基于N-SPECT模型的膠東半島土壤侵蝕及泥沙入海通量研究

常遠(yuǎn)勇, 侯西勇, 于良巨, 毋 亭,3

(1.上海市氣象科學(xué)研究所, 上海 200030; 2.中國(guó)科學(xué)院 煙臺(tái)海岸帶研究所, 山東 煙臺(tái) 264003; 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

基于N-SPECT模型的膠東半島土壤侵蝕及泥沙入海通量研究

常遠(yuǎn)勇1,2, 侯西勇2, 于良巨2, 毋 亭2,3

(1.上海市氣象科學(xué)研究所, 上海 200030; 2.中國(guó)科學(xué)院 煙臺(tái)海岸帶研究所, 山東 煙臺(tái) 264003; 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

摘要：[目的] 探討土壤侵蝕與土地利用的關(guān)系，為膠東半島海岸帶水環(huán)境保護(hù)和治理以及流域綜合管理提供必要的技術(shù)支持和參考依據(jù)。[方法] 在RS-GIS技術(shù)支持下，基于N-SPECT模型，對(duì)膠東半島2006—2010年土壤侵蝕量及泥沙入海通量進(jìn)行模擬。[結(jié)果] 土壤侵蝕高值區(qū)集中于半島東部和南部，低值區(qū)主要分布于半島中部和中南部。大沽河流域、五龍河流域和大沽夾河流域3大流域?qū)φ麄€(gè)膠東半島的土壤侵蝕貢獻(xiàn)最大。針對(duì)3大流域之外的其他半島區(qū)域，按照匯水區(qū)劃分岸段，各岸段單位長(zhǎng)度泥沙入海通量的空間差異顯著，青島市城陽(yáng)區(qū)海岸、青島南端(膠南)海岸、萊州灣東部海岸和威海西南端海岸泥沙通量最大。[結(jié)論] 土壤侵蝕和產(chǎn)沙與源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?？傮w而言，耕地主導(dǎo)型區(qū)域是土壤侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域，而林地和草地具有減輕土壤侵蝕的作用。

關(guān)鍵詞：膠東半島; 海岸帶; 土壤侵蝕; 泥沙通量; 土地利用

土壤侵蝕不僅破壞土地資源，引起土地生產(chǎn)力下降和土壤理化性質(zhì)變劣，而且加劇區(qū)域洪澇、干旱、滑坡、泥石流等災(zāi)害的發(fā)生；土壤侵蝕對(duì)作物營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)和區(qū)域氣候、植被、水文條件的變化有著重要的影響，是陸地生態(tài)系統(tǒng)退化的主要影響因子，也是制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展的重要因素[1-2]。對(duì)區(qū)域土壤侵蝕進(jìn)行定量評(píng)估，分析土壤侵蝕時(shí)空變化特征，對(duì)于因地制宜采取有效措施保持水土，減輕和控制土壤侵蝕具有重要的意義。泥沙侵蝕、搬運(yùn)和沉積是一個(gè)系統(tǒng)的地表過程。河流搬運(yùn)泥沙堆積形成廣袤的沖積平原和河口三角洲，然而，泥沙輸運(yùn)和沉積也會(huì)引起災(zāi)害和環(huán)境問題，例如，河道及湖泊淤積、近海水體富營(yíng)養(yǎng)化等。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)泥沙入海通量進(jìn)行了模擬研究，例如Syvitski等[3]研究表明全球每年因土壤侵蝕增加河流泥沙，造成的輸沙率是1.70×109～2.80×109t，Walling等[4]對(duì)泰國(guó)Chao Phraya河徑流量和泥沙入海通量進(jìn)行定量評(píng)估，以及對(duì)全球147條河流的水沙輸運(yùn)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)近50%的河流輸沙率有下降趨勢(shì)；李國(guó)勝等[5]用數(shù)值模擬的方法對(duì)黃河入海泥沙輸運(yùn)進(jìn)行模擬研究；李希寧等[6]根據(jù)面積增長(zhǎng)率與河流輸沙率的相關(guān)圖得出黃河三角洲堆積—侵蝕轉(zhuǎn)換的臨界河流輸沙率為2.45×l08～2.78×l08t/a；Zhang等[7]利用流量和輸沙的擬合曲線得出珠江流域的輸沙1980年左右達(dá)到最大值，1990年后則急劇減少，指出20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)初期由于人類活動(dòng)的影響珠江的入海泥沙分別下降了26.8和50.46 Mt/a。

