大獐小流域水土流失現(xiàn)狀及動態(tài)變化分析

程 磊

（綏中縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125200）

1 研究區(qū)概況

大獐小流域位于遼寧省綏中縣東部，介于E120°5′17″～120°11′50″、N40°19′51″～40°24′57″之間，總面積25.18km2，海拔高程285～45m。氣候類型為半干旱、半濕潤大陸性季風氣候，年均降水量620.8mm，多集中在7-9月，屬低植被土石質(zhì)丘陵中度侵蝕區(qū)。流域內(nèi)地面坡度組成為：＜ 5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°面積依次為548.85hm2、1040.15hm2、764.28hm2、165.08hm2，占總面積的21.79%、41.30%、30.35%、6.56%。

小流域總土地面積2518.36hm2，其中耕地1389.43hm2（坡耕地1321.70hm2，占總耕地的95.13%），荒地39.55hm2，城鎮(zhèn)居民及工礦用地272.54hm2，道路7.96hm2，果園366.07hm2，林地65.04hm2，疏 林 地330.05hm2，草 地4.12hm2，設(shè)施農(nóng)用地3.96hm2，水域39.64hm2。流域內(nèi)坡耕地面積1321.70hm2，占總耕地的95.13%，這使得糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)，疏林地占比13.11%，荒山占比1.57%，植被覆蓋度較低，極易導致水土流失[1-2]。另外，流域內(nèi)農(nóng)、林、果用地比例為1 : 0.55 : 0.26，果園較少而耕地面積較大，存在較多疏林地，加之流域內(nèi)存在未治理荒山，導致土地產(chǎn)出能力整體偏低，對農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展造成制約。因此，必須科學分析水土流失現(xiàn)狀及動態(tài)變化特征，為進一步加快治理速度，有效控制土壤侵蝕，真正實現(xiàn)糧豐民富、山川秀美的整治目標提供可靠保障[3-4]。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用高分辨率無人機航拍影像(分辨率0.5m)、最新衛(wèi)星影像（91 位圖助手下載）和1 : 10000 地形圖進行對比分析，通過校準、比對實地GPS 定位，詳細了解流域土地利用現(xiàn)狀及地形地貌。依據(jù)航拍影像或衛(wèi)星影像，結(jié)合流域內(nèi)的地形地貌對土地利用現(xiàn)狀進行解譯及圖斑劃分，按照地面坡度、坡向及地貌類型等合理劃分流域內(nèi)的圖斑。采樣時間為2018 年、2021 年植被覆蓋情況較好的7 月，從而更好地解譯水保措施和土地利用信息。

2.2 研究方法

以綏中縣大獐小流域為例，綜合利用統(tǒng)計分析、模型計算、野外調(diào)查和遙感監(jiān)測等方法，通過提取水土流失因子和計算土壤侵蝕模數(shù)分析小流域2018-2021 年水土流失現(xiàn)狀及動態(tài)變化特征，為流域土壤侵蝕的有效防控提供決策依據(jù)。土壤侵蝕模數(shù)A 利用中國土壤流失方程(CSLE)進行計算，表達形式如下：

式中：R、K為降雨侵蝕力和土壤可蝕性因子；L、S為坡長和坡度因子；B、E、T為植被覆蓋與生物措施、工程措施和耕作措施因子，各因子數(shù)據(jù)分辨率均為10m。

2.3 數(shù)據(jù)處理

1）遙感影像預處理。對收集到的衛(wèi)星遙感影像進行正射矯正、大氣矯正和輻射矯正，通過影像裁剪、鑲嵌、融合、重采樣、增強等預處理過程獲取小流域2018 年和2021 年遙感影像（空間分辨率2m），并對2018-2021 年MODIS 歸一化植被指數(shù)(NDVI)產(chǎn)品進行最大值合成、空值去除與確認、投影轉(zhuǎn)換等處理。

