库堤防决口1处，直接经济损失480亿元。近100年来，辽河流域发生洪涝灾害50多次，平均 两年一次。建国后，辽宁省经历了15次较大洪水。其中，发生在源于东部山区的浑河、太子 河和辽河其它支流7次。1995年7月浑河流域发生了自有记录以来的最大洪水，浑河支流东洲 河出现了4 210m3/s的洪峰流量，降雨量超千年一遇，出现多处漫堤决口。太子河支流北 沙河大东山堡水文站出现了洪峰流量1 540m3/s，大大超过了809m3/s的堤防抗洪能力， 造成北沙河堤防两处漫堤决口，直接经济损失344亿元。
由于长期过伐森林，使东北天然林数量和质量逐年下降，严重地削弱了东北天然林生态系 统调蓄径流、改善气候、改造环境的功能，不能充分发挥对松辽、松嫩和三江三大平原的绿 色屏障作用。
2.2 天然林变化对洪涝灾害的影响
森林采伐后，当一次降雨大于50mm时，到达采伐迹地降雨量高出15mm，同时，因采伐迹地 土壤含水量高于林地而使得少蓄水35mm（1m深土层），实际上相当于降雨量增加了50mm。假设 东 北林区天然阔叶红松林每公顷蓄积量为600m3，森林全覆被为100%，某林分每公顷实际 蓄积量为a1，某林分森林覆被率为b1。经过采伐，每公顷蓄积量下降百分数为a2，森 林覆被率下降为b2。将数据a1b1，a2b2代入50(a1b1/600-a2b2)等于2.7 mm，换算到上游森林流域为8.1mm。那么松花江上游因森林数量质量下降而使得有14.74×10 8m3水量参加径流与改变土壤含水量，增加了堤防和水库的防洪压力。
森林流域当部分产流时，产流量R＝P－(WM-W)(1-e-KP/WM)，其中，P为降水量；WM为流 域最 大蓄水量；W是土壤含水量；K代表蓄水容量在流域内分布的不均匀性，与植被特征有关。“ 95.7”洪水期间，7月29日特大暴雨袭来之后，浑河支流东洲河出现了4 210m3/s的洪峰 流量。假如森林影响洪峰流量按e的负指数削减，森林全覆被比其皆伐后的洪峰流量削减67% 。目前，东部山区森林覆被率为46.5%，其中93%为中幼林，成熟林占7%。中幼林调节水文功 能按成熟林的2/3计算，即东洲河抚顺以上流域森林覆被率（成熟林）为32.1%的状况下，洪峰 流量削减了28.0%后为4 210m3/s。若森林覆被率增加到70%，可削减洪峰流量50%，那么洪 峰流量为2896m3/s，则东洲河畔的抚顺石油二厂、石油机械厂及15万t的乙烯厂就会安然 无恙。“95.7”这场洪水使浑河干流大伙房水库上游5 473km2流域内，平均降雨量324mm ，形成入库 流量10 700m3/s。在水库放流5 500m3/s的情况下，7月30日晚，水库最高水位达136.46 m， 距第二非堰自溃点137.70m只差1.24m。假如将水库上游流域森林全部伐去，入库流量可 增加到14 861m3/s，相当于水库上游流域平均降水量达到447mm，即比伐前324mm增加了12 3mm，那么水库自溃坝就会溃决，并出现16 000m3/s的洪峰流量淹浸抚顺、沈阳两市。尽 管是一个粗略估算，但从中大体可以看出森林植被消长对其流域洪水的调蓄作用。然而，森 林并非能抗拒任何暴雨的袭击。武汉水利电力大学姚华夏博士用凯江径流实验站资料作过计 算机模拟，若24h降雨量超过850mm时，完全覆被的森林只能削减2.79%径流量和0.54%洪峰流 量[5]，这表明森林对特大暴雨造成的洪水调节功能十分微弱。
3 东北地区21世纪水患治理方略
3.1 建设生态—工程防洪减灾体系
