基于 USLE 模型的承德市水土流失敏感性時(shí)空演變分析

賈學(xué)斌，張超，朱永明

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院，河北 保定 071000；2 北京市密云區(qū)農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣服務(wù)站，北京 101500)

水土流失是目前我們亟須解決的一個(gè)重大環(huán)境問題。由于內(nèi)外兩種力的影響，造成使土壤受到損害，水資源流失，還會(huì)降低土地生產(chǎn)力，嚴(yán)重的可能會(huì)引發(fā)更大規(guī)模且危害更大的自然災(zāi)難[1]。世界上水土流失較為嚴(yán)重的國(guó)家有很多，我國(guó)就是其中之一，由此而引發(fā)的一系列生態(tài)問題，對(duì)我國(guó)各區(qū)域之間的協(xié)調(diào)平衡以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展都造成了嚴(yán)重影響[2]。

一般認(rèn)為，水土流失敏感性是指自然狀態(tài)下，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生水土流失潛在可能性大小及其程度[3-4]。其誘因很多，包括地形起伏度、降水、河網(wǎng)密度、高程變異系數(shù)、土壤質(zhì)地、地溝壑密度、植被類型等[5-6]。通用土壤流失方程(USLE)和修正的通用土壤流失方程(RUSLE)是目前國(guó)外具有代表性的水土流失敏感性評(píng)價(jià)模型[7-8]。楊勤科等通過對(duì)前人關(guān)于水土保持方面的定量研究進(jìn)行歸納總結(jié)，指出我國(guó)這一方面的研究應(yīng)該在結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的同時(shí)借鑒國(guó)外模型經(jīng)驗(yàn)[9]。凡非得等借助 GIS 技術(shù)，選取體現(xiàn)喀斯特地區(qū)特性的 5 個(gè)敏感因子，通過單因子和多因子綜合評(píng)價(jià)來研究當(dāng)?shù)氐乃亮魇舾行訹10]。王嬌等基于 USLE 方程，針對(duì)太行山區(qū)特點(diǎn)，構(gòu)建了水土流失敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[11]。從本質(zhì)上看，評(píng)價(jià)水土流失的敏感性可以發(fā)現(xiàn)容易發(fā)生水土流失的區(qū)域，進(jìn)而評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)其造成的影響程度[12]。它用來衡量生態(tài)失衡的可能性，也是地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的體現(xiàn)。

目前，我國(guó)關(guān)于此方面的研究大多是結(jié)合研究區(qū)實(shí)際測(cè)算因子值進(jìn)行實(shí)證研究，且多以區(qū)域或流域?yàn)檠芯繂卧?，研究區(qū)地形條件相對(duì)一致，而針對(duì)山區(qū)和高原地域的綜合研究非常有限，綜合2種地形研究水土流失敏感性對(duì)保護(hù)其生態(tài)安全卻有非常重要的作用。承德市地形地貌較為復(fù)雜，擁有高原和山地兩大地形特征，自然條件總體較差，擁有較高的生態(tài)環(huán)境敏感性和脆弱性，同時(shí)承德市作為京津冀的水源涵養(yǎng)區(qū)，承擔(dān)著為北京、天津、唐山供水的重任，是京津冀地區(qū)重要的生態(tài)屏障，其生態(tài)功能作用和地位都非常重要，針對(duì)承德市進(jìn)行水土流失敏感性評(píng)價(jià)是非常迫切的。因此，以承德市為研究區(qū)，構(gòu)建適合高原山地綜合地域的水土流失敏感性指數(shù)模型，探究其水土流失敏感性時(shí)空演變規(guī)律，旨在為承德市水土流失敏感性研究提供參考，并為承德市加強(qiáng)重要區(qū)域生態(tài)保護(hù)、優(yōu)化國(guó)土空間開發(fā)格局和山水林田湖草生態(tài)修復(fù)措施提供思路。