2）因子計算。①降雨侵蝕力因子R：根據(jù)降雨侵蝕力公式和流域逐日降雨量數(shù)據(jù)計算雨量站年降雨侵蝕力，然后用克里金空間插值算法在Arc GIS 系統(tǒng)中生成R因子格柵數(shù)據(jù)；②土壤可蝕性因子K：依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查采樣數(shù)據(jù)和大獐小流域土壤類型，采用土壤可蝕性因子計算公式，經(jīng)重采樣處理生成K 因子格柵數(shù)據(jù)；③坡長與坡度因子LS：采用北京師范大學開發(fā)的計算系統(tǒng)和收集的1:5 萬數(shù)字高程模型(DEM)獲取小流域坡長、坡度因子，經(jīng)重采樣生成LS因子格柵數(shù)據(jù)；④植被覆蓋與生物措施因子B：以土地利用類型數(shù)據(jù)、降雨侵蝕力因子比例和MODIS 歸一化植被指數(shù)(NDVI)產(chǎn)品為依托，計算流域內(nèi)的植被覆蓋度及植被覆蓋與生物措施因子值，經(jīng)重采樣生成B因子格柵數(shù)據(jù)；⑤工程措施因子E：基于水土保持工程措施因子賦值表和衛(wèi)星遙感影像獲取的流域內(nèi)水保措施確定該因子值，經(jīng)重采樣生成E因子格柵數(shù)據(jù)；⑥耕作措施因子T：通過查詢“輪作區(qū)代碼”字段賦值表確定耕作措施因子值，經(jīng)重采樣生成T因子格柵數(shù)據(jù)。

3）土壤侵蝕模數(shù)計算與圖斑落地。將中國土壤流失方程（CSLE）中的7 個因子利用Arc GIS 空間分析平臺進行格柵圖層乘積運算，并按照《土壤侵蝕分類分級標準》確定以格柵為單元的土壤侵蝕模數(shù)及其侵蝕強度，統(tǒng)計分析大獐小流域2018 年、2021 年土壤侵蝕狀況。另外，考慮到CSLE 方程是以像元為計算單元，同一地塊可能存在不同的侵蝕類型，在實際應用時受到一定限制。因此，采用土壤侵蝕地塊的高強度侵蝕結(jié)構(gòu)指數(shù)和平均土壤侵蝕模數(shù)綜合判定地塊單元的侵蝕程度，以矢量形式獲取概化后的圖斑研究成果。

3 結(jié)果與分析

3.1 水土流失現(xiàn)狀

將以上提取的7 個因子值利用Arc GIS 空間分析功能進行疊加相乘、小圖斑祛除、圖斑落地等處理，從而確定綏中縣大獐小流域2018 年、2021 年的水土流失數(shù)據(jù)，如表1 所示。

表1 大獐小流域2018-2021 年水土流失現(xiàn)狀及動態(tài)變化數(shù)據(jù)

從表1 可以看出，2018 年大獐小流域土壤侵蝕主要包括生產(chǎn)建設(shè)、坡耕地等所造成的人為侵蝕和自然侵蝕，侵蝕面積依次為60.34hm2、173.96hm2、1905.43hm2，占總侵蝕面積的2.82%、8.13%和89.05%。具體而言，生產(chǎn)建設(shè)和坡耕地是導致人為侵蝕的主要來源，在各個侵蝕強度上生產(chǎn)建設(shè)以輕度為主，而坡耕地則近似均勻地分布于各個強度，坡耕地侵蝕集中分布于水源條件較好的東部、南部地區(qū)，而當?shù)氐慕ㄔO(shè)開發(fā)比較分散。