美国著名森林水文学家Richard Lee从实践中总结出：要卓有成效地防治洪水，必须是工程 与非 工程措施相结合，工程措施可起到60%的作用；非工程措施可起到40%的作用[3]，其中， 生物措施是最重要的措施。美国田纳西流域生物与工程措施综合治理就是一个典型的范例。 我们应该借鉴国内外经验，对易发洪水的河流，以流域为单元，一个流域一个流域地治理， 建设生态—工程防洪减灾体系。包括生态—水文分区、各分区生态建设、工程建设和生态— 工程防洪减灾体系管理。
3.1.1 生态—水文分区
依据流域下垫面地形、土壤及植被等特征，将流域分为调蓄区、行防洪区、蓄滞洪区和排 蓄区。
3.1.2 各分区生态建设
以流域为单元，生态与工程措施相结合，建设防洪减灾体系，提高各区的防洪蓄水与调节 径 流的功能，改善生态环境。防洪减灾，为实现其持续发展，提供一个良好的水文水资源条件 。
(1)调蓄区 主要分布在大兴安岭东坡、小兴安岭和长白山，这里是东北林区。按照“封山 植树，退耕还林”的方针，通过造林、经营与管理，提高森林覆被率、单元面积蓄积量，提 高成熟林比例、针阔混交林比例。流域森林覆被率从现在的32.3%提高到2010年的35.0%，单 位面积蓄积量从83m3/hm2提高到85m3/hm2。
(2)行防洪区 主要在河流的中下游，多为丘陵和平原。丘陵系在大小兴安岭、长白山与松 嫩平原中间的过渡带，它包括漫川漫岗。松嫩平原位于东北腹地，包括风沙坨甸。
(i)丘陵区 主要是治理水土流失。首先要抓好林地草场的管护，制止产生新的水土流失。 同时，要采取生态措施和工程措施相结合、治坡与治沟相结合的方法治理水土流失。土层较 厚地区，坡耕地要修建梯田，建设基本农田。荒坡要植树种草，因地制宜发展果树，种植中 草药，建设稳定草场。沟壑治理要沟道骨干工程与植物封沟相结合。
(ii)漫川漫岗区 治理重点是坡耕地，建设坡地基本农田，同时搞好荒坡水土保持林的营 造和农田防护林的建设，适当增加草地面积。植物措施与工程措施相结合治理冲沟。
(iii)风沙坨甸区 治理重点是防风固沙。保护好现有草场，同时开展造林种草。要以草灌 为主，草、灌、乔相结合。大搞草田林网，建设优良草地，固定基本农田，建设牧业基地。
(iv)平原区 要搞好水利建设，排洪除涝，发展水地，大搞农田防护林和草场建设，建设 高产稳产农田，改变农业生产条件和生态环境，促进各业发展。
(3)蓄滞洪区、排蓄区在工程建设中介绍。
3.1.3 各分区工程建设
主要包括水利枢纽工程、堤防工程、疏浚河道、分蓄洪工程、排蓄区工程和防护林工程。
(1)建设新的水利枢纽工程，病险水库除险加固 嫩江、松花江、辽河干流上没有一座大型 控制性水利工程，这是1998年和1995年洪涝灾害的一个重要原因。为此，应尽快在嫩江干流 莫力达瓦达斡旗与讷河市交界处的尼尔基镇附近建设尼尔基水利枢纽工程，控制面积66 382 k m2，坝高40.00m，总库容量83.7×108m3，防洪库容13.38×108m3。尼尔基水利 枢纽工程正常运行后，其下游齐齐哈尔市防洪标准由50年一遇提高到100年一遇，使嫩江干 流的农田堤防防洪标准由10年一遇提高到30～40年一遇。在辽河干流、沈阳市北侧石佛寺乡 建设石佛寺水库，坝址控制区间流域面积12.3×104km2，总库容18.46×1 08m3，兴利库容6.68×108m3，可使石佛寺以下河段堤防防洪标准由20年一遇提高 到100年一遇。此外，在建设新水库的同时，要对原有病险水库除险加固。
