祖厲河流域水土流失動態(tài)變化研究

李 娜，李 雷，白艷萍，樊義佳，馬田鉑

[黃河水土保持天水治理監(jiān)督局(黃河水利委員會 天水水土保持科學試驗站)，甘肅 天水 741000]

祖厲河屬黃河一級支流，祖厲河流域位于黃土丘陵溝壑區(qū)，流域內(nèi)地貌發(fā)育處于幼年期至幼年晚期階段。流域內(nèi)河水含沙量高，是黃河中上游地區(qū)入黃泥沙的主要來源之一，水土流失問題突出。作為黃河流域重要的水源涵養(yǎng)區(qū)和補給區(qū)，做好祖厲河流域水土流失防治工作具有重要意義。

水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)是水土流失防治工作的一項重要基礎性支撐。隨著科技發(fā)展，水土保持監(jiān)測手段逐漸豐富，監(jiān)測數(shù)據(jù)精度明顯提高，2018年已實現(xiàn)黃河流域(片)水土流失動態(tài)監(jiān)測全覆蓋。通過計算祖厲河流域土壤侵蝕模數(shù)，分析祖厲河流域1985—2021年水土流失動態(tài)變化特征，旨在掌握水土流失動態(tài)變化情況，為流域后續(xù)水土流失防治工作和生態(tài)建設提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

祖厲河流域由祖河、厲河兩條河流匯集而成，地處北緯34.5°～37.5°、東經(jīng)102.6°～106.5°，干流河長224 km，流域面積1.07萬km2，涉及甘肅和寧夏2省(區(qū))的37個縣(市、區(qū))。流域位于半干旱氣候區(qū)和半濕潤氣候區(qū)的過渡區(qū)域[1]，海拔1 500～2 300 m，地貌類型復雜多樣，以黃土梁為主，伴有河流谷地，地形破碎，溝壑密集，生態(tài)環(huán)境敏感，水土流失嚴重，以水力侵蝕為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

收集祖厲河流域1985、1999、2020、2021年的水土流失數(shù)據(jù)。其中，1985年的水土流失數(shù)據(jù)來源于1985年全國第一次土壤侵蝕遙感調(diào)查結果，1999年的水土流失數(shù)據(jù)來源于1999年全國第二次土壤侵蝕遙感調(diào)查結果，結合30 m分辨率衛(wèi)星影像、比例尺為1∶250 000的數(shù)字地圖和比例尺為1∶100 000的地形圖，通過目視解譯、野外調(diào)查、典型樣方調(diào)查等方法得到土壤侵蝕模數(shù)。2020年和2021年的水土流失數(shù)據(jù)來源于黃河流域(片)水土流失動態(tài)監(jiān)測結果，通過遙感影像解譯、專題信息提取、野外調(diào)查等方法統(tǒng)計水土流失面積，采用中國土壤流失方程計算土壤侵蝕模數(shù)。

2.2 研究方法

本研究采用中國土壤流失方程CSLE(Chinese Soil Loss Equation)[2]計算土壤侵蝕模數(shù)，計算公式如下

A=R×K×L×S×B×E×T

(1)

式中：A為土壤侵蝕模數(shù)，t/(hm2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(hm2·h·a)；K為土壤可蝕性因子，t·hm2·h/(hm2·MJ·mm)；L、S分別為坡長因子、坡度因子，無量綱；B、E、T分別為植被覆蓋與生物措施因子、工程措施因子、耕作措施因子，無量綱。

其中，R是基于祖厲河流域各站點日降雨量數(shù)據(jù)，通過空間插值得到的24個半月降雨侵蝕力占年降雨侵蝕力比例的柵格數(shù)據(jù)；K是采用的第一次全國水利普查水土保持情況普查成果；L、S是采用比例尺為1∶50 000的DEM數(shù)據(jù)，通過坡度、坡長因子計算公式生成L、S柵格數(shù)據(jù)；B值是基于MODIS NDVI數(shù)據(jù)產(chǎn)品生成24個半月植被蓋度，結合24個半月降雨侵蝕力因子比例和土地利用類型計算得到的；E是根據(jù)遙感解譯成果和外業(yè)調(diào)查進行賦值得到；T是根據(jù)遙感解譯成果，查詢耕作措施輪作措施賦值表，賦值為0.488。