N-SPECT(non-point source pollution and erosion comparison tool)模型是由美國(guó)NOAA海岸帶服務(wù)中心于2004年開發(fā)的用于水文—水環(huán)境模擬的半分布式集總模型，該模型集成了分布式模型和集總模型的優(yōu)點(diǎn)，在滿足一定精度要求條件下，大大降低了模型參數(shù)準(zhǔn)備及設(shè)定的復(fù)雜性，具有簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)和精度較好等優(yōu)點(diǎn)。N—SPECT模型基于修正通用土壤侵蝕方程(revised universal soil loss equation， RUSLE)對(duì)土壤侵蝕量進(jìn)行模擬，RUSLE模型是當(dāng)今土壤侵蝕量定量模擬最普遍采用的模型，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的研究和應(yīng)用[8]。目前，基于N-SPECT模型的相關(guān)研究主要集中在國(guó)外，如Paris等[9]對(duì)中美洲區(qū)域河流和暗礁連通性進(jìn)行的研究等。

膠東半島是中國(guó)第一大半島，區(qū)位優(yōu)越、資源豐富，是中國(guó)重要的特色農(nóng)業(yè)區(qū)和海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)。改革開放以來，受氣候、人文、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等的影響，膠東半島經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，成為中國(guó)最具經(jīng)濟(jì)活力和競(jìng)爭(zhēng)力的地區(qū)之一。但是，伴隨著土地資源的高強(qiáng)度開發(fā)、農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)等，區(qū)域水土流失嚴(yán)重，土壤侵蝕造成的營(yíng)養(yǎng)元素伴隨泥沙等沉積物通過河流系統(tǒng)輸送至近岸海域，對(duì)海岸帶環(huán)境和生態(tài)造成極大的沖擊。因此，本文以膠東半島為案例區(qū)，應(yīng)用RS，GIS技術(shù)，結(jié)合土壤侵蝕模型，對(duì)膠東半島2006—2010年土壤侵蝕與泥沙入海通量進(jìn)行模擬，分析土壤侵蝕空間格局特征，探索土壤侵蝕與土地利用結(jié)構(gòu)的關(guān)系。研究可為膠東半島海岸帶水環(huán)境保護(hù)和治理以及流域綜合管理提供必要的技術(shù)支持和參考依據(jù)。

1研究區(qū)介紹

膠東半島是山東省膠萊河以東的區(qū)域，西北臨渤海，東北和南部臨黃海，西部與華北平原連接，是中國(guó)最大的半島[10]。膠東半島屬中朝準(zhǔn)地臺(tái)膠遼臺(tái)隆，全區(qū)分為半島北部侵蝕低山丘陵區(qū)、半島中部侵蝕平原區(qū)、半島北部濱海沖積平原區(qū)、膠萊河沖積平原區(qū)、半島東部侵蝕低山丘陵區(qū)、蠟山侵蝕中低山丘陵區(qū)等地貌類型區(qū)，丘陵地貌廣泛分布，面積占60%以上。屬暖溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，四季分明，1月(最冷月)均溫-3~-1 ℃，8月(最熱月)均溫約25 ℃，年降水量650～850 mm，約60%的降水集中于夏季。地帶性土壤為典型棕色森林土，多分布在緩坡地和排水良好的平地，主要是辟為農(nóng)田和果園，低山丘陵中上部殘積、坡積物上的粗骨棕壤土層淺薄、質(zhì)地較粗，多種植花生、甘薯等作物。半島中部由大澤山、艾山、昆崳山、偉德山等構(gòu)成一個(gè)西南東北向的天然分水嶺，形成南北分流的不對(duì)稱水系，界河、黃水河、大沽夾河、沁水河、辛安河等北流入渤、黃海；大沽河、五龍河、母豬河、乳山河等南流入黃海。大部分河流呈南北流向，河道彎曲、比降較大，雨季行洪期間水深流急，枯水季節(jié)水淺流緩甚至斷流。

