丹江口庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素研究

［關(guān)鍵詞］ 土壤侵蝕；土地利用；降水；地形；丹江口庫(kù)區(qū)及上游

［摘" 要］ 丹江口庫(kù)區(qū)及上游是南水北調(diào)中線工程的重要水源地，良好的水土保持生態(tài)環(huán)境是維系庫(kù)區(qū)水質(zhì)安全的重要保障?；谕恋乩?覆被、降水等基礎(chǔ)資料，利用中國(guó)土壤流失方程計(jì)算了土壤侵蝕模數(shù)，分析了庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素。結(jié)果表明：2022年丹江口庫(kù)區(qū)及上游微度侵蝕、輕度及以上侵蝕、強(qiáng)烈及以上侵蝕面積分別為76 452.21、18 747.79、2 183.79 km2，分別占區(qū)域土地總面積的80.30%、19.70%、2.30%；庫(kù)區(qū)及上游輕度及以上侵蝕主要分布在漢江源區(qū)、庫(kù)區(qū)及上游中部、丹江上游等區(qū)域，且主要分布于耕地、園地和草地；降水、地形、土地利用和水土流失治理是影響土壤侵蝕分布特征的主要因素。

［中圖分類號(hào)］ S157.1" ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.09.017

［引用格式］ 李全宏，黃立文，陳澤濤，等.丹江口庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素研究［J］.中國(guó)水土保持，2024（9）：51-55.

南水北調(diào)是跨流域跨區(qū)域配置水資源的骨干工程，為我國(guó)水資源配置優(yōu)化、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)，是重大戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施［1］。丹江口庫(kù)區(qū)及上游是南水北調(diào)中線工程水源區(qū)，是連接漢江上游和中下游的重要紐帶，為南水北調(diào)中線受水區(qū)提供生活、生產(chǎn)及生態(tài)用水，對(duì)水源水質(zhì)有極高要求［2］。維護(hù)良好的水源區(qū)生態(tài)環(huán)境是確保水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、丹江口工程長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行和“一泓清水永續(xù)北上”的重要保障。

近年來(lái)，水源地保護(hù)成效顯著，但水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題依舊需要重視。丹江口水庫(kù)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)源于庫(kù)區(qū)及上游的點(diǎn)源污染和面源污染［3］。點(diǎn)源污染主要包括工業(yè)廢水及城市生活污水等，由排放口集中匯入江河湖泊，便于監(jiān)測(cè)，整體上可控［4］。相比而言，面源污染由于沒有固定污染物排放點(diǎn)，因此難以監(jiān)測(cè)和控制。土壤侵蝕作為面源污染的重要形式和運(yùn)輸載體，是造成湖泊、水庫(kù)、河流等水體水環(huán)境污染的重要原因［5-6］。研究庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素是揭示面源污染狀況的基礎(chǔ)。李學(xué)敏等［7］分析了丹江口水庫(kù)庫(kù)區(qū)及周邊地區(qū)水土流失空間分布特征，認(rèn)為土壤侵蝕以微度和輕度為主，微度和輕度侵蝕面積分別占土地面積的27.35%和66.16%，并且輕度侵蝕主要發(fā)生在灌木林地和草地。李春杰［8］分析了南水北調(diào)中線水源區(qū)水土流失發(fā)生機(jī)制，結(jié)果表明林地水土流失面積最大，且不同坡度條件下水土流失差異顯著。雖然對(duì)水源區(qū)部分區(qū)域土壤侵蝕已有研究，但是尚未有針對(duì)丹江口水庫(kù)整個(gè)庫(kù)區(qū)及上游的土壤侵蝕特征及其影響因素的相關(guān)研究。本研究基于土地利用/覆被、降水等基礎(chǔ)資料，系統(tǒng)分析丹江口庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素，以期為庫(kù)區(qū)生態(tài)保護(hù)、水質(zhì)維系提供數(shù)據(jù)支撐。

1" 研究區(qū)概況

丹江口庫(kù)區(qū)及上游位于北緯31°20′～34°10′、東經(jīng)106°～112°之間，涉及河南、湖北、陜西3省的14市46縣（市、區(qū)），以及四川省萬(wàn)源市、重慶市城口縣、甘肅省兩當(dāng)縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積約9.52萬(wàn)km2，地理位置及高程見圖1。水源區(qū)地處秦嶺支脈伏牛山南麓至大巴山區(qū)之間，地形呈現(xiàn)出南北部區(qū)域高、中部區(qū)域略低的特點(diǎn)，海拔由漢江源頭的3 000 m左右下降到丹江口庫(kù)區(qū)的140 m左右。水源區(qū)位于我國(guó)南北分界的過(guò)渡帶，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量850 mm，

