京津風(fēng)沙源治理水利建設(shè)項目區(qū)土壤侵蝕敏感性評價

修德煒

（承德市水土保持科學(xué)研究所，河北 承德 067000）

1 前言

平泉市2018年京津風(fēng)沙源治理二期工程水利建設(shè)項目包括小流域治理、水源、節(jié)水灌溉三項工程，其中小流域治理面積20 km2，水源工程76 處，節(jié)水灌溉工程76 處，共涉及平泉鎮(zhèn)、南五十家子鎮(zhèn)、道虎溝鄉(xiāng)等14 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)34 個行政村，根據(jù)調(diào)查資料，南五十家子鎮(zhèn)姜杖子村、平泉鎮(zhèn)于營子村和小道虎溝村、臥龍鎮(zhèn)官墳梁村和沙坨子村、臺頭山鄉(xiāng)臺頭山村土壤侵蝕面積很小，故忽略不計。項目區(qū)小流域土地總面積2401.83 hm2，其中水土流失面積2361.50 hm2，占總面積的98.32%，包括微度侵蝕面積40.33 hm2，占水土流失面積的1.68%；輕度侵蝕面積989.42 hm2，占水土流失面積的41.19%；中度侵蝕1372.08 hm2，占流失面積的57.13%。項目區(qū)原有土壤侵蝕模數(shù)為1500 t/(km2·a)。區(qū)內(nèi)水土流失類型以水力侵蝕為主，主要水土流失策源地包括經(jīng)濟林地和稀疏灌木林地，土壤侵蝕形式表現(xiàn)為經(jīng)濟林地和稀疏灌木林的鱗片狀面蝕和溝蝕，隨著人口的增長、經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，各種生產(chǎn)建設(shè)性活動造成的土壤侵蝕也在不斷加劇。長期的水土流失致使土壤和養(yǎng)分大量流失，土地瘠薄，生產(chǎn)力不斷降低，農(nóng)作物產(chǎn)量下降，直接影響了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展；致使大量坡面巖石裸露，植被恢復(fù)困難，加劇了生態(tài)環(huán)境惡化；發(fā)生暴雨時，地表徑流攜帶大量泥沙及有機污染物直接涌入河道，加劇了河道淤積和河流污染。

在水土流失情勢日益嚴峻的情況下，對京津風(fēng)沙源治理二期工程水利建設(shè)項目區(qū)進行土壤侵蝕敏感性分析已經(jīng)相當迫切。近年來，學(xué)術(shù)界在土壤侵蝕敏感性評價、土壤侵蝕的空間分布規(guī)律及區(qū)劃、土壤侵蝕預(yù)報和防治等方面研究成果頗豐，為此，本文以京津風(fēng)沙源治理二期工程水利建設(shè)項目區(qū)為研究區(qū)域，選擇降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型等評價因子，對項目區(qū)土壤侵蝕的敏感性進行分析探討。

2 評價指標選取

根據(jù)京津風(fēng)沙源治理二期工程水利建設(shè)項目區(qū)土壤侵蝕現(xiàn)狀及特征，并結(jié)合相關(guān)學(xué)術(shù)文獻，以降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型為評價指標，通過Arc GIS 軟件及《生態(tài)功能區(qū)劃技術(shù)暫行規(guī)程》中所規(guī)定的土壤侵蝕敏感性指數(shù)計算公式[1]進行項目區(qū)土壤侵蝕敏感性評價，公式如下：

式中：Sj為區(qū)域j 土壤侵蝕敏感性指數(shù)；Ci為因素i 敏感性等級；為降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型等評價因子敏感值，各因子賦值情況及分級標準見表1。

2.1 降雨侵蝕力

該指標主要用于降雨導(dǎo)致土壤顆粒分離搬運動力程度的衡量，也是反應(yīng)降雨對土壤侵蝕潛在影響程度的主要指標。本文按照《生態(tài)功能區(qū)劃技術(shù)暫行規(guī)程》規(guī)定的步驟進行項目區(qū)降雨侵蝕力指數(shù)的計算。根據(jù)項目區(qū)各村鎮(zhèn)多年平均降雨量數(shù)據(jù)，通過Arc GIS 軟件中的空間差值技術(shù)取得項目區(qū)各村鎮(zhèn)多年平均降雨量資料，根據(jù)降雨量資料及規(guī)程所規(guī)定的相關(guān)公式，進行各村鎮(zhèn)年降雨侵蝕力指數(shù)取值的計算，并進行年降雨量與降雨侵蝕力指數(shù)關(guān)系模型的擬合。