(2)加高加固堤防，提高防洪标准 嫩江干流堤防防洪标准一般为10年一遇，齐齐哈尔为50 年 一遇；松花江干流堤防标准为10年一遇，哈尔滨为100年一遇，佳木斯为30年一遇；第二松 花江干流堤防为20年一遇，吉林市为100年一遇。
嫩江、松花江堤防不但防洪标准低，且多险工险段。嫩江有险工58处，松花江干流有136处 ，第二松花江有34处。1991年松花江流域发生了大洪水，哈尔滨站洪峰流量达10 700m3/s ， 仅相当于20年一遇，吉林、黑龙江两省竟出动310万人/日上堤抢险。显而易见，堤防现行标 准 适应不了防洪需要，有待加固加高，并对其防洪标准作出重新规划。
从流域整体出发，依据嫩江、松花江、第二松花江干流及其一级、二级支流各河段流域在 国民经济中的重要地位、人口数量及国家财力状况，统一规划各河流堤防防洪标准。防洪标 准要尽量规划得合理，标准高了，浪费资财，标准低了，难以抗御大洪水或特大洪水的袭击 。应该在此基础上，除险加固加高堤防，使其达到新的规划标准：松花江干流堤防60%达20 年一遇，40%达50年一遇，哈尔滨市达300年一遇，佳木斯市达100年一遇；嫩江干流堤防，6 0%达30年一遇，40%达50年一遇，齐齐哈尔市、大庆市达100年一遇；第二松花江干流堤防， 黑龙江段达50年一遇，吉林段达20年一遇，吉林市达200年一遇。
(3)分蓄洪工程 分蓄洪工程是嫩江、辽河流域生态—工程防洪减灾体系的一部分，是处理 超标准洪水的一种应急手段，也是解决嫩江、浑河、太子河上游洪水来水量明显高于下游河 沼蓄洪泄洪能力的重要措施。对确保重要地区和重点河段减免洪涝灾害是其他工程措施不可 替代的。因此，即使建起尼尔基、石佛寺水库，并正常运行和加固加高全线堤防，它 仍然是必须的。水库和堤防工程只能防御设计标准以内的洪水，超标准洪水是客观存在的， 只是随着水库和堤防工程防洪标准的提高，超标准洪水发生的几率减小而已。
嫩江干流下游进入松嫩平原区，河道坡降减小到0.04‰～0.1‰，河道蜿蜒曲折，沿江有大 片的湿地，尤其是乌裕尔河和洮儿河入嫩江干流河口处，每当丰水年，这里就成为洪泛区。 因此，我们在这两个河口地区拟建设蓄滞洪区，乌裕尔河蓄滞洪区设计面积400km平均 蓄水 深度1.5m，蓄水量6×108m3。辽河支流浑河、太子河干流蓄滞洪区位于其干流小北河镇 以下至大辽河起点的两河中间地带，面积为370km2，蓄水深2m，蓄水容积7.4×108m3 。分洪道、分洪闸具体位置与参数待设计时根据情况选定。
设立蓄滞洪区，实行退人不退耕，易地安置农民。移民建镇后，将农民重新组织起来，土 地连片承包给几个人，实行机械化、现代化耕作。剩余劳动力发展乡镇企业和服务业，国家 可以给予一定的优惠政策，把企业扶植起来。
(4)排蓄区 三江平原、辽河、浑太河三角洲均为天然湿地，要因地制宜退田还沼，完善和 新建排水系统。
(5)防护林建设 在设计尼尔基和石佛寺水库的同时，要进行水库周围森林经营或防护林设 计，提高森林植被数量与质量，消除裸地。经过森林植被建设后，使年入库泥沙量少于200t /km2。在松花江、嫩江、第二松花江、辽河干流及其一级支流建设护坡林、护堤林和护岸 林 ，在建设护堤林、护岸林时要留出防洪通道。
3.1.4 生态—工程防洪减灾体系管理
该体系管理主要包括各生态—水文分区的生态和工程管理。使其各生态—水文分区的生态 系统、水利工程设施保持正常运行状态，发挥各自功能，减轻洪涝灾害，为实现流域资源、 环境与人类社会协调持续发展提供水文水资源保证。
3.2 裁弯取直，减轻堤防阻力，安全渡汛
