灤河流域土壤侵蝕敏感性評價分析

程林+王艷霞+田海蘭

摘要：以灤河流域為研究范圍，參考《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》及修正的通用土壤侵蝕方程（RUSLE），運用ArcGIS軟件的克里金插值、鄰域分析等功能，研究了降水、土壤質地、地形起伏度、植被狀況等因素對土壤侵蝕的敏感性，并生成灤河流域單因素敏感性評價圖。在ArcGIS柵格疊加分析功能的支持下，以對單因子的分析結果為基礎，實現(xiàn)研究區(qū)土壤侵蝕敏感性綜合評價。結果顯示，灤河流域的土壤侵蝕敏感性以中度為主，其中輕度敏感區(qū)主要位于壩上高原及灤河沖積平原，中度敏感區(qū)主要位于燕山山地，高度敏感區(qū)主要位于興隆縣、承德縣、青龍縣、平泉市、隆化縣等地區(qū)。為保障水庫及城市的安全，有必要重點加強潘家口水庫上游河流谷地及青龍縣沙壤地的水土流失防治工作。

關鍵詞：河北省；灤河流域；土壤侵蝕；敏感性；ArcGIS

中圖分類號：S157 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）22-4282-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.22.018

Abstract： Luanhe River basin was chosen as study area，reference to the Interim Regulations of Ecological Function Zoning and Revised Universal Soil Loss Equation（RUSLE），by applying the kriging interpolation and neighborhood analysis functions of ArcGIS. The research was made of the impact of rainfall，soil texture，topography and vegetation coverage on soil erosion sensitivity，maps of single-factor sensitivity evaluation was generated. Based on the evaluation results of single factor，by applying the spatial overlapping of ArcGIS，a comprehensive evaluation of soil erosion sensitivity was conducted. The results showed that moderately sensitive region was the main type of research area. Mildly sensitive region was mainly distributed in Bashang plateau and Luanhe alluvium plain. Moderately sensitive region was mainly distributed in the mountain area of Yanshan. Highly sensitive region was mainly distributed in Xinglong，Chengde，Qinglong，Pingquan and Longhua. For safety ensuring of reservoir and urban area，its necessary to enhance the soil and water conservation of moderately and highly sensitive region，especially valley in upstream of Panjiakou reservoir and sandy soil area of Qinglong.

Key words： Hebei province； Luanhe River basin； soil erosion； sensitivity； ArcGIS

土壤侵蝕容易造成土地資源破壞、土壤肥力下降、庫塘湖泊淤積、生態(tài)惡化、草原荒漠化等一系列危害[1，2]，侵蝕物質也容易成為滑坡、泥石流等地質災害的物源。中國是世界上水土流失較嚴重的國家，水土流失面廣量大[3]。為了防治土壤侵蝕災害，不同研究者基于《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》[4]或RUSLE[5]模型，以省域[6]、縣域[7]、流域[8]等不同尺度空間為研究范圍，開展土壤侵蝕敏感性評價研究。其中流域具有統(tǒng)一的出水口，水文特性相近，但同時也是復雜的綜合體，流域內不同地形地貌部位土壤性狀、植被覆蓋、土地利用等差異較大[9]。中國的流域土壤侵蝕敏感性研究以南方[8，10]居多，北方[11]較少。

灤河流域是河北省乃至華北地區(qū)主要的林果產(chǎn)業(yè)、旅游業(yè)、重工業(yè)基地之一，是京津唐城市群重要的生態(tài)屏障及水源涵養(yǎng)地，灤河沖積平原區(qū)也是河北省重要的城市分布區(qū)。本研究基于ArcGIS技術和土壤侵蝕評價系統(tǒng)，以期對灤河流域的土壤侵蝕狀況進行綜合評價，為保障流域范圍內生態(tài)建設、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城市建設提供參考。

1 研究區(qū)域概況

灤河流域，包括灤河干流、支流及附近小型入海河流的流域，地域范圍涵蓋河北省的秦皇島市、唐山市、承德市的大部分地區(qū)，內蒙古自治區(qū)多倫縣、正藍旗及遼寧省的建昌縣，面積達5.88萬km2。灤河是河北省的主要河流之一，發(fā)源于豐寧境內，主要一級支流包括小灤河、興洲河、伊遜河、武烈河、柳河、瀑河、青龍河等，附近獨流入海的山溪性河流主要有陡河、沙河、洋河、戴河、石河等（圖1）。灤河流域屬于華北地臺的一部分[12]，地勢西北高東南低，地貌單元包括壩上高原、燕山山地、華北平原，最高點為東猴頂，海拔2 292.6 m。灤河流域跨越中國東部季風區(qū)和西北干旱半干旱區(qū)，以溫帶季風氣候為主，年均氣溫5～12 ℃，夏季炎熱多雨，春秋干旱少雨，冬季寒冷干燥，多年平均降雨量為400～700 mm，且年內分配不均，6～9月降水量占全年降水量的67%～76%[13]。endprint