1 研究區(qū)概況

承德市地處河北省東北部，行政區(qū)域面積 39 519 km2，是河北省地域面積最大的中心城市。該市地處燕山深處，地形復(fù)雜，山脈縱橫，河流交錯(cuò)，大部分為石質(zhì)山區(qū)，小部分為土石山區(qū)；土壤類型豐富，以棕壤、褐土和灰色森林土為主，但土層較薄，約 10 ～ 40 cm。全市海拔多在 1 200 ～ 2 000 m，因此氣候南北差異明顯，自然災(zāi)害多為旱澇、風(fēng)災(zāi)、霜凍等。承德市地勢(shì)自西北向東南呈階梯下降，北部為內(nèi)蒙古高原的東南邊緣，中部為淺山區(qū)，南部為燕山山脈。全區(qū)屬于半干旱半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)性山地氣候，年平均氣溫 5.0 ～ 9.0 ℃，年降水量 450 ～ 850 mm，分布差異較大，基本上由東南向西北遞減，降水主要集中在夏季，同時(shí)受山地氣候影響，多以暴雨出現(xiàn)，水土流失嚴(yán)重，森林水源涵養(yǎng)能力較低。境內(nèi)共有4個(gè)流域，以灤河流域?yàn)橹?。市?nèi)物種資源豐富，共有2個(gè)植被帶，即壩上高原的溫帶草原植被帶和暖溫帶落葉闊葉林植被帶；擁有多個(gè)省級(jí)以上自然保護(hù)區(qū)、濕地公園、森林公園等，還包括一些著名風(fēng)景名勝，不僅能夠調(diào)節(jié)周邊氣候，更是京津冀地區(qū)重要的生態(tài)屏障。

2 研究方法

首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，借助 ArcGis 10.2 將 2009 年、 2013 年、 2017 年承德市及其周邊氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)矢量化，通過反距離加權(quán)方式進(jìn)行插值，獲取承德市降雨量圖層；通過鑲嵌融合將從“地理空間數(shù)據(jù)云”網(wǎng)站獲取的 12 景 DEM 數(shù)據(jù)合并獲得承德市 DEM 數(shù)據(jù)；借助 ENVI 4.7 軟件，通過拼接、投影轉(zhuǎn)換等將來源于美國(guó) NASA 網(wǎng)站的 16 d合成的 2009 年、 2013 年和 2017 年 3 期 MODIS 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，統(tǒng)一定義投影坐標(biāo)，經(jīng)裁剪最終獲得研究區(qū)的 NDVI 數(shù)據(jù)。研究所涉及的其他矢量數(shù)據(jù)主要包括：承德市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)(全國(guó)二調(diào)及年度更新矢量數(shù)據(jù))，承德市 1∶10 萬土壤類型圖，承德市行政區(qū)劃矢量圖。

研究參考水土流失敏感性相關(guān)技術(shù)規(guī)程，基于 USLE 模型選取降雨侵蝕力、土壤可蝕性、地形起伏度、植被覆蓋、水土保持措施 5 個(gè)基本因子構(gòu)建水土流失敏感性評(píng)價(jià)指數(shù)模型；并確定敏感性評(píng)價(jià)等級(jí)體系，對(duì)各因子進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)形成因子圖層，代入模型計(jì)算承德市水土流失敏感性分值，形成水土流失敏感性評(píng)價(jià)體系[7]。然后對(duì)承德市水土流失敏感性結(jié)果展開分析，首先是對(duì)單因子敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，然后進(jìn)行綜合分析，包括數(shù)量演變分析及時(shí)空演變分析。最后，對(duì)承德水土流失敏感性情況進(jìn)行總結(jié)，并結(jié)合承德市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀提出生態(tài)優(yōu)化的建議措施，為承德市加強(qiáng)重要區(qū)域生態(tài)保護(hù)、優(yōu)化國(guó)土空間開發(fā)格局和科學(xué)制定生態(tài)修復(fù)措施提供參考。

2.1 模型選擇

承德市擁有高原和山地兩種地形，自身限制條件較大。考慮到研究區(qū)實(shí)際情況以及數(shù)據(jù)源限制，參考相關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)，并查閱相關(guān)論文。本研究基于使用最為廣泛的通用土壤侵蝕模型(USLE)選取評(píng)價(jià)因子，構(gòu)建水土流失敏感性指數(shù)模型，開展承德市水土流失敏感性評(píng)價(jià)工作。 USLE 模型的優(yōu)點(diǎn)是評(píng)價(jià)因子涉及面較廣，是經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型的典型代表，所以在評(píng)價(jià)水土流失中得到廣泛的應(yīng)用。