為便于研究，首先基于SRTM—DEM數(shù)據(jù)，借助ArcGIS 9.3軟件中的流域分析功能，依據(jù)匯流量大小將膠東半島劃分為3個(gè)主要流域及29個(gè)小流域(對(duì)若干面積很小的流域進(jìn)行了合并處理)，進(jìn)而，依據(jù)流域邊界確定半島的西部邊界，所劃定的膠東半島的空間范圍與傳統(tǒng)意義差異不大，涵蓋煙臺(tái)和威海兩市的全部、青島市的大部以及濰坊市的局部，面積為2.79×104km2。

2研究方法

2.1　土壤侵蝕模型

Wischmeier等[11]于20世紀(jì)60年代提出通用土壤侵蝕模型(USLE)，經(jīng)Renard等[12]發(fā)展為修正通用土壤侵蝕模型(RUSLE)，該模型形式簡(jiǎn)潔，是目前預(yù)測(cè)土壤侵蝕最為廣泛使用的方法。該方程將影響土壤侵蝕的6個(gè)因子連乘，其定型模式為：

A=R·K·L·S·C·P

(1)

式中：A——土壤侵蝕量〔t/(hm2·a)〕；R——降雨和徑流因子〔(MJ·mm)/(hm2·h·a)〕；K——土壤可蝕性因子〔(t·hm2·h)/(hm2·MJ·mm)〕；L，S——坡度坡長(zhǎng)因子；C，P——地表覆蓋和水土保持措施因子。

N—SPECT模型計(jì)算土壤侵蝕產(chǎn)沙量的關(guān)鍵是土壤侵蝕量的計(jì)算和泥沙輸移比(sediment delivery ratio，SDR)的計(jì)算，二者相乘即得到對(duì)應(yīng)的土壤侵蝕產(chǎn)沙量。模型基于RUSLE方程估算土壤侵蝕量，利用Williams[13]提出的方法計(jì)算泥沙輸移如下：

SDR=13.66-11·da-0.197 2·zl·CN

(2)

式中：SDR——泥沙輸移比；da——柵格像元面積；zl——基于DEM得到，其在數(shù)值上等于沿著水流方向，相鄰像元的高程之差與相鄰像元中心點(diǎn)距離之比； CN——SCS曲線數(shù)，其確定分為3個(gè)步驟[14]：

(1) 根據(jù)土壤水分的最小滲透率劃分4組水文土壤類型，以此來確定研究區(qū)土壤的水文土壤組屬性。

(2) 考慮土壤的前期濕度條件，參照AMCⅢ級(jí)劃分指標(biāo)來客觀定義土壤前期濕度。AMCⅢ級(jí)劃分指標(biāo)的具體內(nèi)容如下：AMC I：土壤干旱，但未達(dá)到植物萎蔫點(diǎn)，有良好的耕作及耕種；AMC Ⅱ：發(fā)生洪泛時(shí)的平均情況，即許多流域洪水發(fā)生前夕的土壤水分平均狀況；AMC Ⅲ：暴雨前的5 d內(nèi)有大雨或小雨及低溫出現(xiàn)，土壤水分幾乎呈飽和狀況。

(3) 綜合研究區(qū)的土地利用類型、水文土壤組特征和土壤前期濕度條件，在美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局提出的CN表中查找并確定適用的CN值[15]。本研究所得CN值如表1所示。

