重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性調查研究

王 巨，謝世友，2，戴國富

(1.西南大學地理科學學院，重慶400715;2.三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，重慶400715)

水土流失敏感性評價屬于區(qū)域土壤侵蝕風險性評價，其目的是為了識別容易造成土壤侵蝕的區(qū)域，也就是在假設沒有人類活動影響的條件下，評價土壤侵蝕受自然因素的潛在影響程度［1］。水土流失敏感性評價的實質是對現狀自然環(huán)境背景下的潛在水土流失問題進行明確辨識，并將其落實到具體空間區(qū)域上的過程［2］。三峽庫區(qū)地形起伏大、坡度陡，降雨多、強度大，人地矛盾尖銳，是我國典型的山地水土流失區(qū)，特別是三峽庫區(qū)移民安置之后，糧食生產和燃料需求的增長，使土地壓力增大，加上移民過程中城鎮(zhèn)、房屋、道路建設等一系列活動，無疑加劇了區(qū)內的水土流失。為了更有效地預防和治理庫區(qū)水土流失，就必須科學地確定不同程度水土流失敏感性空間分布格局，明確水土流失敏感性區(qū)域。

由于土壤侵蝕具有多元性、復雜性、時空多變性，所以建立一個適合于全國的土壤侵蝕模型是非常困難的。目前，針對小流域的水土流失敏感性評價，國內許多學者常在參照通用土壤流失方程的同時，結合研究區(qū)域實際情況選取評價因子。本研究借助于生態(tài)敏感性評價方法，選取DEM(高程)、坡度、降水、地表物質、地質災害、土地利用等6個因子，對重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性進行了單因子評價和綜合評價。

1 重慶三峽庫區(qū)水土流失概況

重慶三峽庫區(qū)地處長江上游末端，區(qū)內地質構造復雜，主要由川東隆起褶皺帶和川鄂湘黔褶皺帶構成，屬燕山運動和喜馬拉雅運動抬升區(qū)。區(qū)內地形起伏大，降雨多、強度大，地質災害頻繁，具備發(fā)生水土流失的潛在條件;易風化的軟弱巖層出露面積廣，坡耕地所占比例高，為水土流失提供了豐富的物質來源。三峽庫區(qū)已實施的城市遷建、移民安置、農業(yè)生產用地開發(fā)以及庫區(qū)公路建設、防護工程復建等人類活動都會造成新的水土流失，且流失量巨大。在全國水土流失類型區(qū)劃中，三峽庫區(qū)屬西南土石山區(qū)，是國家級水土流失重點監(jiān)督區(qū)和水土流失重點治理區(qū)［3］。2004年最新遙感調查數據顯示，重慶三峽庫區(qū)水土流失面積2.39萬km2，占庫區(qū)土地總面積的51.71%，高于全國37%的平均水平，也高于長江流域31.2%的平均水平，更高于與庫區(qū)鄰近的四川、貴州和湖北3省的平均水平［4］。

強烈的水土流失破壞了三峽庫區(qū)居民賴以生存的土地資源，致使土層變薄，土地砂礫化和石化，母質、基巖裸露，生產力下降甚至喪失農業(yè)利用價值;加大了洪澇、干旱及重力侵蝕等災害的破壞力;泥沙進入水庫，抬高河床、淤塞河道，嚴重影響了三峽工程的效益和使用壽命，威脅到整個庫區(qū)乃至長江中下游地區(qū)的生態(tài)安全。因此，科學確定三峽庫區(qū)水土流失空間分布格局，明確水土流失敏感區(qū)域，對于因地制宜地構建水土流失綜合防護體系，全面推進庫區(qū)水保生態(tài)建設，保障三峽工程長治久安，促進庫區(qū)經濟社會可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。