水土流失敏感性指數(shù)模型表達(dá)式如下：

(1)

式中，A為土壤侵蝕量；R為降雨侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子；LS為坡度坡長(zhǎng)因子；C為植被覆蓋度因子，P為水土保持措施因子。

2.2 評(píng)價(jià)因子確定

在選擇影響因子時(shí)，要從多方面、多角度入手，不僅要選取代表性極強(qiáng)的自然影響因子，還要考慮到人為因素對(duì)研究區(qū)造成的破壞。因此，本文基于 USLE 模型并結(jié)合承德市的自然環(huán)境以及與地理位置，選擇以下 5 個(gè)基本因子，構(gòu)建水土流失敏感性評(píng)價(jià)體系。

(1)降雨侵蝕力因子(R)

降水是一種重要的自然資源，同時(shí)也是土壤侵蝕的主要?jiǎng)恿?。雨滴掉落到土壤表層，?huì)對(duì)其產(chǎn)生沖擊，使其顆粒分離，而且雨水匯集而成的徑流也會(huì)對(duì)土層產(chǎn)生沖刷和轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致水土流失。章文波、馬小晴等通過大量計(jì)算和對(duì)比，總結(jié)出日降雨資料計(jì)算的降雨侵蝕力因子精度和準(zhǔn)確性最好[13-14]。由于日降雨資料的不足，所以采用馬志尊計(jì)算太行山區(qū)的經(jīng)驗(yàn)方程，按此計(jì)算R值并進(jìn)行修正[15]。其模型如下：

(2)

式中：R為年降雨侵蝕力指標(biāo)值；Pi為第i月的降雨量(mm)；P為年降雨量(mm)。

(2)土壤可蝕性因子(K)

土壤可蝕性因子K是 USLE 模型中重要的指標(biāo)因子，它表示土壤受到外力作用產(chǎn)生地表沖刷，從而導(dǎo)致土壤顆粒分離和搬移的敏感程度。K值越大，土壤遭受侵蝕的可能性也就越大。其計(jì)算方法較多，但大多方法所需各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)較難獲得。對(duì)于K值確定，主要參考門明新、曹祥會(huì)等估算的河北省土壤可蝕性K值并結(jié)合承德市土壤類型圖和 EPIC 公式共同賦值得到[16-17]。

(3)坡長(zhǎng)坡度因子(LS)

坡度坡長(zhǎng)因子是土壤侵蝕過程中的重要指標(biāo)，包含坡長(zhǎng)因子L和坡度因子S。一般情況下，坡度和坡長(zhǎng)越大，徑流能量就越大。因此對(duì)坡面的沖刷能力就越強(qiáng)，土壤受到侵蝕作用的能力也就越強(qiáng)。首先分別計(jì)算L和S，然后將二者相乘得到LS。

L值計(jì)算采用 Wischmeier 提出的公式，其表示在其他同等條件下，一定坡長(zhǎng)與邊坡長(zhǎng)為 22.1 m 的土壤侵蝕量之比[7]。

(3)

式中：L為坡長(zhǎng)因子，λ為水平坡長(zhǎng)，m為坡長(zhǎng)指數(shù)，θ為坡度值[8]。

S因子能定量反映坡度與土壤流失量之間的關(guān)系，本文采用劉寶元的坡度公式[18]。其計(jì)算方程如下：

(4)

式中：S為坡度因子，θ為坡度值。

(4)植被覆蓋與管理因子(C)

