王 巨，謝世友，2，戴國(guó)富

(1.西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，重慶400715;2.三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715)

水土流失敏感性評(píng)價(jià)屬于區(qū)域土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，其目的是為了識(shí)別容易造成土壤侵蝕的區(qū)域，也就是在假設(shè)沒(méi)有人類(lèi)活動(dòng)影響的條件下，評(píng)價(jià)土壤侵蝕受自然因素的潛在影響程度［1］。水土流失敏感性評(píng)價(jià)的實(shí)質(zhì)是對(duì)現(xiàn)狀自然環(huán)境背景下的潛在水土流失問(wèn)題進(jìn)行明確辨識(shí)，并將其落實(shí)到具體空間區(qū)域上的過(guò)程［2］。三峽庫(kù)區(qū)地形起伏大、坡度陡，降雨多、強(qiáng)度大，人地矛盾尖銳，是我國(guó)典型的山地水土流失區(qū)，特別是三峽庫(kù)區(qū)移民安置之后，糧食生產(chǎn)和燃料需求的增長(zhǎng)，使土地壓力增大，加上移民過(guò)程中城鎮(zhèn)、房屋、道路建設(shè)等一系列活動(dòng)，無(wú)疑加劇了區(qū)內(nèi)的水土流失。為了更有效地預(yù)防和治理庫(kù)區(qū)水土流失，就必須科學(xué)地確定不同程度水土流失敏感性空間分布格局，明確水土流失敏感性區(qū)域。

由于土壤侵蝕具有多元性、復(fù)雜性、時(shí)空多變性，所以建立一個(gè)適合于全國(guó)的土壤侵蝕模型是非常困難的。目前，針對(duì)小流域的水土流失敏感性評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者常在參照通用土壤流失方程的同時(shí)，結(jié)合研究區(qū)域?qū)嶋H情況選取評(píng)價(jià)因子。本研究借助于生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)方法，選取DEM(高程)、坡度、降水、地表物質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、土地利用等6個(gè)因子，對(duì)重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失敏感性進(jìn)行了單因子評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)。

1 重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失概況

重慶三峽庫(kù)區(qū)地處長(zhǎng)江上游末端，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要由川東隆起褶皺帶和川鄂湘黔褶皺帶構(gòu)成，屬燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)抬升區(qū)。區(qū)內(nèi)地形起伏大，降雨多、強(qiáng)度大，地質(zhì)災(zāi)害頻繁，具備發(fā)生水土流失的潛在條件;易風(fēng)化的軟弱巖層出露面積廣，坡耕地所占比例高，為水土流失提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源。三峽庫(kù)區(qū)已實(shí)施的城市遷建、移民安置、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地開(kāi)發(fā)以及庫(kù)區(qū)公路建設(shè)、防護(hù)工程復(fù)建等人類(lèi)活動(dòng)都會(huì)造成新的水土流失，且流失量巨大。在全國(guó)水土流失類(lèi)型區(qū)劃中，三峽庫(kù)區(qū)屬西南土石山區(qū)，是國(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)監(jiān)督區(qū)和水土流失重點(diǎn)治理區(qū)［3］。2004年最新遙感調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失面積2.39萬(wàn)km2，占庫(kù)區(qū)土地總面積的51.71%，高于全國(guó)37%的平均水平，也高于長(zhǎng)江流域31.2%的平均水平，更高于與庫(kù)區(qū)鄰近的四川、貴州和湖北3省的平均水平［4］。

強(qiáng)烈的水土流失破壞了三峽庫(kù)區(qū)居民賴(lài)以生存的土地資源，致使土層變薄，土地砂礫化和石化，母質(zhì)、基巖裸露，生產(chǎn)力下降甚至喪失農(nóng)業(yè)利用價(jià)值;加大了洪澇、干旱及重力侵蝕等災(zāi)害的破壞力;泥沙進(jìn)入水庫(kù)，抬高河床、淤塞河道，嚴(yán)重影響了三峽工程的效益和使用壽命，威脅到整個(gè)庫(kù)區(qū)乃至長(zhǎng)江中下游地區(qū)的生態(tài)安全。因此，科學(xué)確定三峽庫(kù)區(qū)水土流失空間分布格局，明確水土流失敏感區(qū)域，對(duì)于因地制宜地構(gòu)建水土流失綜合防護(hù)體系，全面推進(jìn)庫(kù)區(qū)水保生態(tài)建設(shè)，保障三峽工程長(zhǎng)治久安，促進(jìn)庫(kù)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