3 結果與分析

3.1 水土流失狀況

1985、1999、2020、2021年祖厲河流域水土流失面積及各侵蝕強度面積見表1。1985年祖厲河流域水土流失面積7 594.26 km2，其中輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別為1 758.07、2 006.80、3 059.62、769.77 km2和0，分別占水土流失面積的23.15%、26.43%、40.29%、10.14%、0；1999年祖厲河流域水土流失面積8 684.10 km2，其中輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別為793.76、2 517.04、4 695.31、677.99 km2和0，分別占水土流失面積的9.14%、28.98%、54.07%、7.81%、0；2020年祖厲河流域水土流失面積4 023.81 km2，其中輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別為1 722.47、922.75、589.63、470.13、318.83 km2，分別占水土流失面積的42.81%、22.93%、14.65%、11.68%、7.92%；2021年祖厲河流域水土流失面積3 968.41 km2，其中輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別為1 704.24、913.31、580.61、458.70、311.55 km2，分別占水土流失面積的42.95%、23.01%、14.63%、11.56%、7.85%。祖厲河流域土壤侵蝕強度在1985和1999年以強烈侵蝕為主，在2020和2021年以輕度侵蝕為主。

表1 1985—2021年祖厲河流域水土流失情況

3.2 水土流失動態(tài)變化

1985—1999年、1999—2020年、2020—2021年祖厲河流域水土流失動態(tài)變化情況見表2。1985—1999年祖厲河流域水土流失面積增加1 089.84 km2，增幅14.35%，其中中度、強烈侵蝕面積分別增加510.24、1 635.69 km2，輕度、極強烈侵蝕面積分別減少964.31、91.78 km2。1999—2020年水土流失面積減少4 660.29 km2，減幅53.66%，其中中度、強烈、極強烈侵蝕面積分別減少1 594.29、4 105.68、207.86 km2，輕度和劇烈侵蝕面積分別增加928.71、318.83 km2。

表2 1985—2021年祖厲河流域水土流失動態(tài)變化情況

2020—2021年水土流失面積減少55.40 km2，減幅1.38%，各侵蝕強度面積均呈減少趨勢，輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別減少18.23、9.44、9.02、11.43、7.28 km2，減幅分別為1.06%、1.02%、1.53%、2.43%、2.28%。

3.3 變化原因分析

1985—2021年祖厲河流域水土流失面積呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在1985—1999年增加，而后持續(xù)減少。1985—1999年水土流失面積增加14.35%，且強烈侵蝕面積明顯增加，主要原因是此階段祖厲河流域水土流失治理范圍和程度有所欠缺，且水土流失治理措施具有延時性，還未完全發(fā)揮水土流失治理效果。1999—2020年水土流失面積減少53.66%，中度和強烈侵蝕面積明顯下降，輕度和劇烈侵蝕面積略有增加，主要原因是隨著我國水土流失治理范圍和程度逐年增加，退耕還林措施發(fā)揮成效。此外，甘肅省高度重視水土流失治理工作，配套完善相關制度，全面推進水土保持工作。2020—2021年水土流失面積繼續(xù)減少，各侵蝕強度面積均有不同程度的減少，但是減少速率相比于1999—2020年有所減緩，表明流域水土保持工作在不斷推進和完善，并向高質量、高標準方向發(fā)展。

4 結 論

2021年祖厲河流域水土流失面積3 968.41 km2，其中輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別占42.95%、23.01%、14.63%、11.56%、7.85%。2021年水土流失面積比1985年減少3 625.85 km2，減幅47.74%。祖厲河流域水土流失面積在1985—1999年增加，在1999—2020年和2020—2021年減少。經(jīng)過多年治理，祖厲河流域水土流失狀況明顯改善，水土流失面積明顯減少，水土流失強度明顯下降，水土流失治理工作取得顯著成效。但是2021年祖厲河流域水土流失面積占流域面積的37.09%，水土流失現(xiàn)狀尚不容樂觀，水土流失防治工作不能有絲毫松懈。應結合流域自然環(huán)境特征和水土流失動態(tài)變化情況，構建科學有效的水土保持措施體系，持續(xù)推進水土流失防治工作，推動流域經(jīng)濟建設和生態(tài)文明建設高質量發(fā)展。