降水主要集中在6—9月［9］。土壤類型以紫色土為主，原

繁多，是我國(guó)重要的生態(tài)寶庫(kù)［10］。

2" 材料與方法

2.1" 研究資料

利用丹江口庫(kù)區(qū)及上游數(shù)字高程模型（DEM），以及2022年土地利用、植被覆蓋、土壤可蝕性、治理措施等數(shù)據(jù)，采用中國(guó)土壤流失方程（CSLE）計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)，獲取土壤侵蝕強(qiáng)度。

2.2" 研究方法

土壤侵蝕計(jì)算采用中國(guó)土壤流失方程（CSLE），其基本形式為

A=R×K×L×S×B×E×T（1）

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

式（1）中各因子的計(jì)算方法依據(jù)《區(qū)域水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定（試行）》［11］。土壤侵蝕模數(shù)計(jì)算完成后，

李全宏等：丹江口庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素研究

依據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（SL 190—2007）劃分土壤侵蝕強(qiáng)度（見表1）［12］，獲取不同強(qiáng)度土壤侵蝕面積，其中土壤侵蝕強(qiáng)度在輕度及以上的面積為水土流失面積。

3" 結(jié)果與分析

3.1" 土壤侵蝕總體狀況

丹江口庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕以微度和輕度侵蝕為主。2022年庫(kù)區(qū)及上游微度、輕度、中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕面積分別為76 452.21、14 526.47、2 037.53、1 036.63、929.81、217.35 km2，分別占土地總面積的80.30%、15.26%、2.14%、1.09%、0.98%、0.23%，其中微度和輕度侵蝕面積90 978.68 km2，中度及以上侵蝕面積4 221.32 km2。

庫(kù)區(qū)及上游輕度及以上侵蝕（水土流失）面積18 747.79 km2，見圖2。水土流失以輕度為主，輕度侵蝕面積占水土流失面積的77.48%，中度、強(qiáng)烈、極強(qiáng)烈、劇烈侵蝕面積分別占水土流失面積的10.87%、5.53%、4.96%、1.16%。從空間分布看，庫(kù)區(qū)及上游水土流失面積主要分布在漢江源區(qū)、庫(kù)區(qū)及上游中部、丹江上游等區(qū)域。

3.2" 主要支流土壤侵蝕狀況

庫(kù)區(qū)及上游主要支流土壤侵蝕均以微度侵蝕為主，但各強(qiáng)度侵蝕面積占比略有差異（見表2）。主要支流中，微度侵蝕面積占比為71.45%（壩河）～91.09%（子午河）；輕度及以上侵蝕面積占比為8.91%（子午河）～28.55%（壩河）；強(qiáng)烈及以上侵蝕面積占比為0.44%（湑水河）～4.21%（任河）。庫(kù)區(qū)及上游輕度及以上侵蝕面積主要分布在壩河、任河、嵐河、丹江、月河、老灌河、牧馬河，其水土流失面積占比均大于20%；強(qiáng)烈及以上侵蝕面積主要分布在任河、牧馬河、月河、壩河、金錢河和丹江，其強(qiáng)烈及以上侵蝕面積占比均大于2%。

從主要支流輕度及以上侵蝕面積空間分布上看（見圖3），老灌河、丹江和上河流域水土流失主要分布在上中游，月河、嵐河、壩河流域空間格局較為均勻，旬河、金錢河、任河、堵河等流域主要分布在中下游，褒河、酉水河、子午河、牧馬河主要分布在下游，湑水河水土流失面積較少，集中分布在流域上游。

3.3" 縣級(jí)行政區(qū)土壤侵蝕狀況

從各縣（市、區(qū)）分布情況看（見圖4），庫(kù)區(qū)及上游水土流失面積主要分布在旬陽(yáng)市、漢濱區(qū)、山陽(yáng)縣、鄖陽(yáng)區(qū)、丹江口市、紫陽(yáng)縣、西峽縣、洋縣、平利縣、鄖西縣、丹鳳縣等縣（市、區(qū)），這些區(qū)域水土流失面積合計(jì)占庫(kù)區(qū)及上游水土流失總面積的45.81%。49個(gè)縣（市、區(qū)）中，旬陽(yáng)市水土流失面積最大，占庫(kù)區(qū)及上游水土流失總面積的7.38%；此外，水土流失面積介于500～＜1 000 km2的有15個(gè)縣（市、區(qū)），100～＜500 km2的有21個(gè)縣（市、區(qū)），＜100 km2的有12個(gè)縣（市、區(qū)）。