研究資料采用了重慶市三峽庫(kù)區(qū)TM數(shù)據(jù)影像(200806)、1∶5萬(wàn)地形圖、1∶200萬(wàn)重慶市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度圖、1∶50萬(wàn)重慶市土壤類(lèi)型圖、2007年三峽庫(kù)區(qū)各區(qū)縣1∶10萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖及三峽庫(kù)區(qū)各區(qū)縣4—9月份平均降水量資料。將地形圖經(jīng)矢量化處理生成DEM，并提取坡度信息。將土壤類(lèi)型圖、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度圖、土地利用現(xiàn)狀圖等圖件經(jīng)掃描矢量化處理并進(jìn)行幾何校正，用重慶三峽庫(kù)區(qū)范圍文件剪切各矢量數(shù)據(jù)。根據(jù)重慶三峽庫(kù)區(qū)20個(gè)雨量站4—9月份降雨量數(shù)據(jù)，在ArcGIS中采用反距離權(quán)重法插值分析得到重慶三峽庫(kù)區(qū)降雨量分布圖。最后將各矢量數(shù)據(jù)柵格化，重采樣，像元大小統(tǒng)一為10。

結(jié)合重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失的實(shí)際情況，研究中選擇DEM、坡度、降水、地表物質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、土地利用作為水土流失敏感性單因子評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要依照國(guó)家環(huán)?？偩帧渡鷳B(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程》附件C和土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將水土流失敏感性單一因子分為不敏感、輕度敏感、中度敏感、高度敏感、極度敏感等5個(gè)等級(jí)，并對(duì)水土流失敏感性評(píng)價(jià)等級(jí)按1、2、3、4、5級(jí)給予賦值(表1)，最后采用專(zhuān)家打分法賦予各單因子水土流失敏感性權(quán)重，在ArcGIS中進(jìn)行空間疊加分析，得到重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失敏感性空間分布格局。

表1 重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失敏感性評(píng)價(jià)因子分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 單因子敏感性評(píng)價(jià)

3.1 DEM 因子

重慶三峽庫(kù)區(qū)海拔在73.1—2768 m之間，地形起伏大。長(zhǎng)江水面至175 m高程之間的落差為庫(kù)區(qū)消落帶，水庫(kù)蓄水后，在降水和水庫(kù)水位周期性漲落作用下，消落帶坡面上的植被和土壤結(jié)構(gòu)被破壞，且?guī)彀秲蓚?cè)巖石周期性地浸泡在水中，穩(wěn)定性減弱，從而極易誘發(fā)滑坡、崩塌和泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，因此三峽庫(kù)區(qū)100—175 m高程范圍為水土流失極度敏感區(qū)。175—350 m高程范圍為水土流失敏感性較高區(qū)，這是因?yàn)?一方面該高程范圍內(nèi)多為人口密集區(qū)，土地資源利用程度高，特別是三峽移民后，農(nóng)村移民通過(guò)將荒山草坡改造成坡耕地來(lái)獲得賴(lài)以生存的土地，導(dǎo)致水土流失加劇，移民時(shí)因修路、建房挖土拋石所造成的土壤流失量巨大;另一方面，三峽水庫(kù)兩岸175—350 m高程范圍內(nèi)溝壑縱橫、坡度陡(15°以上的土地占土地總面積的74%)、相對(duì)高差大，地質(zhì)災(zāi)害就易發(fā)生。海拔越高人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度越小，庫(kù)區(qū)內(nèi)海拔350—800 m范圍為農(nóng)業(yè)區(qū)，800—1300 m范圍為農(nóng)林混交區(qū)，＞1300 m范圍為林牧交錯(cuò)區(qū)。重慶三峽庫(kù)區(qū)DEM單因子敏感性分布見(jiàn)圖1。