表1　膠東半島區(qū)域SCS曲線CN值

2.2　模型參數(shù)計(jì)算方法

2.2.1降雨可蝕性因子降雨侵蝕力因子R值與降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、雨滴大小及下降速度有關(guān)，它反映了降雨對(duì)土壤的潛在侵蝕能力。本文利用楊娟等[16]提出的利用多年平均降雨量和多年月平均降雨量計(jì)算降雨侵蝕力的經(jīng)驗(yàn)如公式(3)：

(3)

式中：Pi——每年的月降水量(mm)；p——每年的年降水總量(mm)。

膠東半島氣象臺(tái)站數(shù)量有限，且空間分布不均勻，因此，降水信息選用TRMM3B42降水產(chǎn)品，該數(shù)據(jù)是1998年以來全球(180°W—180°E，50°S—50°N)格點(diǎn)降水資料，空間分辨率為0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為3 h[17]。匯總膠東半島2006—2010年各月和各年的降水量，用于計(jì)算該時(shí)段降雨可蝕性因子。

2.2.2土壤可蝕性因子土壤可蝕性是指土壤遭受侵蝕的敏感程度，是土壤抵抗由降雨、徑流產(chǎn)生的侵蝕能力的綜合體現(xiàn)，也可表示土壤受侵蝕的潛在可能性。本研究采用1990年Zhang等[18]在侵蝕—生產(chǎn)力影響評(píng)價(jià)模型(EPIC)中發(fā)展形成的土壤可蝕性因子K值計(jì)算公式：

K={0.2+0.3exp{-0.025 6San(1-Sil/100)}}/〔Sil/(Cla+Sil)〕0.3×{1-0.25C/〔C+exp(3.72-2.95C)〕}×{1-0.75SN1/〔SN1+exp(-5.51+22.9×SN1)〕}

(4)

式中：San——砂粒含量(%);Sil——粉砂含量(%);Cla——黏粒含量(%);C——有機(jī)碳含量(%)；SN1=1-San/100。其中，砂粒(0.1～2 mm)，粉砂(0.002～0.1 mm)，黏粒(<0.002 mm)。

土壤信息來自于《山東土壤》，是全省第二次土壤調(diào)查的匯編成果，統(tǒng)計(jì)膠東半島土壤采樣點(diǎn)的粒徑、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量等信息，通過土壤級(jí)配[19]得到各土壤粒徑百分比含量，進(jìn)而對(duì)采樣點(diǎn)K值進(jìn)行空間插值得到膠東半島K值空間分布。

2.2.3坡度坡長(zhǎng)因子坡度、坡長(zhǎng)因子(L，S因子)反映地形地貌對(duì)土壤侵蝕的影響，可基于數(shù)字高程模型(DEM)提取。本文選用Aster Gdem數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是基于美國(guó)航天局(NASA)新一代對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星TERRA的觀測(cè)結(jié)果制作完成，數(shù)據(jù)覆蓋北緯83°到南緯83°之間的所有陸地區(qū)域，空間分辨率30 m[20]。根據(jù)Renard等[12]提出的方法計(jì)算L，S因子，如公式(5—7)：

L=(λ/72.6)m

(5)

S=10.8×sinθ+0.03(θ<9%)

(6)

S=16.8×sinθ-0.50(θ>9%)

(7)

式中：L，S——坡長(zhǎng)、坡度；λ——坡長(zhǎng)；θ——坡度角；m——待定參數(shù)。與地形有關(guān)，可查閱模型技術(shù)手冊(cè)確定。

2.2.4地表覆蓋和水土保持因子N-SPECT模型中，地表覆蓋和水土保持因子(C，P因子)由土地利用類型決定，根據(jù)不同的土地利用類型，通過查閱模型技術(shù)手冊(cè)確定對(duì)應(yīng)的C，P因子值。本文基于2005年的Landsat ETM+影像信息解譯得到土地利用數(shù)據(jù)，分為耕地、林地、草地、水體、城鎮(zhèn)、村莊和交通工礦7個(gè)類型(如表2所示)。