泰来县境内嫩江干流雅鲁河口至绰尔河口段河道为S形，S弯左边有一小河——托力河，与 嫩江干流相连，北河口位于S弯以上，南河口位于S弯终点以下，嫩江干流与托力河之间有一 小岛，岛周围堤长46.7km，面积1万hm2。据统计，在1932年、1969年、1998年的3次洪水 时 ，这个小岛都是汪洋一片。尤其是1998年，岛周围堤防决口8处，平均宽约300m。为什么嫩 江干流堤防托力河段经常决口？除流量大以外，还有河道弯曲系数大，河道纵坡降小(0.06‰ )，泄洪阻力大，河水壅高，增大了河槽内洪水对堤防的压力，当它超过堤防强度导致溃堤 决口。为此，建议将嫩江干流S弯段裁弯取直，将S弯下半部裁去，或将S弯上半部裁去，使 得弯曲系数减小，增大河道纵坡降，减小行洪阻力，以利安全渡汛。
3.3 建立防汛信息系统
东北水利系统有1 150个报汛站，雨情、水情和部分工情信息收集主要靠人工观测，手段落 后 ，仅有14个水文自动遥测系统。上述信息传递绝大部分以水情电报方式，目前还没有专门的 防汛通讯网。报汛站密度不够，尤其是暴雨多变的大兴安岭地区，呼玛河流域仅有5个报讯 站，相当于1.6个/万km2，难以保证洪水预报精度。此外，防汛与水情部门未联机，不能 根据实时雨、水情信息、工情与灾情信息进行实时预报调度和科学决策。应该在现有防汛信 息系统的基础上，采用遥测、遥感、通讯、计算机和大屏幕显示等技术，建设防汛信息系统 。它包括防汛通信网、防汛信息收集系统、暴雨洪水预报警报自动化系统、防洪调度系统 ，建立防汛信息综合数据库和编制防洪风险图[4]。
3.4 提高暴雨中短期、短期预报和洪水预报准确率
3.4.1 提高暴雨中短期、短期预报准确率
近年来，应用数值模式进行暴雨短期预报越来越受到重视，尤其是在国外。其预报尺度从 大、中尺度转向中、小尺度。我国数值预报常用日本模式、美国模式和欧州中心模式等，各 省未必有适合本省特点的模式。建议研究适于本省暴雨中短期、短期预报模式，提高暴雨中 短期、短期预报准确率（包括暴雨、暴雨强度、暴雨落区）。或用外国模式，但要充分考虑本 省区地表植被和土地类型分布的不均匀性对大气系统水热通量传输的影响。依据卫星遥感与 流域调查资料，用GIS绘制地表植被和土地利用分布图。应用不同植被类型边界层特征研究 成果于区域天气暴雨预报模式中次网格尺度的通量计算，提高暴雨中短期、短期预报准确率 。
暴雨预报准确率除受预报方法、技术水平影响外，还受降雨量测量精度的影响。可将水文 站、气象站降雨测量网络化，或采用测雨雷达，提高降雨测站密度和降雨量测量精度。
3.4.2 建立森林流域暴雨径流模型，提高洪水预报准确率
这里所说的森林流域是广义的，从东北西部、内蒙古东部向西南一直延伸到青藏高原东南 部有一条典型的敏感带，它是湿润、半湿润与干旱、半干旱两种气候，森林与草原两种植被 的过渡带，过渡带以东为森林流域或已经开发为农业区。闻名遐迩的几次大洪水，诸如“四 川81.7”、“辽宁95.7”、“长江98.7～8”、“嫩江、松花江98.7～8”，均发生在森林流 域，建立森林流域暴雨径流模型既有重要意义，又具普遍性，势在必行。建立森林流域暴雨 径流模型要充分考虑流域下垫面土地利用状况，要依据土地利用状况（以全国森林普查为准） ，修正产流模型参数平均蓄水容量W、蓄水量分布不均匀性K、汇流模型参数面积分配曲 线纵坐标W(T)和蓄一出因素S，提高洪水预报准确率，减轻洪涝灾害。
3.5 防洪保险，互保共济，灾后重建
以往，灾害救济完全由国家负担，现在试行防洪保险，要由国家、单位和个人共同承担， 并逐渐过度到互保共济。