3.2 坡度因子

一般說(shuō)來(lái)，坡度越陡越易導(dǎo)致水土流失。據(jù)黃閏泉研究［5］，當(dāng)坡耕地坡度為5°時(shí)，土壤侵蝕模數(shù)約為700 t/(km2·a)，15°時(shí)約為 8500 t/(km2·a)，25°以上時(shí)在12000 t/(km2·a)以上，最高可達(dá)20000 t/(km2·a)。參考土壤侵蝕等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，本研究將坡度因子劃分為:＜5°的為不敏感區(qū)，5°—15°的為輕度敏感區(qū)，15°—25°的為中度敏感區(qū)，25°—35°的為高度敏感區(qū)，＞35°的為極度敏感區(qū)。重慶三峽庫(kù)區(qū)坡度單因子敏感性分布見(jiàn)圖2。

3.3 降水因子

降水是影響水土流失的重要因子。重慶三峽庫(kù)區(qū)多年平均降水量1185 mm，其中4—9月份降水量占年降水量的70%，且多以暴雨形式出現(xiàn)。在高強(qiáng)度的降水作用下，一方面雨滴下落產(chǎn)生強(qiáng)大的動(dòng)能擊濺表層土壤，另一方面雨水形成的地表徑流沖刷坡地土壤，造成了嚴(yán)重的水土流失，同時(shí)地表徑流還促使溝谷發(fā)展，增大了地表的切割密度和坡度，加劇了水土流失。本研究根據(jù)庫(kù)區(qū)內(nèi)20個(gè)雨量站觀測(cè)的4—9月份降水量數(shù)據(jù)，利用GIS空間插值方法獲得降水的空間分布，然后采用等間隔降水量方法制作了降水單因子敏感性圖(圖3)。

3.4 地表物質(zhì)因子

地表物質(zhì)因子主要是指土壤性狀和巖性條件的差異對(duì)水土流失的影響。重慶三峽庫(kù)區(qū)地表物質(zhì)敏感性分布見(jiàn)圖4。庫(kù)區(qū)東部出露地層以石灰?guī)r、紫色砂頁(yè)巖為主，西部多為紫色砂頁(yè)巖，也有少部分石灰?guī)r、石英砂巖和頁(yè)巖出露。庫(kù)區(qū)內(nèi)古地層的板巖、千枚巖、黏土層及紫色砂頁(yè)巖等易風(fēng)化的軟弱巖層出露面積廣，很容易受到水蝕，為庫(kù)區(qū)水土流失的產(chǎn)生提供了豐富的固體物質(zhì)［6］。在紫色砂泥巖地區(qū)發(fā)育的紫色土和風(fēng)化花崗巖地區(qū)發(fā)育的粗骨土土層淺薄，一般淺于20 cm，富含巖石碎屑，表土以下為不同厚度的風(fēng)化巖層，有機(jī)質(zhì)少，水穩(wěn)性差，抗蝕性和穩(wěn)定性均弱，且植被覆蓋率低，在大雨、暴雨作用下土壤流失嚴(yán)重;新積土成土?xí)r間較短，土壤尚未固結(jié)，質(zhì)地疏松，且未形成穩(wěn)定的植被類(lèi)型，雨水下滲飽和后造成大片土壤順坡下泄;黃壤、黃棕壤一般土壤結(jié)構(gòu)良好，抗蝕性稍強(qiáng)。

3.5 地質(zhì)災(zāi)害因子

三峽庫(kù)區(qū)是我國(guó)崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)之一。研究中根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和重慶市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度圖，將該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度分為5個(gè)等級(jí)(圖5)，其中:長(zhǎng)江及其支流烏江沿線為V形河谷，谷坡陡峻，巖層向河谷傾斜，為地質(zhì)災(zāi)害極度敏感區(qū);庫(kù)區(qū)東部廣大地區(qū)和西南部山勢(shì)陡峻，為地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū);西部為方山丘陵地貌，地形起伏小，為地質(zhì)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)。