表2　流域土地利用類型及CP因子值

3結(jié)果與分析

3.1　膠東半島土壤侵蝕量分析

3.1.1土壤侵蝕量空間格局在像元尺度計(jì)算膠東半島2006—2010年土壤侵蝕模數(shù)，如附圖8所示?？梢?，土壤侵蝕模數(shù)空間差異顯著、格局復(fù)雜，總體來看，高值區(qū)主要分布于半島東部，低值區(qū)主要分布于半島中部和中南部，膠州灣北部和東部區(qū)域形成一個(gè)明顯的環(huán)狀低值區(qū)；對(duì)照各年份土地利用狀況，發(fā)現(xiàn)高值區(qū)土地利用類型多為耕地，中部低值區(qū)土地利用類型多為林地和草地，中南部區(qū)域土地利用類型雖為耕地，但是地勢(shì)平坦，坡面水流能量較小，不易產(chǎn)生土壤侵蝕。

3.1.2不同流域土壤侵蝕量附圖9a展示了2006—2010年不同流域的年平均土壤侵蝕量，32個(gè)流域中，大沽河流域(流域1)、五龍河流域(流域2)和大沽夾河流域(流域3)的土壤侵蝕貢獻(xiàn)量最大，3個(gè)流域土壤侵蝕量占整個(gè)膠東半島土壤侵蝕量的比例分別達(dá)15.9%，10.7%和8.0%。統(tǒng)計(jì)不同流域單位面積輸出負(fù)荷，如附圖9b，數(shù)值最高的是西乳山口(流域17)，最低的是桃園河流域(流域27)，單位面積輸出負(fù)荷高的流域多位于膠東半島東部沿海和膠州灣南部區(qū)域，低值區(qū)大都位于半島北部環(huán)渤海周邊，大沽河流域作為膠東半島最大的流域，其單位面積土壤侵蝕負(fù)荷也相對(duì)較小。

3.2　泥沙入海通量分析

3.2.1膠東半島泥沙入海通量膠東半島內(nèi)陸腹地較小，降水和徑流的季節(jié)性顯著，夏季多暴雨洪水，較短時(shí)間內(nèi)徑流和泥沙即可入海。對(duì)于29個(gè)較小的流域，暴雨過程中大量泥沙伴隨坡面漫流經(jīng)過岸線排入海中，而對(duì)于大沽河、五龍河、大沽夾河3個(gè)主要的流域，泥沙則通過3個(gè)河流入?？谥苯优湃牒Ｖ?，造成嚴(yán)重的水環(huán)境問題。因此，針對(duì)32個(gè)流域，分別統(tǒng)計(jì)其年平均泥沙入海通量(圖1)，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)29個(gè)較小的流域，計(jì)算單位長(zhǎng)度岸線的泥沙通量，并分等定級(jí)(表3)，用于分析內(nèi)陸土壤侵蝕所導(dǎo)致的海岸帶水體環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)特征(圖2)。

圖1　河口及岸段泥沙入海通量注：河口及岸段編號(hào)分別代表：1.大沽河河口； 2.大沽夾河河口； 3.東萊州灣； 4.廟島海峽； 5.金山港； 6.雞鳴島； 7.桑溝灣； 8.靖海灣； 9.浪暖口； 10.西乳山口； 11.北丁字灣； 12.大橋?yàn)常?13.東膠州灣； 14.西北膠州灣； 15.靈山灣； 16.利根灣； 17.瑯琊(臺(tái)灣)。下同。

圖2　土壤侵蝕所導(dǎo)致的海岸帶水體環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)特征

表3　泥沙通量分級(jí)與對(duì)應(yīng)的水體環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別