2 數據來源與研究方法

研究資料采用了重慶市三峽庫區(qū)TM數據影像(200806)、1∶5萬地形圖、1∶200萬重慶市地質災害易發(fā)程度圖、1∶50萬重慶市土壤類型圖、2007年三峽庫區(qū)各區(qū)縣1∶10萬土地利用現狀圖及三峽庫區(qū)各區(qū)縣4—9月份平均降水量資料。將地形圖經矢量化處理生成DEM，并提取坡度信息。將土壤類型圖、地質災害易發(fā)程度圖、土地利用現狀圖等圖件經掃描矢量化處理并進行幾何校正，用重慶三峽庫區(qū)范圍文件剪切各矢量數據。根據重慶三峽庫區(qū)20個雨量站4—9月份降雨量數據，在ArcGIS中采用反距離權重法插值分析得到重慶三峽庫區(qū)降雨量分布圖。最后將各矢量數據柵格化，重采樣，像元大小統一為10。

結合重慶三峽庫區(qū)水土流失的實際情況，研究中選擇DEM、坡度、降水、地表物質、地質災害、土地利用作為水土流失敏感性單因子評價指標，主要依照國家環(huán)?？偩帧渡鷳B(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》附件C和土壤侵蝕強度分級標準，將水土流失敏感性單一因子分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感、極度敏感等5個等級，并對水土流失敏感性評價等級按1、2、3、4、5級給予賦值(表1)，最后采用專家打分法賦予各單因子水土流失敏感性權重，在ArcGIS中進行空間疊加分析，得到重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性空間分布格局。

表1 重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性評價因子分級標準

3 單因子敏感性評價

3.1 DEM 因子

重慶三峽庫區(qū)海拔在73.1—2768 m之間，地形起伏大。長江水面至175 m高程之間的落差為庫區(qū)消落帶，水庫蓄水后，在降水和水庫水位周期性漲落作用下，消落帶坡面上的植被和土壤結構被破壞，且?guī)彀秲蓚葞r石周期性地浸泡在水中，穩(wěn)定性減弱，從而極易誘發(fā)滑坡、崩塌和泥石流等地質災害，因此三峽庫區(qū)100—175 m高程范圍為水土流失極度敏感區(qū)。175—350 m高程范圍為水土流失敏感性較高區(qū)，這是因為:一方面該高程范圍內多為人口密集區(qū)，土地資源利用程度高，特別是三峽移民后，農村移民通過將荒山草坡改造成坡耕地來獲得賴以生存的土地，導致水土流失加劇，移民時因修路、建房挖土拋石所造成的土壤流失量巨大;另一方面，三峽水庫兩岸175—350 m高程范圍內溝壑縱橫、坡度陡(15°以上的土地占土地總面積的74%)、相對高差大，地質災害就易發(fā)生。海拔越高人類活動強度越小，庫區(qū)內海拔350—800 m范圍為農業(yè)區(qū)，800—1300 m范圍為農林混交區(qū)，＞1300 m范圍為林牧交錯區(qū)。重慶三峽庫區(qū)DEM單因子敏感性分布見圖1。

3.2 坡度因子

一般說來，坡度越陡越易導致水土流失。據黃閏泉研究［5］，當坡耕地坡度為5°時，土壤侵蝕模數約為700 t/(km2·a)，15°時約為 8500 t/(km2·a)，25°以上時在12000 t/(km2·a)以上，最高可達20000 t/(km2·a)。參考土壤侵蝕等級標準，本研究將坡度因子劃分為:＜5°的為不敏感區(qū)，5°—15°的為輕度敏感區(qū)，15°—25°的為中度敏感區(qū)，25°—35°的為高度敏感區(qū)，＞35°的為極度敏感區(qū)。重慶三峽庫區(qū)坡度單因子敏感性分布見圖2。

3.3 降水因子

降水是影響水土流失的重要因子。重慶三峽庫區(qū)多年平均降水量1185 mm，其中4—9月份降水量占年降水量的70%，且多以暴雨形式出現。在高強度的降水作用下，一方面雨滴下落產生強大的動能擊濺表層土壤，另一方面雨水形成的地表徑流沖刷坡地土壤，造成了嚴重的水土流失，同時地表徑流還促使溝谷發(fā)展，增大了地表的切割密度和坡度，加劇了水土流失。本研究根據庫區(qū)內20個雨量站觀測的4—9月份降水量數據，利用GIS空間插值方法獲得降水的空間分布，然后采用等間隔降水量方法制作了降水單因子敏感性圖(圖3)。