2 評價方法

土壤侵蝕敏感性的評價方法參考原國家環(huán)?？偩?002年頒布的《生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》[4]，以修正的通用土壤侵蝕方程（RUSLE）[5]為基礎，綜合考慮降水、地貌、植被與土壤質地等因素，確定影響土壤侵蝕的各因素的敏感性等級（表1），運用地理信息系統(tǒng)來評價土壤侵蝕敏感性及其空間分布特征。

2.2 土壤質地因子

土壤質地反映的是土壤中沙、壤、粉沙、黏土等組分的組合情況，土壤質地直接影響很多土壤水文學及土壤熱力學參數(shù)，如飽和土壤含水量、飽和水力傳導率等[16]，是影響土壤侵蝕的因子之一。利用“寒區(qū)旱區(qū)科學數(shù)據(jù)中心”（http：//westdc.westgis.ac.cn）提供的第二次全國土地調查數(shù)據(jù)，根據(jù)表1，繪制土壤侵蝕對土壤質地敏感性的分布圖。

2.3 地形起伏度

地形起伏度是單位面積內最大相對高程差，可反映地面相對高差，是描述地貌形態(tài)的定量指標，在區(qū)域評價領域有廣泛的應用[17]。根據(jù)研究區(qū)域地形特征，參考張磊[17]的研究成果，以1.4 km×1.4 km為基本單元，通過ArcGIS軟件的Focal Statistics工具提取地形起伏度。地表高程數(shù)據(jù)提取自Google Earth軟件，空間分辨率為100 m。根據(jù)表1，繪制土壤侵蝕對地形起伏度的敏感性分布圖。

2.4 植被因子

植被防止侵蝕的作用主要包括對降雨能量的削減作用、保水作用和抗侵蝕作用[18]，植被因子也是影響土壤侵蝕的敏感因素之一。利用中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）提供的 1∶100萬植被類型空間分布數(shù)據(jù)，根據(jù)表1，繪制土壤侵蝕對土壤植被因子的敏感性分布圖。

3 結果與分析

3.1 單因子對土壤侵蝕的敏感性評價

研究區(qū)土壤侵蝕對降水的敏感度為輕度和中度（圖2a、表2）。其中，中度敏感區(qū)主要分布于海拔1 000 m以上的地區(qū)，兩者的界線與壩緣山地的走向基本一致。其中降水侵蝕力最高點出現(xiàn)在燕山山地南側，即興隆縣、遵化市、遷西縣及青龍縣等地。

土壤侵蝕對土壤質地的敏感程度以中度為主（圖2b、表2），另有占研究區(qū)總面積達12%的高度敏感區(qū)。高度敏感區(qū)主要分布于研究區(qū)北部的豐寧滿族自治縣、正藍旗、多倫縣及東部的青龍縣、撫寧縣等地，其中北部以粉黏土居多，東部以沙壤土居多。

土壤侵蝕對地形起伏度的敏感程度較高（圖2c、表2），其中極敏感區(qū)達17%，主要分布在興隆縣、灤平縣及承德縣一帶。廣義的燕山山地分布區(qū)以高度敏感區(qū)為主，正藍旗、多倫縣、沽源縣等高原地區(qū)及唐山市、秦皇島的平原區(qū)對地形起伏度的敏感性相對較低。

研究區(qū)植被因子的土壤侵蝕敏感性包括輕度、中度、高度3個級別，分別占總面積的40%、21%、39%（圖2d、表2）。其中高度敏感區(qū)多沿山谷分布，多為一年一熟旱作分布區(qū)；中度敏感區(qū)主要分布在研究區(qū)南北兩側，其中北側多為稀樹灌木草原，南側平原區(qū)以兩年三熟糧作為主。

3.2 土壤侵蝕敏感性綜合評價

根據(jù)各因子的敏感性等級評價結果，利用公式1，得到研究區(qū)土壤侵蝕敏感性綜合評價結果（圖3）。由圖3可知，研究區(qū)土壤侵蝕敏感性以中度為主，占區(qū)域總面積的78%。輕度敏感區(qū)主要分布在壩上高原的沽源縣、多倫縣、正藍旗一帶及灤河沖積平原區(qū)，占區(qū)域總面積的20%。高度敏感區(qū)占區(qū)域總面積的2%，主要分布在興隆縣、承德縣、青龍縣、平泉市、隆化縣等地，其中集中分布區(qū)為興隆縣、承德縣、青龍縣，地貌單元上為灤河干流興隆段、灤河一級支流橫河、灤河二級支流起河、入海河流洋河的河谷地區(qū)。