植被覆蓋具有涵養(yǎng)水源、固定土壤、攔截水流、調(diào)節(jié)水文狀況等生態(tài)功能，增加植被覆蓋可以有效降低水土流失區(qū)的土壤侵蝕量，減弱水土流失發(fā)生的概率，并且對(duì)控制土壤侵蝕具有非常顯著的作用。 USLE 模型中C的值在 0 到 1 之間。這個(gè)數(shù)值是指有良好管理措施或者有綠色植被覆蓋地區(qū)與同樣條件下無植被地表裸露地區(qū)的土壤侵蝕量的比值，它反映土壤受植被覆被的影響程度。一個(gè)地區(qū)土壤表面附著的植被越多，受到的侵蝕就越少。本研究采用蔡崇法等建立的C值模型，它反映了植被覆蓋度和C因子的線性關(guān)系[19]。方程如下：

(5)

(6)

式中：c為植被覆蓋度，NDVI為歸一化植被指數(shù)，NDVImax為研究區(qū)內(nèi)全植被覆蓋的NDVI值；NDVImin為研究區(qū)全裸地或無植被覆蓋的NDVI值。

(5)水土保持措施因子(P)

水土保持措施是指采用了一定水土措施與未采用措施的土壤侵蝕量之比。由于土地利用程度和覆被變化能夠表示水保措施的差異，并且已有相關(guān)研究采用土地利用類型來表征水土保持措施因子。所以本文根據(jù)前人已有的相關(guān)研究和文獻(xiàn)，將土地利用類型分為耕地、林地/園地、草地、建設(shè)用地/水域和未利用地，并且采用分級(jí)賦值的方法來確定水土保持措施P值[20-21]。具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表 1 。

2.3 敏感性評(píng)價(jià)等級(jí)體系確定

根據(jù)上述各因子特征，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和技術(shù)規(guī)程，結(jié)合研究區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查情況，將各生態(tài)因子敏感性分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、重度敏感和極敏感 5 個(gè)等級(jí)[11,14,20,21]。各因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表 1 。

表1 承德市水土流失敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 單因子敏感性評(píng)價(jià)結(jié)果

使用空間分析工具對(duì)5個(gè)敏感因子的數(shù)據(jù)圖層按照表 1 中敏感性等級(jí)進(jìn)行重分類，即可得到各生態(tài)因子的敏感性分布結(jié)果，如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 2009 年承德市水土流失敏感性因子分級(jí)圖

Figure 1 The classification map of soil erosion sensitivity factors in Chengde City in 2009

圖2 2013 年承德市水土流失敏感性因子分級(jí)圖

圖3 2017 年承德市水土流失敏感性因子分級(jí)圖

觀察圖1、圖2、圖3的各敏感因子分級(jí)圖及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)坡度坡長(zhǎng)因子、水土保持因子、土壤可蝕性因子、降雨侵蝕因子、植被覆蓋與管理因子等5個(gè)單因子敏感性的評(píng)價(jià)結(jié)果分別進(jìn)行分析。具體分析結(jié)果如下：

承德市坡度坡長(zhǎng)因子敏感性等級(jí)較低，承德市地形地貌雖然復(fù)雜，海拔在 118 ～ 2 215 m 間，但在太行山區(qū)其平均海拔較低，因此基于該因子的敏感性較低。

水土保持措施因子以中度敏感為主，中度敏感區(qū)占總面積的 63.14%，主要分布在圍場(chǎng)的御道口牧場(chǎng)管理區(qū)、豐寧縣中部及北部地區(qū)等壩上草原地區(qū)，其他縣市區(qū)也均有零星均勻分布，主要是由于干旱、風(fēng)力強(qiáng)勁和地質(zhì)地貌等因素使得本地區(qū)水土流失加??；其次是重度敏感區(qū)，占總面積的 21.15%，主要分布在各縣市區(qū)中心位置，多是人類建設(shè)活動(dòng)頻繁地區(qū)。

人工智能程序的使用者，或者智能創(chuàng)作機(jī)器人的所有者，可以因其對(duì)人工智能程序的合法使用權(quán)或者對(duì)智能創(chuàng)作機(jī)器人的所有權(quán)，類比孳息的財(cái)產(chǎn)權(quán)權(quán)利歸屬于原物權(quán)利人的原則獲得對(duì)人工智能生成數(shù)據(jù)的財(cái)產(chǎn)權(quán)，①參見袁真富2017年9月2日在“人工智能帶來的版權(quán)挑戰(zhàn)”主題沙龍上題為“人工智能生成內(nèi)容的著作權(quán)五問”的發(fā)言。但并不能自動(dòng)擁有對(duì)數(shù)據(jù)所體現(xiàn)獨(dú)創(chuàng)性表達(dá)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，除非其也完成了對(duì)該獨(dú)創(chuàng)性表達(dá)的挖掘。