注：Ⅰ級(jí)指低通量； Ⅱ級(jí)指中等通量； Ⅲ級(jí)指較高通量； Ⅳ級(jí)指高通量。

平均每年分別約有1 590，1 220和770 kg的泥沙通過大沽河、五龍河、大沽夾河河口排入近岸海域；29個(gè)岸段泥沙年入海通量差異較大，膠東半島東南部岸段泥沙入海通量最高，如岸段16，17，19等，泥沙年入海通量都在400 kg以上，半島南部岸段年泥沙入海通量最小，如岸段29，31，32，泥沙年入海通量都在90 kg以下。

各岸段泥沙通量差異明顯，高通量岸段主要是城市化過程突出的青島城陽(yáng)區(qū)海岸、農(nóng)業(yè)活動(dòng)密集的青島最南端(膠南市)海岸、萊州灣東部海岸以及威海西南端海岸，這些岸段的泥沙通量及其對(duì)水環(huán)境的壓力大，瑯琊臺(tái)灣和膠州灣東北部岸段(岸段32和26)單位長(zhǎng)度泥沙通量最高，水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)最突出；較高通量岸段空間分布較為分散，如岸段4，13，22，水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較為突出；中等通量岸段主要位于半島北部海岸和青島市東北部海岸；低通量岸段則主要分布于膠東半島東部(威海段)和東南部(青島段)岸段，如岸段12，14，29，其泥沙入海對(duì)水環(huán)境影響較小。

3.2.2泥沙入海通量與源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的關(guān)系

為了進(jìn)一步探討膠東半島泥沙入海通量與源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的關(guān)系，統(tǒng)計(jì)每個(gè)通量級(jí)別岸段對(duì)應(yīng)源區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)(圖3)，總體而言，各個(gè)通量級(jí)別對(duì)應(yīng)源區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)差異較大。其中，Ⅳ，Ⅲ，Ⅱ級(jí)別源區(qū)的耕地比重突出，林、草地比例較小，居民地和工礦用地極少，例如，Ⅳ級(jí)流域中耕地比重普遍大于60%，居民地和工礦用地則均在10%以下。I級(jí)源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)兩大類型，一類是居民地—交通工礦主導(dǎo)型，如岸段25，27對(duì)應(yīng)源區(qū)的居民地和交通工礦用地超過50%，耕地和林草地面積比例較?。涣硪活愂歉貎?yōu)勢(shì)不明顯，但林、草地比例較高的區(qū)域，如岸段12，29，31等對(duì)應(yīng)源區(qū)的林、草地比例在30%左右。Ⅳ與Ⅲ級(jí)別源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)中，耕地都占很大比例，這些區(qū)域受人工耕作等影響，土壤松軟，在雨水、徑流的帶動(dòng)下，很容易發(fā)生土壤侵蝕，造成泥沙輸移；Ⅱ級(jí)源區(qū)雖然耕地也占較大的比例，然而林草地、交通工礦用地也有較高的比例，減輕了土壤侵蝕強(qiáng)度；I級(jí)源區(qū)中居民地、交通工礦、林草地廣泛分布，大大減輕了土壤侵蝕強(qiáng)度，泥沙產(chǎn)量較少，對(duì)近岸水體的影響較小。

圖3　各通量級(jí)別岸段源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)

4結(jié) 論

(1) 土壤侵蝕高值區(qū)集中于半島東部和南部，低值區(qū)主要分布于半島中部和中南部，大沽河流域、五龍河流域、大沽夾河流域?qū)φ麄€(gè)膠東半島區(qū)域土壤侵蝕量的貢獻(xiàn)最大；單位面積土壤侵蝕輸出負(fù)荷高的流域主要分布于半島東部沿海和膠州灣南部區(qū)域，低值區(qū)大都位于環(huán)渤海區(qū)域。

(2) 各岸段單位長(zhǎng)度泥沙通量差異明顯，高通量岸段主要位于城市化突出的青島城陽(yáng)區(qū)海岸、農(nóng)業(yè)活動(dòng)密集的青島最南端海岸、萊州灣東部以及威海西南部海岸，對(duì)沿岸水環(huán)境影響較大，膠東半島東北部(威海段)和東南部(青島段)單位長(zhǎng)度岸段泥沙通量最小，對(duì)沿岸水環(huán)境壓力最小。