通過Arc GIS 軟件中年降雨量和侵蝕力指數(shù)的函數(shù)關(guān)系進行降雨量空間分布的格柵計算得出項目區(qū)降雨侵蝕力指數(shù)空間分布情況，結(jié)合《生態(tài)功能區(qū)劃技術(shù)暫行規(guī)程》所提供的土壤侵蝕評價因子敏感值分級標準進行項目區(qū)各村鎮(zhèn)降雨侵蝕力指標計算及降雨對土壤侵蝕潛在影響程度的評價。

2.2 地形變化

地形因素對項目區(qū)土壤侵蝕的程度可通過坡度和坡長之積量化確定，但是坡長、坡度等因子存在量化難度，為此，本文選取地形起伏度這一指標進行項目區(qū)土壤侵蝕程度受地形變化影響的評價。選取國際科學(xué)數(shù)據(jù)平臺分辨率25 m 的DEM 數(shù)據(jù)，并通過Arc GIS 軟件的空間分析模塊，以500 m×500 m 為分析單元確定項目區(qū)地形起伏度數(shù)據(jù)，并自動生成項目區(qū)地形起伏度指標對土壤侵蝕敏感性的影響程度，將該值與表1中的標準值進行比較，便可得出項目區(qū)內(nèi)地形起伏對土壤侵蝕敏感性的分值結(jié)果。

2.3 土壤類型

選取京津冀地區(qū)1∶100 萬土壤圖為基礎(chǔ)底圖進行項目區(qū)土壤類型數(shù)字化處理，并結(jié)合京津冀地區(qū)土壤類型相關(guān)研究結(jié)果，按照土壤質(zhì)地進行劃分，將所得出的土壤質(zhì)地及類型分類結(jié)果與表1 所列土壤侵蝕敏感度等級進行比較，便可得出項目區(qū)土壤類型指標對土壤侵蝕敏感性的影響程度。

2.4 植被類型

植被具有削減降雨能量、保水、抗侵蝕等積極作用，所以植被類型也是項目區(qū)土壤侵蝕敏感性評價的重要因子之一。項目區(qū)植被類型可通過分析《中國植被圖（1∶100 萬）》得出，再結(jié)合規(guī)程中所提供的植被類型對項目區(qū)土壤侵蝕敏感度分級標準（表1）進行分析與評價。

表1 土壤侵蝕評價因子敏感值分級標準

3 研究結(jié)果與分析

3.1 土壤侵蝕對降雨侵蝕力的敏感度分析

結(jié)合京津風(fēng)沙源治理二期工程水利建設(shè)項目區(qū)各村鎮(zhèn)雨量站點數(shù)據(jù)，通過Arc GIS 軟件插值工具繪制項目區(qū)降雨量空間分布圖，由此可知，項目區(qū)降雨量由東南向西北逐漸減少。限于篇幅所限，項目區(qū)各村鎮(zhèn)日降雨量資料并未在文中列出，具體數(shù)據(jù)參照《京津冀地區(qū)水文年鑒》和《平泉市2018年京津風(fēng)沙源治理二期工程水利建設(shè)項目作業(yè)設(shè)計》[2]，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1）～式（5），可求得項目區(qū)降水侵蝕力因子的逐年取值情況，具體見表2。

表2 項目區(qū)逐年降水侵蝕力因子取值

結(jié)合項目區(qū)各村鎮(zhèn)年降雨量侵蝕力因子取值和降雨量實際值，進行兩者數(shù)值的擬合，得到關(guān)系曲線：

式中：x 為項目區(qū)年降雨量，mm；其余參數(shù)含義同前。

根據(jù)上式并采用Arc GIS 軟件格柵工具進行項目區(qū)降雨侵蝕力因子空間分布情況的確定，并結(jié)合表1 所提供的分級標準進行項目區(qū)降雨侵蝕力影響程度的判斷。對比結(jié)果顯示，桲欏樹鎮(zhèn)八十畝地新村、平泉鎮(zhèn)南嶺村和于營子村、臥龍鎮(zhèn)沙坨子村及臺頭山鄉(xiāng)臺頭山村逐年平均降水侵蝕力因子取值分別為266.61MJ·mm/hm2、277.85MJ·mm/hm2、193.34MJ·mm/hm2、104.95MJ·mm/hm2、184.60MJ·mm/hm2，均在[100,400)范圍內(nèi)，屬于中度敏感；而其余位于項目區(qū)東部地區(qū)的村鎮(zhèn)逐年平均降水侵蝕力因子取值均在[400,600)范圍內(nèi)，屬于重度敏感。主要原因在于項目區(qū)東部降雨量大，對土壤侵蝕影響程度更為劇烈。