土壤可蝕性因子敏感性總體較高，以重度敏感為主，占總面積的 66.23%，主要分布在承德市中南部等地區(qū)，這些地區(qū)大都是山地，處于冀北山地和燕山山地帶上，地形復(fù)雜、土壤較為貧瘠、容易遭受侵蝕，此外由于城鎮(zhèn)的開發(fā)擴(kuò)建以及礦山的開采導(dǎo)致植被退化，土壤質(zhì)地變差易被侵蝕，因此大多敏感性較高。

降雨侵蝕因子敏感性水平總體呈上升趨勢(shì)，2009 年敏感性水平總體較低，主要以不敏感性為主，占總面積的 75.54%；2013 年敏感性水平開始上升，輕度敏感占比最大，占總面積的 53.63%，其次是不敏感區(qū)，占 30.14%；2017 年敏感性整體呈較高水平，主要以中度和極敏感為主，占比分別為 36.81%和 32.41%，而不敏感和輕度敏感分別降至 2.25%和 12.74%。敏感性水平整體由東南向西北遞減，2009 年時(shí)不敏感區(qū)主要分布在圍場(chǎng)、豐寧、隆化、灤平、興隆等承德市西部地區(qū)；而 2013 年，輕度敏感區(qū)占據(jù)大多地區(qū)，囊括豐寧及圍場(chǎng)縣的北部、隆化、灤平、承德市區(qū)、平泉市等承德市中部地區(qū)及北部地區(qū)；2017 年不敏感和輕度敏感區(qū)逐漸減少，僅分布在豐寧和圍場(chǎng)縣中部以及市區(qū)，而南部和北部則主要變?yōu)闃O敏感區(qū)和中度敏感區(qū)。造成這一現(xiàn)象主要原因是近些年來承德市降水量變大，且分布差異較大，基本上由東南向西北遞減。

植被覆蓋與管理因子敏感性整體變化水平不大，但也呈現(xiàn)出逐漸上升趨勢(shì)。2009 與 2013 年敏感性水平均以中度和重度為主，占比為 54.00%左右；截止 2017 年，中度和重度敏感仍然占據(jù)主要地位，且占比之和升至 59.91%，增長(zhǎng)了約十個(gè)百分點(diǎn)。此外，不敏感和輕度敏感區(qū)占比有所下降，極敏感區(qū)上升至 12.34%，比前幾年略有增長(zhǎng)。這部分變化地區(qū)主要位于豐寧、隆化、圍場(chǎng)以及平泉市，敏感性上升的主要原因是開發(fā)建設(shè)活動(dòng)占用優(yōu)質(zhì)的耕地和土地資源等導(dǎo)致植被覆蓋度降低。

3.2 水土流失敏感性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

考慮不同因素因子的作用差異，基于水土流失敏感性評(píng)價(jià)指數(shù)模型借助 ArcGis 10.2 中的柵格計(jì)算器(Raster Calculator)進(jìn)行空間運(yùn)算，得到 2009 、 2013 和 2017 年的水土流失敏感性柵格圖，其結(jié)果值的范圍為 1 ～ 6.53 、 1 ～ 7.22 、 1.25 ～ 6.87 。然后根據(jù)表 1 的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)，得到3期水土流失敏感性分級(jí)圖，見圖4 。

圖4 2009-2017 年承德市水土流失敏感性空間分布圖

Figure 4 Spatial distribution map of soil erosion sensitivity in Chengde City from 2009 to 2017

3.2.1 承德市水土流失敏感性數(shù)量演變分析 根據(jù)獲得的 2009、2013、2017 年的水土流失敏感性等級(jí)分布圖(圖4 )，對(duì)各等級(jí)面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并對(duì)其變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 2009-2017 年承德市水土流失敏感性等級(jí)面積占比