圖5 地質(zhì)災(zāi)害因子敏感性空間分布

3.6 土地利用因子

土地利用直接影響著植被覆蓋率和土壤受擾動(dòng)的程度，從而影響水土流失程度。據(jù)測(cè)定，樹(shù)冠可截留15%～40%的降水，進(jìn)入林地的降水，經(jīng)過(guò)枯枝落葉層的吸收表土不受沖，富含有機(jī)質(zhì)的森林沃土水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)好、透水性強(qiáng)，可將50%～的降水轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤A存起來(lái)，地表徑流不超過(guò)1%。加之樹(shù)根深入地下，盤(pán)根錯(cuò)節(jié)，牢牢地保護(hù)著土壤免受侵蝕［7］。而城鎮(zhèn)、道路、房屋建設(shè)所產(chǎn)生的采石場(chǎng)和取土場(chǎng)以及采礦用地地表植被遭到破壞，土壤受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，土壤侵蝕劇烈。坡耕地是庫(kù)區(qū)水土流失最嚴(yán)重的地類(lèi)，在重慶三峽庫(kù)區(qū)，旱坡地在耕地中所占的比例高達(dá)72.2%，其中水土流失強(qiáng)度較高的15°以上坡耕地面積占旱坡耕地總面積的57.37%［4］?；牟莸睾透呱讲莸閰^(qū)，草的存在減小了雨滴對(duì)土壤的濺蝕作用，削弱了雨水對(duì)土壤的沖擊強(qiáng)度，植物根系又能夠固結(jié)土壤和改良土壤結(jié)構(gòu)。園地的植被覆蓋度一般超過(guò)50%，且在一定程度上能夠減少對(duì)地表土層的翻耕力度，水土流失不明顯。重慶三峽庫(kù)區(qū)土地利用因子敏感性分布見(jiàn)圖6。

圖6 土地利用因子敏感性空間分布

4 綜合評(píng)價(jià)

由于各單因子對(duì)水土流失敏感性的作用程度不同，所以為了科學(xué)地確定重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失敏感性的空間格局，研究采用專(zhuān)家打分法確定各單因子權(quán)重(表2)。權(quán)重值越大，說(shuō)明該單因子對(duì)庫(kù)區(qū)水土流失敏感性的影響就越大。按照權(quán)重的大小在ArcGIS中將各單因子敏感性數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加處理，得到重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失敏感性空間分布圖。疊加產(chǎn)生的綜合敏感區(qū)的得分值為1.58～4.30，并采用Natural Break法重新分級(jí)，得到水土流失綜合敏感性空間分布見(jiàn)圖7。

表2 單因子敏感性因子權(quán)重

重慶三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)水土流失以中、高度敏感性為主，分別占庫(kù)區(qū)總面積的43.35%、36.0%;輕度敏感性面積占庫(kù)區(qū)總面積的14.39%;不敏感區(qū)和極度敏感區(qū)面積相對(duì)較小，分別占1.04%和5.23%。從水土流失敏感性空間分布格局來(lái)看，極度敏感區(qū)主要集中分布在庫(kù)區(qū)東部的長(zhǎng)江沿線以及開(kāi)縣、萬(wàn)州、云陽(yáng)的部分地區(qū)，是各單因子水土流失極度敏感區(qū)，區(qū)內(nèi)山高、坡陡、降雨量多且強(qiáng)度大、坡耕地所占比例大，且多崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。中、高度敏感區(qū)多分布在涪陵以東的庫(kù)區(qū)，該區(qū)坡度大，紫色土、石灰土、新積土等易侵蝕土壤分布廣且以坡耕地為主要的農(nóng)業(yè)用地，水土流失敏感性較高。庫(kù)區(qū)西部降雨量較東部少，多為方山丘陵地貌，坡度較東部緩，土地利用以水田、望天田為主，其水土流失以輕度、中度敏感為主。就縣域范圍來(lái)講，萬(wàn)州、開(kāi)縣、云陽(yáng)等區(qū)縣水土流失最為敏感，其中度以上敏感性面積分別占各區(qū)縣總面積的93.40%、91.47%和90.66%;其次為忠縣、巫山、巫溪、奉節(jié)、豐都縣。重慶主城各區(qū)水土流失敏感性以輕度為主，各區(qū)縣不同等級(jí)敏感性分布情況見(jiàn)表3。