從2022年水土流失面積占各縣（市、區(qū)）土地面積比例看（見圖5），丹江口庫(kù)區(qū)及上游僅鳳縣占比超過(guò)40%，旬陽(yáng)市、白河縣、周至縣、洛南縣、紫陽(yáng)縣、鎮(zhèn)坪縣、石泉縣7個(gè)縣（市、區(qū)）占比為30%～＜40%，鎮(zhèn)巴縣、漢陰縣、寧強(qiáng)縣、安康市漢濱區(qū)、欒川縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣、丹鳳縣、萬(wàn)源市、山陽(yáng)縣、丹江口市、平利縣、嵐皋縣、商南縣、淅川縣、西峽縣、洋縣、十堰市鄖陽(yáng)區(qū)17個(gè)縣（市、

區(qū)）占比為20%～＜30%，商洛市商州區(qū)、西鄉(xiāng)縣、房縣、略陽(yáng)縣、鄖西縣、勉縣、漢中市南鄭區(qū)、城口縣、太白縣、竹山縣、十堰市張灣區(qū)、城固縣、竹溪縣、盧氏縣、漢中市漢臺(tái)區(qū)15個(gè)縣（市、區(qū)）占比為10%～＜20%，十堰市茅箭區(qū)、鎮(zhèn)安縣、佛坪縣、西安市長(zhǎng)安區(qū)、兩當(dāng)縣、寧陜縣、柞水縣、神農(nóng)架林區(qū)、留壩縣9個(gè)縣（市、區(qū)）占比＜10%。

3.4" 影響因素分析

3.4.1" 降水量

氣候和下墊面條件是土壤侵蝕最主要的驅(qū)動(dòng)因素［13］。氣候條件中以降水量影響最大。下墊面條件主要包括水土流失治理、土地利用/覆被、地形地貌條件等。丹江口庫(kù)區(qū)及上游丹江、褒河、湑水河、牧馬河、任河、嵐河、堵河上中游等流域降水量較大，這些區(qū)域也是輕度及以上侵蝕面積的主要分布區(qū)域（見圖6）。統(tǒng)計(jì)庫(kù)區(qū)及上游不同降水等級(jí)各強(qiáng)度土壤侵蝕面積占土地面積比例（見表3），結(jié)果表明：微度侵蝕在＜800 mm降水量區(qū)域占比最大（82.32%），≥1 200 mm降水量區(qū)域占比最?。?6.51%）；隨著降水量增加，輕度及以上侵蝕面積占比逐漸增大；≥1 200 mm降水量區(qū)域輕度及以上侵蝕面積占比超過(guò)30%，是水土流失的主要發(fā)生區(qū)域。

3.4.2" 地形條件

坡度、坡長(zhǎng)等地形因子會(huì)影響土壤侵蝕。研究表明［14-15］，土壤侵蝕隨坡度增加存在閾值。當(dāng)坡度低于閾值時(shí)，土壤侵蝕量隨坡度增大而增大；當(dāng)坡度大于閾值時(shí)，土壤侵蝕量隨坡度變化不明顯。同樣，隨著坡長(zhǎng)的增大，土壤侵蝕量呈先快速增大再緩慢增大的變化過(guò)程。高程能在一定程度上反映出區(qū)域的地形條件。通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同高程區(qū)間各強(qiáng)度土壤侵蝕面積占比情況，發(fā)現(xiàn)微度侵蝕面積占比隨高程增大呈先增大后減小的趨勢(shì)；輕度及以上侵蝕面積占比隨高程增大呈先減小后增大的趨勢(shì)；強(qiáng)烈及以上侵蝕面積占比隨高程增大呈先減小后保持穩(wěn)定的變化態(tài)勢(shì)（見表4、圖7）。這充分表明地形條件變化對(duì)土壤侵蝕影響的復(fù)雜性，其具體關(guān)系有待通過(guò)水土保持原位觀測(cè)進(jìn)一步研究。