從圖5 中可以直觀地看到 2009 年到 2017 年這 3 a不同等級(jí)面積占比情況?？傮w來說，承德市水土流失敏感性主要集中在輕度和中度敏感，這 3 a中占比分別為 76.62%、 79.67%、 70.03%，整體變化較??；從 2009 到 2017 年，不敏感和輕度敏感區(qū)域占比逐年下降，而中度、重度以及極敏感區(qū)占比均表現(xiàn)出增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，且西北部和中部偏東南方向升高較為明顯。這說明近幾年承德市的生態(tài)環(huán)境受到一定破環(huán)，導(dǎo)致較高敏感區(qū)的面積增加。

結(jié)合承德市水土流失敏感性空間分布圖(圖4)可以看出，3期水土流失敏感性等級(jí)分布較為明顯，整體等級(jí)分布呈現(xiàn)出由東南向西北遞減的趨勢(shì)。不敏感、輕度敏感區(qū)面積逐漸縮減， 2009 年時(shí)占全域總面積的 76.88%，分布在承德市西部、北部等大部分地區(qū)，截止到 2017 年下降到 29.61%，減少了約 2.5 倍，此時(shí)只有豐寧縣北部及中部、圍場(chǎng)縣西北部和東部有較低敏感區(qū)分布，其他地區(qū)有零星分布。中度敏感區(qū)總體上呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，到 2017 年基本覆蓋承德市大部分地區(qū)，占到 43.49%，將近一半。重度敏感、極敏感區(qū)起初只在寬城滿族自治縣和平泉市等零星分布，隨時(shí)間推移，興隆、鷹手營(yíng)子礦區(qū)、平泉市南部開始有零星分布，到 2017 年，灤平、興隆、鷹手營(yíng)子礦區(qū)、寬城、平泉市和承德縣接壤地區(qū)均有分布，其他地區(qū)也有零星分布。

對(duì)比各敏感性因子等級(jí)分布可以看出，水土流失敏感性的分區(qū)與降雨侵蝕力因子的分區(qū)和植被覆蓋的分區(qū)表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，同時(shí)也表明影響水土流失敏感性最重要的因子是降水和植被覆蓋。觀察分析圖1-圖3 ，2017 年的植被覆蓋與管理因子與 2013 年相比，低值區(qū)面積較少。而 2017 年降雨侵蝕力因子數(shù)值比 2013 年增加了約 2 倍，這是導(dǎo)致 2017 年水土流失重度敏感和極敏感區(qū)面積增大的主要原因?？梢?2017 年水土流失重度敏感區(qū)和極敏感區(qū)面積增加是暴雨沖刷和植被覆蓋度降低所致。

3.2.2 承德市水土流失敏感性時(shí)空演變分析 為了揭示承德市水土流失敏感性空間演變特征，利用 ArcGis 10.2 軟件的空間疊置功能和 Excel 制作水土流失敏感性等級(jí)強(qiáng)度和等級(jí)面積變化表，結(jié)果如表 2 和圖6 所示。

表2 承德市水土流失敏感性等級(jí)面積變化情況表

圖6 承德市水土流失敏感性等級(jí)變化圖

3.2.2.1 2009 - 2013 年水土流失敏感性時(shí)空演變分析 觀察表2 、圖6，承德 2009 - 2013 年間水土流失敏感性等級(jí)變化波動(dòng)較小，等級(jí)無變化地區(qū)占據(jù)主導(dǎo)地位，面積為 23 890.33 km2，占比 60.45%，包括豐寧、圍場(chǎng)、承德市區(qū)、承德縣等地區(qū)；主要是由于這幾年降雨差異較小，其R值無明顯變化。而等級(jí)發(fā)生變化的主要是等級(jí)上升部分，該區(qū)域面積為 12 266.84 km2，占比為 31.04%，且以升高 1 個(gè)等級(jí)為主，主要是從輕度上升至中度敏感，隆化、灤平、興隆變化最為明顯，變化最主要的原因就是城鎮(zhèn)擴(kuò)張影響，人口增多開始大量開發(fā)建設(shè)，再加上降水增加，導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重。敏感性等級(jí)下降區(qū)面積為 3 361.83 km2，占 8.51%，主要從中度下降至輕度敏感，主要分布在平泉市、寬城縣、承德縣西部等地區(qū)，豐寧和圍場(chǎng)也有零星分布；變化原因主要是降水減少，水土流失侵蝕降低。