3.2 土壤侵蝕對地形起伏度的敏感度分析

根據(jù)對項目區(qū)各村鎮(zhèn)實際地形起伏度的分析，可得出項目區(qū)土壤侵蝕對地形的敏感程度，采用本文2.2 所提出的方法計算得項目區(qū)內(nèi)地形起伏對土壤侵蝕敏感性的分值結(jié)果分別為不敏感0%，輕度敏感32.34%，中度敏感51.47%，重度敏感16.04%，極度敏感0.15%，表明該項目區(qū)地形對土壤侵蝕的敏感性主要為中度和輕度敏感；在空間分布上，中度敏感區(qū)域主要為平泉鎮(zhèn)雙洞子村，輕度敏感地區(qū)為桲欏樹鎮(zhèn)東門杖子。上述地區(qū)地形起伏較大，而其余地區(qū)地勢相對平坦。

3.3 土壤侵蝕對土壤類型的敏感度分析

由于氣候、成土母質(zhì)、植被等的影響不同，項目區(qū)域內(nèi)形成了多種土壤，主要以褐土為主，在低洼河谷地帶有少量草甸土分布。土壤質(zhì)地較好，酸堿度適中，養(yǎng)分含量比較豐富，有利于多種植物的生長。山梁上部主要土壤類型是褐土，土層較薄，一般在0.4 m～0.6 m 之間；中下部坡面及溝道是褐土，土層厚度一般>0.6 m。根據(jù)分析，項目區(qū)土壤類型對土壤侵蝕敏感性的影響主要為中度敏感，且主要分布在東門杖子和雙洞子村。上述區(qū)域土壤類型主要為沙壤土和砂黏土。

3.4 土壤侵蝕對植被類型的敏感度分析

項目區(qū)屬華北植物區(qū)系，植被類型屬我國東部冀北山地櫟林油松和亞高山針葉林帶。主要樹種有油松、楊、柳、野山渣、平榛、酸棗等，經(jīng)濟林果以食用菌、蘋果、杏、海棠為主，草種有黃背草、披堿草、鹽蘆草、鐵桿蒿等。陰坡、半陰坡植被好，蓋度大。陽坡植被稀疏，流域平均林草覆蓋率為40%。根據(jù)分析，項目區(qū)土壤侵蝕對植被類型的敏感程度為不敏感和輕度敏感，原因在于區(qū)域內(nèi)植被覆蓋率較高，且分布廣泛，故對土壤侵蝕敏感度不高。

3.5 項目區(qū)土壤侵蝕敏感性綜合評價

以上對降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型等單個因子對項目區(qū)土壤侵蝕敏感性的分析只反映出某一方面的影響程度，考慮到各因子之間互相作用后可能會對土壤侵蝕敏感性產(chǎn)生疊加或抵消減弱作用，為此，還應(yīng)通過Arc GIS 軟件的空間疊加分析功能及式（1）進行項目區(qū)土壤侵蝕敏感性綜合評價。所求得的項目區(qū)各村鎮(zhèn)土壤侵蝕敏感性綜合評價結(jié)果見表3。

表3 項目區(qū)各村鎮(zhèn)土壤侵蝕敏感性綜合評價結(jié)果

由表3 中統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，項目區(qū)內(nèi)輕度敏感區(qū)、中度敏感區(qū)、高度敏感及極度敏感面積在水土流失總面積中占比分別為32.34%、51.47%、16.04%和0.15%，表明區(qū)域內(nèi)大部分地區(qū)為水土流失中度敏感區(qū)，主要在桲欏樹鎮(zhèn)東門杖子和平泉鎮(zhèn)雙洞子村，這兩個區(qū)域植被稀疏、人口眾多、存在不合理開墾和過渡放牧現(xiàn)象，導(dǎo)致兩個區(qū)域內(nèi)土壤可侵蝕程度較高。

4 結(jié)論

京津風(fēng)沙源治理二期工程水利建設(shè)項目區(qū)小流域土地總面積2401.83 hm2，其中水土流失面積2361.50 hm2，占總面積的98.32%，可以說項目區(qū)水土流失問題十分嚴峻，從地形地貌特征而言，項目區(qū)土壤侵蝕表現(xiàn)為從西北向東南逐漸加重的趨勢。由分析結(jié)果可知，項目區(qū)土壤侵蝕敏感性較強，屬于中度敏感及以上的土壤侵蝕面積1215.43 km2，在總侵蝕面積中占比51.47%，且主要分布在桲欏樹鎮(zhèn)東門杖子和平泉鎮(zhèn)雙洞子村等植被稀疏、人口眾多、過渡開墾和放牧現(xiàn)象嚴重的地區(qū)。面對項目區(qū)日益嚴峻的水土流失情勢，必須制定水保工程規(guī)劃，并對土壤侵蝕敏感性較高的地區(qū)進行重點性規(guī)劃安排，并以項目區(qū)內(nèi)高敏感性地區(qū)退耕還林、控制人為加速侵蝕等作為區(qū)域內(nèi)水土流失防治的重點。