3.4.3" 土地利用

土地利用是影響土壤侵蝕最活躍的下墊面條件，土地利用的轉(zhuǎn)變會(huì)導(dǎo)致地表產(chǎn)輸沙條件發(fā)生變化，進(jìn)而改變土壤侵蝕量和強(qiáng)度［16］。與高覆蓋林草地相比，未實(shí)施水土保持措施的耕地受除草、施肥、整地等農(nóng)事活動(dòng)和田間管理活動(dòng)影響，人為干擾程度大，地表覆蓋低，更易發(fā)生土壤侵蝕。建設(shè)用地對(duì)土壤侵蝕的影響具有兩面性，在建設(shè)用地綠化或者地表硬化前，土壤侵蝕量和強(qiáng)度可能在短時(shí)間內(nèi)急劇增大；在工程建設(shè)完成、地表綠化或硬化后，植被覆蓋度增加，會(huì)使土壤侵蝕急劇下降甚至消除。分析丹江口庫(kù)區(qū)及上游不同土地利用類型各強(qiáng)度土壤侵蝕面積占比狀況，結(jié)果表明草地、耕地和園地輕度及以上侵蝕面積占比較高，分別為54.24%、45.89%和37.66%，其他土地利用類型占比均低于20%（見表5）。從強(qiáng)烈及以上侵蝕面積占比看，耕地占比最高（18.33%），建設(shè)用地、交通運(yùn)輸用地和其他土地次之（均大于2%），園地、林地和草地占比均不足1%?？梢姼?、園地和草地是庫(kù)區(qū)及上游水土流失的主要發(fā)生地類，且耕地是高強(qiáng)度水土流失的主要來(lái)源。

3.4.4" 水土流失治理工程

20世紀(jì)80年代在丹江口庫(kù)區(qū)及上游陜西安康、商洛、漢中等地選擇典型小流域開展了水土流失治理試點(diǎn)工程。20世紀(jì)90年代，經(jīng)國(guó)家計(jì)劃委員會(huì)（現(xiàn)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)）和水利部同意，選擇丹江口水庫(kù)周邊水土流失嚴(yán)重的縣（市、區(qū)）開展水土流失防治工作［15］。截至2000年底，庫(kù)區(qū)及上游累計(jì)治理水土流失面積1.10萬(wàn)km2，包括改梯0.16萬(wàn)km2、水保林0.43萬(wàn)km2、經(jīng)果林0.15萬(wàn)km2、種草0.09萬(wàn)km2、保土耕作0.03萬(wàn)km2、封禁治理0.24萬(wàn)km2。21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)家對(duì)丹江口庫(kù)區(qū)及上游生態(tài)環(huán)境高度重視，水土流失治理力度持續(xù)加大。截至2022年，庫(kù)區(qū)及上游累計(jì)治理水土流失面積約16.3萬(wàn)km2，包括坡改梯1.6萬(wàn)km2、水保林2.7萬(wàn)km2、經(jīng)果林1.7萬(wàn)km2、封禁治理8.8萬(wàn)km2、保土耕作等其他措施1.5萬(wàn)km2。水土流失治理通過(guò)改變坡面微地形、提高植被覆蓋度，對(duì)減少土壤侵蝕面積、降低土壤侵蝕強(qiáng)度具有積極作用，是影響區(qū)域土壤侵蝕分布格局的重要因素。

4" 結(jié)論

1）丹江口庫(kù)區(qū)及上游土壤侵蝕以微度侵蝕為主，微度侵蝕、輕度及以上侵蝕、強(qiáng)烈及以上侵蝕面積分別為76 452.21、18 747.79、2 183.79 km2。

2）丹江口庫(kù)區(qū)及上游水土流失面積主要分布在漢江源區(qū)、庫(kù)區(qū)及上游中部、丹江上游等區(qū)域，且主要分布在耕地、園地和草地上。

3）降水量直接影響土壤侵蝕分布特征，≥1 200 mm降水量區(qū)域是發(fā)生水土流失的主要區(qū)域。同時(shí)，土地利用和水土流失治理是影響土壤侵蝕分布格局的重要因素。地形條件對(duì)土壤侵蝕影響復(fù)雜，是今后研究的重點(diǎn)。

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收稿日期： 2024-01-26

基金項(xiàng)目： 南水北調(diào)中線水源工程科研項(xiàng)目“數(shù)字孿生丹江口工程先行先試建設(shè)”（GXTC-C-22870043）

第一作者： 李全宏（1971—），男，湖北丹江口人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水庫(kù)管理保護(hù)與信息化工作。

通信作者： 顧朝軍（1990—），男，江西玉山人，高級(jí)工程師，博士，主要從事水土保持與生態(tài)水文工作。

E-mail： 1729886447@qq.com

（責(zé)任編輯" 李楊楊）