(3) 土壤侵蝕強(qiáng)度與土地利用結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，各通量級(jí)別對(duì)應(yīng)源區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)差異顯著，總體而言，耕地主導(dǎo)型區(qū)域是土壤侵蝕的關(guān)鍵源區(qū)，而林地和草地具有減輕土壤侵蝕和泥沙入海通量的作用。

基于通用土壤侵蝕模型模擬土壤侵蝕和泥沙通量是一種行之有效的研究方法，尤其適合于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)缺失或嚴(yán)重不足區(qū)域的研究。本文基于GIS技術(shù)將膠東半島劃分為32個(gè)流域單元，并對(duì)其土壤侵蝕以及河口和岸段的泥沙通量進(jìn)行模擬，受水庫(kù)泥沙沉積數(shù)據(jù)缺失等因素影響，對(duì)部分流域泥沙通量的評(píng)估尚存在一定的偏差，盡管如此，從土壤侵蝕和泥沙源區(qū)空間格局、河口和海岸帶水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與格局等角度出發(fā)，本文研究仍具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義和現(xiàn)勢(shì)性特征，能夠?yàn)槟z東半島海岸帶水環(huán)境的保護(hù)與治理以及流域綜合管理和海岸帶綜合管理的結(jié)合提供有效的技術(shù)支持和參考依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙善倫,尹民,張偉.GIS支持下的山東省土壤侵蝕空間特征分析[J].地理科學(xué),2002,22(6):694-699.

[2]許峰,郭索彥,張?jiān)鱿?20世紀(jì)末中國(guó)土壤侵蝕的空間分布特征[J].地理學(xué)報(bào),2003,58(1):139-146.

[3]Syvitski J P M, Vorosmarty C J, Kettner A J, et al. Impacts of humans on the flux of terrestrial sediment to the global coastal ocean[J]. Science, 2005,308(5720):376-380.

[4]Walling D E, Fang D. Recent trends in the suspended sediment loads of the world river [J]. Global and Planetary Change, 2003,39(1/2):111-126.

[5]李國(guó)勝,王海龍,董超.黃河入海泥沙輸運(yùn)及沉積過程的數(shù)值模擬[J].地理學(xué)報(bào),2005,60(5):707-716.

[6]李希寧,劉曙光,李從先.黃河三角洲沖游平衡的來沙量臨界值分析[J].人民黃河,2001,23(3):20-23.

[7]Zhang Wei, Wei Xiaoyan, Zheng Jinhai, et al. Estimating suspended sediment loads in the Pearl River Delta region using sediment rating curves[J]. Continental Shelf Research, 2012,38:35-46.

[8]彭建,李丹丹,張玉清.基于GIS和RUSLE的滇西北山區(qū)土壤侵蝕空間特征分析:以云南省麗江縣為例[J].山地學(xué)報(bào),2007,25(5):548-556.

[9]Paris C B, Cherubin L M. River-reef connectivity in the Meso-American Region [J]. Coral Reefs, 2008,27(4): 773-781.

[10]劉亞龍,王慶,畢景芝,等.基于Mann—Kendall方法的膠東半島海岸帶歸一化植被指數(shù)趨勢(shì)分析[J].海洋學(xué)報(bào),2010,32(3):79-87.

[11]董磊,彭明春,王崇云,等.基于USLE和GIS/RS的滇池流域土壤侵蝕研究[J].水土保持研究,2012,19(2):11-15.

[12]Renard K G, Foster G R, Weesies G A, et al. Predicting Soil Erosion by Water: A Guide to Conservation Planning with Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE)[M]∥Agriculture Handbook NO.703. Washington D. C: United States Government Printing Office, 1997.

[13]Williams J R. Sediment delivery ratios determined with sediment and runoff models[M].Erosion and Solid Matter Transport in Inland Waters. IAHS-AISH Pub, 1997,122:168-179.