3.4 地表物質因子

地表物質因子主要是指土壤性狀和巖性條件的差異對水土流失的影響。重慶三峽庫區(qū)地表物質敏感性分布見圖4。庫區(qū)東部出露地層以石灰?guī)r、紫色砂頁巖為主，西部多為紫色砂頁巖，也有少部分石灰?guī)r、石英砂巖和頁巖出露。庫區(qū)內古地層的板巖、千枚巖、黏土層及紫色砂頁巖等易風化的軟弱巖層出露面積廣，很容易受到水蝕，為庫區(qū)水土流失的產生提供了豐富的固體物質［6］。在紫色砂泥巖地區(qū)發(fā)育的紫色土和風化花崗巖地區(qū)發(fā)育的粗骨土土層淺薄，一般淺于20 cm，富含巖石碎屑，表土以下為不同厚度的風化巖層，有機質少，水穩(wěn)性差，抗蝕性和穩(wěn)定性均弱，且植被覆蓋率低，在大雨、暴雨作用下土壤流失嚴重;新積土成土時間較短，土壤尚未固結，質地疏松，且未形成穩(wěn)定的植被類型，雨水下滲飽和后造成大片土壤順坡下泄;黃壤、黃棕壤一般土壤結構良好，抗蝕性稍強。

3.5 地質災害因子

三峽庫區(qū)是我國崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蝕最為嚴重的地區(qū)之一。研究中根據地質災害統計數據和重慶市地質災害易發(fā)程度圖，將該區(qū)地質災害易發(fā)程度分為5個等級(圖5)，其中:長江及其支流烏江沿線為V形河谷，谷坡陡峻，巖層向河谷傾斜，為地質災害極度敏感區(qū);庫區(qū)東部廣大地區(qū)和西南部山勢陡峻，為地質災害易發(fā)區(qū);西部為方山丘陵地貌，地形起伏小，為地質災害低易發(fā)區(qū)。

圖5 地質災害因子敏感性空間分布

3.6 土地利用因子

土地利用直接影響著植被覆蓋率和土壤受擾動的程度，從而影響水土流失程度。據測定，樹冠可截留15%～40%的降水，進入林地的降水，經過枯枝落葉層的吸收表土不受沖，富含有機質的森林沃土水穩(wěn)性團粒結構好、透水性強，可將50%～的降水轉變?yōu)榈叵滤A存起來，地表徑流不超過1%。加之樹根深入地下，盤根錯節(jié)，牢牢地保護著土壤免受侵蝕［7］。而城鎮(zhèn)、道路、房屋建設所產生的采石場和取土場以及采礦用地地表植被遭到破壞，土壤受到強烈擾動，土壤結構發(fā)生了變化，土壤侵蝕劇烈。坡耕地是庫區(qū)水土流失最嚴重的地類，在重慶三峽庫區(qū)，旱坡地在耕地中所占的比例高達72.2%，其中水土流失強度較高的15°以上坡耕地面積占旱坡耕地總面積的57.37%［4］?；牟莸睾透呱讲莸閰^(qū)，草的存在減小了雨滴對土壤的濺蝕作用，削弱了雨水對土壤的沖擊強度，植物根系又能夠固結土壤和改良土壤結構。園地的植被覆蓋度一般超過50%，且在一定程度上能夠減少對地表土層的翻耕力度，水土流失不明顯。重慶三峽庫區(qū)土地利用因子敏感性分布見圖6。

圖6 土地利用因子敏感性空間分布

4 綜合評價

由于各單因子對水土流失敏感性的作用程度不同，所以為了科學地確定重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性的空間格局，研究采用專家打分法確定各單因子權重(表2)。權重值越大，說明該單因子對庫區(qū)水土流失敏感性的影響就越大。按照權重的大小在ArcGIS中將各單因子敏感性數據進行空間疊加處理，得到重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性空間分布圖。疊加產生的綜合敏感區(qū)的得分值為1.58～4.30，并采用Natural Break法重新分級，得到水土流失綜合敏感性空間分布見圖7。