3.2.2.2 2013 - 2017 年水土流失敏感性時(shí)空演變分析 從圖6 可以發(fā)現(xiàn)相較于 2009 - 2013 年敏感性等級(jí)變化，2013 - 2017 年敏感性等級(jí)變化面積明顯較高，尤其是敏感性等級(jí)上升區(qū)的面積。由表 2 可知，2013 - 2017 年敏感性上升區(qū)域面積為 24 331.99 km2，占 61.57%，比 2009 - 2013 年敏感性上升區(qū)域增加將近1倍，其在全市各地均有分布，且在豐寧、圍場(chǎng)、隆化、灤平、承德縣、平泉市北部最為集中，主要從輕度敏感上升為中度敏感；其敏感性等級(jí)上升是由地形、雨水沖刷、建設(shè)活動(dòng)和礦產(chǎn)開發(fā)導(dǎo)致植被覆蓋度降低，誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，加劇水土流失造成的。敏感性下降區(qū)面積為 324.82 km2，占市域面積的 0.82%，主要表現(xiàn)為從重度下降至輕度敏感。敏感性等級(jí)無變化的區(qū)域面積為 14 862.20 km2，占比 37.61%?？傮w來看，生態(tài)環(huán)境敏感性等級(jí)的變化主要是由于人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)的干擾，同時(shí)地植被覆蓋度和降雨量也對(duì)其有一定的影響。

3.2.2.3 2009 - 2017 年水土流失敏感性時(shí)空演變分析 圖6 、表 2 結(jié)果表明，綜合 2013 年前后及 2009 - 2017 年整個(gè)時(shí)間跨度敏感性等級(jí)變化情況來看，2009 - 2017 年間，承德市水土流失敏感性等級(jí)未發(fā)生變化的區(qū)域逐年下降，最終未變化面積為 10 208.50 km2，占 25.83%。而敏感性等級(jí)上升區(qū)域面積總共 28 982.77 km2，占比 73.34%，以升高1個(gè)等級(jí)為主，同時(shí)其總面積占比最大，為 58.25%；該部分區(qū)域在承德市范圍內(nèi)大部分地區(qū)皆有分布，如圍場(chǎng)滿族、隆化、承德縣、豐寧縣南部等承德市中部偏北地區(qū)；主要是由從輕度敏感轉(zhuǎn)變成中度敏感，敏感性變化的主要原因是開發(fā)建設(shè)活動(dòng)導(dǎo)致植被覆蓋度降低，土地沙化嚴(yán)重。敏感性升高 2個(gè)等級(jí)的區(qū)域面積為5 834.91 km2，占 14.76%，主要分布在興隆、鷹手營(yíng)子礦區(qū)、灤平等南部地區(qū)，隆化縣中部也有一定分布，其敏感性主要是從輕度敏感轉(zhuǎn)變?yōu)橹囟让舾校贿@些地區(qū)大多地處承德市的南部，該地區(qū)山高陡峭，地形起伏度屬于輕度敏感，其土壤可蝕性敏感性較高，此外還受到降水、植被覆蓋因子的影響，屬于水土侵蝕敏感區(qū)，且 2017 年承德市南部降水量較大，導(dǎo)致該地區(qū)水土流失進(jìn)一步加劇，而鷹手營(yíng)子礦區(qū)主要是因?yàn)槿藶橛绊?，由于城?zhèn)的開發(fā)擴(kuò)建以及礦山的開采導(dǎo)致植被退化，土壤質(zhì)地變差，從而導(dǎo)致水土流失嚴(yán)重。敏感性等級(jí)下降區(qū)域面積共 327.72 km2，占 0.83%，且以降低1個(gè)等級(jí)為主，主要從中度敏感轉(zhuǎn)變成輕度敏感，零星分布在豐寧縣中南部、寬城、平泉市等地區(qū)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)影響承德水土流失敏感性變化的主要因子是降雨侵蝕力因子和植被覆蓋與管理因子。近幾年來，隨著氣候變化，導(dǎo)致承德市降雨侵蝕逐年增強(qiáng)，而經(jīng)暴雨沖刷后植被覆蓋度也逐年降低，這是導(dǎo)致承德近年來水土流失重度敏感和極敏感區(qū)占比增大的主要原因。