[14]U. S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service. Hydrology [M]∥SCS National Engineering Handbook”: Section 4. U. S. Gov. Print. Office:Washington D C, 1972.

[15]羅利芳,張科利,符素華.徑流曲線數(shù)法在黃土高原地表徑流量計(jì)算中的應(yīng)用[J].水土保持通報(bào),2002,22(3):58-61.

[16]楊娟,葛劍平,李慶斌.基于GIS和USLE的臥龍地區(qū)小流域土壤侵蝕預(yù)報(bào)[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),2006,46(9):1526-1529.

[17]Zhu Qiang, Chen Xiuwan, Fan Qixiang, et al. A new procedure to estimate the rainfall erosivity factor based on Tropical Rainfall Measuring Mission(TRMM)data[J]. Science China Technological Sciences, 2011,54(9):2437-2445.

[18]Zhang Keli, Shu Anping, Xu Xianli, et al. Soil erodibility and its estimation for agricultural soils in China[J]. Journal of Arid Environments, 2008,72(6):1002-1011.

[19]陸亞秋,劉莊,李楊.太湖山丘區(qū)典型小流域AnnAGNPS模型數(shù)據(jù)庫(kù)建立研究[J].水電能源科學(xué),2010,28(2):22-25.

[20]馬士彬,安裕倫.基于ASTER GDEM數(shù)據(jù)喀斯特區(qū)域地貌類型劃分與分析[J].地理科學(xué),2012,32(3):368-373.

A Study on Soil Erosion and Sediment Flux to Coastal Waters in Jiaodong Peninsula Based on N-SPECT Model

CHANG Yuanyong1,2, HOU Xiyong2, YU Liangju2, WU Ting2,3

(1.ShanghaiMeteorologicalScienceResearchInstitute,Shanghai200030,China;

2.YantaiInstituteofCoastalZoneResearch,ChineseAcademyofSciences,Yantai,

Shandong264003,China; 3.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Abstract：[Objective] To study the relation between soil erosion and landuse patterns, in order to provide useful information for coastal water environment protection and the integrated river basin management in Jiaodong peninsula.[Methods] Taking Jiaodong Peninsula as the case study area, we evaluated soil erosion and sediment flux into coastal waters by using N-SPECT model and RS and GIS techniques.[Results] The high loads of soil erosion were found in eastern and southern coastal areas in Jiaodong peninsula, while low loads were mainly distributed in the middle and central region of the study area. The three watersheds (Dagu, Wulong and Dagujia river) contributed most to the soil erosion and sediment transportation. The sediment flux to coastal waters through shorelines exhibited high complicated spatial patterns, coastal areas in Yangcheng District, Southern Qingdao(Jiaonan City), Eastern Laizhou bay and the southwest of Weihai City have the highest sediment flux. [Conclusion] Both soil erosion and sediment were closely related to watershed land use, generally, farmland dominated areas have the most severe soil erosion, while woodland and grassland could prevent soil erosion to a great extent.

Keywords:Jiaodong peninsula; coastal zone; soil erosion; sediment flux; land use.

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1000-288X(2015)01-0187-06

中圖分類號(hào)：S157.1

通信作者：侯西勇(1976—),男(漢族),山東省泰安市人,博士,研究員,主要從事海岸帶土地利用變化、海岸帶綜合管理研究。E-mail:xyhou@yic.ac.cn。

收稿日期：2014-01-06修回日期：2014-03-07

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“膠東半島土地利用變化對(duì)近岸海域陸源非點(diǎn)源污染的影響效應(yīng)研究”(40801016)； 中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目(KZCX2-YW-224)； 中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(XDA05130703)

第一作者：常遠(yuǎn)勇(1987—),男(漢族),河南省信陽(yáng)市人,碩士，助理工程師,研究方向?yàn)槌鞘袣庀?、海岸帶環(huán)境遙感。E-mail:yychang@yic.ac.cn。