表2 單因子敏感性因子權重

重慶三峽庫區(qū)內水土流失以中、高度敏感性為主，分別占庫區(qū)總面積的43.35%、36.0%;輕度敏感性面積占庫區(qū)總面積的14.39%;不敏感區(qū)和極度敏感區(qū)面積相對較小，分別占1.04%和5.23%。從水土流失敏感性空間分布格局來看，極度敏感區(qū)主要集中分布在庫區(qū)東部的長江沿線以及開縣、萬州、云陽的部分地區(qū)，是各單因子水土流失極度敏感區(qū)，區(qū)內山高、坡陡、降雨量多且強度大、坡耕地所占比例大，且多崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。中、高度敏感區(qū)多分布在涪陵以東的庫區(qū)，該區(qū)坡度大，紫色土、石灰土、新積土等易侵蝕土壤分布廣且以坡耕地為主要的農業(yè)用地，水土流失敏感性較高。庫區(qū)西部降雨量較東部少，多為方山丘陵地貌，坡度較東部緩，土地利用以水田、望天田為主，其水土流失以輕度、中度敏感為主。就縣域范圍來講，萬州、開縣、云陽等區(qū)縣水土流失最為敏感，其中度以上敏感性面積分別占各區(qū)縣總面積的93.40%、91.47%和90.66%;其次為忠縣、巫山、巫溪、奉節(jié)、豐都縣。重慶主城各區(qū)水土流失敏感性以輕度為主，各區(qū)縣不同等級敏感性分布情況見表3。

圖7 重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性空間分布

表3 重慶三峽庫區(qū)各區(qū)縣不同等級水土流失敏感性分布

5 結語

(1)重慶三峽庫區(qū)水土流失敏感性程度較高，輕、中、高度敏感性面積占庫區(qū)總面積的93.74%，其中區(qū)內東部為中、高度敏感區(qū)，西部以輕、中度敏感區(qū)為主，不敏感和極度敏感區(qū)域面積很小。

(2)采用GIS空間疊加技術能夠科學地界定水土流失敏感性不同等級的空間分布，它已成為區(qū)域水土流失敏感性評價的一種新的有效方法。但是，在進行小流域范圍內水土流失敏感性評價時，評價因子的選取要結合研究區(qū)水土流失最敏感的因子。本研究充分考慮重慶三峽庫區(qū)內高程、土地利用、地質災害等水土流失的重要影響因子，因而研究結果更加準確、科學。

(3)水土流失敏感性分析是對區(qū)域發(fā)生水土流失可能性程度的一種預測，其預測結果為進行水土流失防治提供了依據。在水土流失高度敏感、極度敏感地區(qū)，應盡快建立生態(tài)防護林，加大區(qū)內尤其是25°以上陡坡地的退耕還林還草工作力度。在中度敏感區(qū)應以坡耕地和荒山荒坡綜合整治為切入點，因地制宜地布設工程措施、植物措施、耕作措施，對坡耕地進行改造，建設基本農田，積極發(fā)展林果業(yè)和高效牧草等種植業(yè)。在輕度水土流失敏感區(qū)和水土流失不敏感區(qū)，應大力開展植樹造林，改善生態(tài)環(huán)境，大力實施生態(tài)修復，注重生態(tài)環(huán)境保護。

［1］李陽兵，邵景安，王世杰，等.基于巖溶生態(tài)系統特性的水土流失敏感性評價［J］.山地學報，2007，25(6):671 －677.

［2］徐廣才，康慕誼，趙從舉，等.阜康市生態(tài)敏感性評價研究［J］.北京師范大學學報:自然科學版，2007，43(1):88－92.

［3］郭宏忠，于亞莉.重慶三峽庫區(qū)水土流失動態(tài)變化與防治對策［J］.中國水土保持，2010(4):58－59.

［4］陳國建，吳德濤，王彩霞，等.三峽庫區(qū)重慶段水土流失動態(tài)變化［J］.中國水土保持科學，2009，7(5):105 －110.

［5］黃閏泉，胡吉明，蔡晟，等.三峽庫區(qū)坡耕地農林復合生態(tài)系統水文效益研究［C］//林業(yè)部科技司.林業(yè)部青年學術討論會論文集.北京:中國林業(yè)出版社，1995:197－203.

［6］張崇慶.三峽庫區(qū)水土流失及其防治對策［J］.中國水土保持，2002(6):9－10.

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