高度敏感性分布區(qū)的分布范圍是灤河流域水土保持的重點區(qū)域。綜合各因子的特征，可見高度敏感性分布區(qū)的主要特征有降水侵蝕力高、地形起伏度較大、土壤類型多為沙壤土、農(nóng)業(yè)開發(fā)程度較高。

壩上高原地區(qū)氣候干旱，地表植被類型以荒漠為主，但是地形起伏度較低，因此土壤侵蝕敏感性總體偏低。平原區(qū)雖然農(nóng)業(yè)開發(fā)程度較高，但地形起伏度低，土壤質地的抗蝕能力總體較強，因此土壤侵蝕敏感性也較低。

4 小結

灤河流域土壤侵蝕敏感性總體以中度為主。燕山山地多為中度敏感區(qū)，壩上高原及灤河沖積平原多為輕度敏感區(qū)，興隆縣、承德縣、青龍縣、平泉市、隆化縣等地的河谷地區(qū)存在集中分布的高度敏感區(qū)。

高度敏感區(qū)多位于大中型水庫上游和城市上游，做好水土流失防治工作可為潘家口水庫等大中型水庫的正常運轉及城市防災減災工作提供重要支撐。其中重點防治區(qū)域為河谷地區(qū)農(nóng)田及陡坡森林，管理措施與工程措施相結合，做好源頭預防、泥沙攔截和降水疏導。在陡坡區(qū)或土壤質地高敏感區(qū)繼續(xù)推進實施退耕還林還草和封山育林，完善截留溝、淤地壩等工程防治措施，探索推進生態(tài)移民。

參考文獻：

[1] 王占禮.中國土壤侵蝕影響因素及其危害分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2000，16（4）：32-36.

[2] 南秋菊，華 珞.國內外土壤侵蝕研究進展[J].首都師范大學學報（自然科學版），2003，24（2）：86-95.

[3] 鄭粉莉，王占禮，楊勤科.我國土壤侵蝕科學研究回顧和展望[J].自然雜志，2008，30（1）：12-16.

[4] 國家環(huán)境保護總局.生態(tài)功能區(qū)劃技術暫行規(guī)程[EB/OL].2011-09-06.http：//ts.mep.gov.cn/stbh/stglq/200308/t20030815_90755.htm.

[5] RENARD K G，F(xiàn)OSTER G R，WEESIES G A，et al. Predicting Soil Erosion by Water：A Guide to Conservation Planning with the Revised Universal Soil Loss Equation（RUSLE）[M].Government Printing Office：Washington DC，1997.endprint

[6] 陳建軍，張樹文，李洪星，等.吉林省土壤侵蝕敏感性評價[J].水土保持通報，2005，25（3）：49-53.

[7] 鄒金浪，謝花林，楊子生，等.基于USLE的土壤侵蝕敏感性評價及其空間自相關分析——以江西省興國縣為例[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2011，32（6）：761-765.

[8] 陳燕紅，潘文斌，蔡芫鑌.基于RUSLE的流域土壤侵蝕敏感性評價——以福建省吉溪流域為例[J].山地學報，2007，25（4）：490-496.

[9] 黃金良，洪華生，張珞平，等.基于GIS和USLE的九龍江流域土壤侵蝕量預測研究[J].水土保持學報，2004，18（5）：75-79.

[10] 蘇文靜，盧 遠.左江流域土壤侵蝕敏感性評價研究[J].中國水土保持，2011（11）：35-37.

[11] 杜 軍，姚孝友，孫希華，等.基于GIS的山東沂沭泗河流域土壤侵蝕敏感性評價[J].水土保持研究，2006，13（1）：165-167.

[12] 海河水利委員會.灤河志[M].石家莊：河北人民出版社，1994.

[13] 史曉亮，楊志勇，嚴登華，等.灤河流域土地利用/覆被變化的水文響應[J].水科學進展，2014，25（1）：21-27.

[14] 趙明月，趙文武，安藝明，等.青海湖流域土壤侵蝕敏感性評價[J].中國水土保持科學，2012，10（2）：15-20.

[15] WISCHMEIER W H，SMITH D D. Predicting Rainfall Erosion Losses：A Guide to Conservation Planning，Agricultural Handbook No. 537[M].Washington DC：Agricultural Research Service—US Department of Agriculture，1978.

[16] 吳龍剛，王愛慧，盛炎平.土壤質地對中國區(qū)域陸面過程模擬的影響[J].氣候與環(huán)境研究，2014，19（5）：559-571.

[17] 張 磊.基于地形起伏度的地貌形態(tài)劃分研究[D].石家莊：河北師范大學，2009.

[18] 王萬忠，焦菊英.中國的土壤侵蝕因子定量評價研究[J].水土保持通報，1996，16（5）：1-20.endprint