(2)總體來說，輕度、中度敏感是承德水土流失敏感性的主要表現(xiàn)，其總和在 2009 年、 2013 年和 2017 年的占比分別為 76.62%、 79.67%、 70.03%。且等級(jí)分布相對(duì)較為明顯，整體呈現(xiàn)出由東南向西北遞減的趨勢(shì)，這與承德市降水量變化表現(xiàn)出趨同性。

(3) 2009 - 2013 年， 2013 - 2017年敏感性上升面積分別為 12 266.84 km2和 24 331.99 km2，后期敏感性等級(jí)變化面積明顯高于前期，且敏感性上升面積增加將近1倍； 2009 - 2017 年，承德水土流失敏感性整體呈上升趨勢(shì)，以輕度敏感上升至中度敏感為主。

(4)承德市南部的興隆縣、寬城縣、灤平縣、鷹手營(yíng)子礦區(qū)、承德縣和平泉市等地區(qū)山高陡峭，地形起伏度屬于輕度敏感，且其土壤可蝕性敏感性較高，此外還受到降水、植被覆蓋因子的影響，屬于水土侵蝕敏感性較高地區(qū)，水土流失較為嚴(yán)重。

4.2 建議

針對(duì)承德水土流失敏感性分析結(jié)果并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際條件，提出以下幾點(diǎn)建議：

(1)針對(duì)承德南部水土流失嚴(yán)重地區(qū)，劃定管制保護(hù)區(qū)。采取人為管制和工程措施共同治理。在受水力侵蝕較嚴(yán)重的山區(qū)、溝道內(nèi)設(shè)置具有攔截蓄水能力的各項(xiàng)工程措施，綜合管理其周邊的溝、坡。根據(jù)當(dāng)?shù)氐赜驙顩r籌建保水設(shè)施，最大限度地靈活運(yùn)用山地的水資源，建設(shè)生態(tài)溝渠、生態(tài)壩、生態(tài)路等；在高度敏感度地區(qū)實(shí)行全方位的封閉管理和維護(hù)，禁止所有種類的生產(chǎn)性活動(dòng)，加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)自然修復(fù)能力，鼓勵(lì)引導(dǎo)森林撫育等人工修復(fù)，嚴(yán)格禁止亂開荒地的行為；積極進(jìn)行礦山生態(tài)修復(fù)，增加植被覆蓋，降低土壤侵蝕敏感性。

(2)針對(duì)其他水土流失敏感性較低地區(qū)，劃定優(yōu)化保育區(qū)。保護(hù)現(xiàn)有的森林資源，做好管控保育措施。對(duì)于植被較好地區(qū)，主要依靠自然生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)使其向著良性循環(huán)方向發(fā)展，并采取適當(dāng)管理措施，保護(hù)現(xiàn)有植被，營(yíng)造防護(hù)林網(wǎng)，同時(shí)減少人為活動(dòng)干擾，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的自我修復(fù)。對(duì)于人類活動(dòng)較為頻繁的丘陵地區(qū)，主要以保護(hù)現(xiàn)有的森林資源為主，開展植樹造林、綠化荒山、退耕還林，恢復(fù)植被工作，因地制宜的進(jìn)行喬、灌、草混合種植。積極進(jìn)行礦山生態(tài)修復(fù)，增加植被覆蓋，降低土壤侵蝕敏感性。同時(shí)開展小流域治理，做好護(hù)岸護(hù)堤工程。完善交通信息網(wǎng)，構(gòu)建現(xiàn)代化交通運(yùn)輸系統(tǒng)。提高本地區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)加強(qiáng)區(qū)域間的交流與合作。