2021 年大獐小流域土壤侵蝕總面積639.73hm2，占流域面積比25.40%，其中生產(chǎn)建設(shè)、坡耕地等所造成的人為侵蝕和自然侵蝕面積依次為29.56hm2、27.38hm2、582.73hm2，其占流域面積比1.17%、1.09%和23.14%，占侵蝕面積比4.62%、4.28%和91.09%。具體而言，生產(chǎn)建設(shè)和坡耕地所造成的輕度侵蝕面積依次為0.78hm2、0.71hm2，占生產(chǎn)建設(shè)和坡耕地總侵蝕面積的66.67%和65.14%，說明人為侵蝕主要是輕度侵蝕；自然侵蝕所造成的輕度侵蝕面積為435.34hm2，占自然總侵蝕面積的74.71%，零星分布在西北部，集中分布于南部、東部的山地丘陵區(qū)。2021 年坡耕地侵蝕面積相比于2018 年明顯減少，減小146.58hm2，侵蝕強度也大幅下降，劇烈、極強烈、強烈、中度和輕度侵蝕面積均出現(xiàn)不同程度的減少，侵蝕面積依次 減 少22.68hm2、41.21hm2、33.43hm2、27.52hm2和21.68hm2，現(xiàn)階段的坡耕地侵蝕大都集中在沿河兩岸；2021 年生產(chǎn)建設(shè)侵蝕面積相較于2018 年也有所減少，但變化幅度相對較小，現(xiàn)階段的生產(chǎn)建設(shè)侵蝕面積集中位于人類活動密集的平原區(qū)。

3.2 水土流失動態(tài)變化

從侵蝕面積上，大獐小流域2021 年土壤侵蝕面積較2018 年減小1500.00hm2，減小比例達到59.57%。從侵蝕類型上，降幅最大的自然侵蝕，降幅達到52.52%，其中輕度、中度、強烈侵蝕降幅依次為44.31%、5.14%、2.93%，這表明流域內(nèi)自然侵蝕得到明顯改善，土壤侵蝕得到有效控制，極強烈侵蝕面積也有所減少；2021 年流域內(nèi)坡耕地侵蝕面積較2018 年減少比例為5.82%，其中劇烈、極強烈、強烈、中度和輕度侵蝕面積依次減少0.90%、1.64%、1.33%、1.09%、0.86%，經(jīng)過3 年治理流域內(nèi)坡耕地土壤侵蝕得到有效控制，水土流失治理成效顯著。從圖斑上，坡耕地和自然侵蝕面積明顯減小，但各強度水土流失依然零星分布在東部、南部地區(qū)，應作為大獐小流域土壤侵蝕重點治理區(qū)。

2018-2021 年大獐小流域?qū)嵤┝艘幌盗兴帘３?、坡耕地治理和退耕還林草等項目，并取得了顯著的治理成效，有效控制了土壤侵蝕程度及范圍。然而，因水土流失分布范圍較廣，為進一步改善流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境應實施差別化防治策略。對坡耕地采取果樹梯田、保土耕作等工程措施，調(diào)節(jié)地表徑流，減少土壤侵蝕，對5°~15°之間無法修建梯田的坡耕地基本沿等高線方向進行耕作，以攔蓄部分降雨，通過壟向間隔設(shè)置橫向攔水埂的方法提高蓄水保土能力，減少水土流失；對荒山采取魚鱗坑等措施改善立地條件，為恢復生態(tài)創(chuàng)造條件主要采用的整地方式為水保林（魚鱗坑），整地規(guī)格為（3×4）：長徑1.0m，短徑0.6m，坑深0.6m；對于疏林地采取封育治理措施，以提高林草覆蓋率；對老果園進行改造，以起到保持水土，增加果品產(chǎn)量的作用。

4 結(jié) 論

文章利用地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感影像、中國土壤流失方程（CSLE）計算分析了2018 年和2021年大獐小流域土壤侵蝕狀況，主要結(jié)論如下：

1）2018 年、2021 年大獐小流域土壤侵蝕總面積為2139.73hm2和639.73hm2，占總面積的84.97%和25.40%，水土流失以自然侵蝕為主，以生產(chǎn)建設(shè)和坡耕地人為侵蝕為輔。

大獐小流域2021 年土壤侵蝕面積較2018 年減小1500.00hm2，減小比例達到59.57%。其中，生產(chǎn)建設(shè)、坡耕地人為侵蝕和自然侵蝕面積依次減少30.78hm2、146.58hm2、1322.7hm2，所占比例依次為2.05%、9.77%、88.18%，東部和南部的土石丘陵帶侵蝕面積明顯減少，但依然存在零星的坡耕地侵蝕以及大片自然侵蝕，特別是要加強該區(qū)域的水土流失治理。