圖7 重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失敏感性空間分布

表3 重慶三峽庫(kù)區(qū)各區(qū)縣不同等級(jí)水土流失敏感性分布

5 結(jié)語(yǔ)

(1)重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失敏感性程度較高，輕、中、高度敏感性面積占庫(kù)區(qū)總面積的93.74%，其中區(qū)內(nèi)東部為中、高度敏感區(qū)，西部以輕、中度敏感區(qū)為主，不敏感和極度敏感區(qū)域面積很小。

(2)采用GIS空間疊加技術(shù)能夠科學(xué)地界定水土流失敏感性不同等級(jí)的空間分布，它已成為區(qū)域水土流失敏感性評(píng)價(jià)的一種新的有效方法。但是，在進(jìn)行小流域范圍內(nèi)水土流失敏感性評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)因子的選取要結(jié)合研究區(qū)水土流失最敏感的因子。本研究充分考慮重慶三峽庫(kù)區(qū)內(nèi)高程、土地利用、地質(zhì)災(zāi)害等水土流失的重要影響因子，因而研究結(jié)果更加準(zhǔn)確、科學(xué)。

(3)水土流失敏感性分析是對(duì)區(qū)域發(fā)生水土流失可能性程度的一種預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)結(jié)果為進(jìn)行水土流失防治提供了依據(jù)。在水土流失高度敏感、極度敏感地區(qū)，應(yīng)盡快建立生態(tài)防護(hù)林，加大區(qū)內(nèi)尤其是25°以上陡坡地的退耕還林還草工作力度。在中度敏感區(qū)應(yīng)以坡耕地和荒山荒坡綜合整治為切入點(diǎn)，因地制宜地布設(shè)工程措施、植物措施、耕作措施，對(duì)坡耕地進(jìn)行改造，建設(shè)基本農(nóng)田，積極發(fā)展林果業(yè)和高效牧草等種植業(yè)。在輕度水土流失敏感區(qū)和水土流失不敏感區(qū)，應(yīng)大力開(kāi)展植樹(shù)造林，改善生態(tài)環(huán)境，大力實(shí)施生態(tài)修復(fù)，注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

［1］李陽(yáng)兵，邵景安，王世杰，等.基于巖溶生態(tài)系統(tǒng)特性的水土流失敏感性評(píng)價(jià)［J］.山地學(xué)報(bào)，2007，25(6):671 －677.

［2］徐廣才，康慕誼，趙從舉，等.阜康市生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)研究［J］.北京師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，43(1):88－92.

［3］郭宏忠，于亞莉.重慶三峽庫(kù)區(qū)水土流失動(dòng)態(tài)變化與防治對(duì)策［J］.中國(guó)水土保持，2010(4):58－59.

［4］陳國(guó)建，吳德濤，王彩霞，等.三峽庫(kù)區(qū)重慶段水土流失動(dòng)態(tài)變化［J］.中國(guó)水土保持科學(xué)，2009，7(5):105 －110.

［5］黃閏泉，胡吉明，蔡晟，等.三峽庫(kù)區(qū)坡耕地農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)水文效益研究［C］//林業(yè)部科技司.林業(yè)部青年學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京:中國(guó)林業(yè)出版社，1995:197－203.

［6］張崇慶.三峽庫(kù)區(qū)水土流失及其防治對(duì)策［J］.中國(guó)水土保持，2002(6):9－10.

［7］謝寶華.三峽庫(kù)區(qū)開(kāi)縣水土流失及其治理［J］.環(huán)境生態(tài)，1994(6):29－31.