鄭國(guó)權(quán)，張曉遠(yuǎn)，劉協(xié)亭

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510635）

水土流失潛在危險(xiǎn)度是指在各種人為不可控制自然因素的驅(qū)動(dòng)下，水土流失發(fā)展可能達(dá)到的程度，其大小取決于水土流失相關(guān)因子驅(qū)動(dòng)力的大小，用于預(yù)測(cè)、評(píng)估某一區(qū)域引起或加劇水土流失的可能性大?。蝗藶椴豢煽刂频淖匀灰蛩丶此亮魇撛谖ｋU(xiǎn)因子，包括地形、土壤、地質(zhì)和降雨等因子。研究潛在的水土流失是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，涉及的影響因子較多，且研究區(qū)分布范圍廣，通常難以做到大范圍的常規(guī)調(diào)查，加上現(xiàn)狀水土流失在不斷變化，利用常規(guī)方法難以進(jìn)行不同時(shí)間的侵蝕比較［1］，利用GIS技術(shù)，可為研究潛在的水土流失時(shí)空變化提供先進(jìn)的技術(shù)支撐。

本研究選取整個(gè)廣東省為研究區(qū)，以GIS為支撐，通過(guò)建立一系列指標(biāo)體系對(duì)研究區(qū)內(nèi)潛在的水土流失危險(xiǎn)程度進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，生成廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度分布圖，并通過(guò)研究其在廣東省各地區(qū)空間分布規(guī)律，為廣東省及其各市縣級(jí)水土保持規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而為廣東省水土流失預(yù)防保護(hù)及水土保持綜合治理、監(jiān)督管理提供支撐。

1 研究區(qū)概況

廣東省位于我國(guó)大陸南部，地處北緯20°13′—25°31′，東經(jīng)109°39′—117°19′之間，東西長(zhǎng)800km，南北寬600km，陸地總面積約1.80×105km2。截止2010年末，廣東省共有21個(gè)地級(jí)行政區(qū)劃單位，全省常住人口10 430萬(wàn)人，排名全國(guó)第一。廣東省屬熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，由南而北為熱帶常綠季雨林、南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林及亞熱帶常綠闊葉林，森林覆蓋率56.7%，林草綠化率59.7%；年平均氣溫22.3℃，年平均降水量為1 777mm。降水的年內(nèi)分配不均，年內(nèi)降水主要集中在4—10月，約占全年降水量的75%～95%。

2 研究方法

2.1 技術(shù)路線(xiàn)及水土流失潛在危險(xiǎn)構(gòu)成因子

本研究利用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS，從廣東省DEM數(shù)據(jù)中提取坡長(zhǎng)因子L和坡度因子S，利用廣東省188個(gè)市級(jí)雨量站30a觀測(cè)的日均降雨數(shù)據(jù)，計(jì)算出各雨量站的年均降雨量、月均降雨量和暴雨頻次。同時(shí)，利用ArcGIS空間分析功能將坡長(zhǎng)和坡度、年均降雨、暴雨頻次、土壤可蝕性及地質(zhì)圖層數(shù)據(jù)分別柵格化處理，將廣東省面積分割成30m×30 m網(wǎng)格，然后計(jì)算單個(gè)因子的數(shù)值，因水土流失潛在危險(xiǎn)度為0～1之間的數(shù)值，需對(duì)各計(jì)算因子參考公式（1）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后各因子用公式（2）［2］逐個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算，得出廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度指數(shù)分布。

式中：F——標(biāo)準(zhǔn)化后水土流失潛在危險(xiǎn)因子值；f——各水土流失潛在危險(xiǎn)因子值；fmax，fmin——水土流失潛在危險(xiǎn)因子最大值和最小值。

式中：Ie——侵蝕潛在危險(xiǎn)性指數(shù)（0～1）；N——評(píng)價(jià)因子數(shù)；Pi——侵蝕因子的第i個(gè)指標(biāo)值；Wi——侵蝕因子的第i個(gè)權(quán)重。

各侵蝕因子的權(quán)重 值，參考《中國(guó)水土流失防治與生態(tài)安全（南方紅壤卷）》中水土流失影響因子權(quán)重確定方法，并結(jié)合廣東省實(shí)際情況確定（表1）。

表1 水土流失潛在危險(xiǎn)指數(shù)因子及權(quán)重值

2.2 潛在危險(xiǎn)度單因子信息提取及量化處理

2.2.1 地形因子LS提取及量化 地形因子是指將坡度S和坡長(zhǎng)L對(duì)坡面水土流失的影響進(jìn)行綜合描述的因子［3］，本研究計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用空間分辨為30m的DEM。

（1）坡度因子提取及量化。S是指在其它條件相同的情況下，特定坡度的土壤流失量與坡度為5°（即標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)的坡度）的坡地土壤流失量的比值［4］。計(jì)算坡度采用的公式為卜兆宏等［5］據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算出適用于我國(guó)的坡度計(jì)算公式：

式中：S——坡度因子；β——坡度。

由于水土流失潛在危險(xiǎn)度為0～1之間的數(shù)值，因此需對(duì)其各單因子參考公式（1）進(jìn)行量化處理。

（2）坡長(zhǎng)因子提取及量化。坡長(zhǎng)L是指在其它條件相同的情況下，特定坡長(zhǎng)的坡地土壤侵蝕量與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)坡長(zhǎng)的坡地土壤侵蝕量之間的比值［4］。本研究采用卜兆宏等［5］在基于USLE坡長(zhǎng)因子計(jì)算公式的基礎(chǔ)上提出的基于像元的坡長(zhǎng)計(jì)算公式：

式中：Di——沿徑流方向每個(gè)像元坡長(zhǎng)的水平投影距離；θi——像元i的坡度。同坡度因子，計(jì)算后需參考公式（1）對(duì)坡長(zhǎng)因子進(jìn)行量化處理。

2.2.2 降雨因子（年均降雨量R和暴雨頻次N）分析

降雨的分配（具體表現(xiàn)為年均降雨量和暴雨頻次）同樣作為降雨引起水土流失的一個(gè)重要因素［6］。本研究利用涵蓋廣東省各市縣的188個(gè)雨量站近30a（1980—2010年）的日降雨量推求出各雨量站的年均降雨量和暴雨頻次數(shù)據(jù)，然后在利用ArcGIS中的空間分析、統(tǒng)計(jì)分析功能，對(duì)雨量站范圍內(nèi)的年均降雨和暴雨頻次進(jìn)行空間內(nèi)插，從而得到整個(gè)研究區(qū)的年均降雨和暴雨頻次空間分布數(shù)據(jù)，再根據(jù)得到的年均降雨和暴雨頻次數(shù)據(jù)參考公式（1）對(duì)其進(jìn)行量化處理。

2.2.3 土壤可蝕性提取與量化分析 土壤可蝕性因子K表征某一類(lèi)型土壤發(fā)生侵蝕的敏感程度，描述了土壤對(duì)降雨沖刷和徑流搬運(yùn)的抵抗力［7］。K值取值依賴(lài)于土壤的物理和化學(xué)屬性，如結(jié)構(gòu)、剪切力，聚合穩(wěn)定性，有機(jī)物含量，滲透性等［8］。通過(guò)廣東省土壤分布圖可知，廣東省內(nèi)土壤主要為紅壤和赤紅壤等。選用Wischmeier［9］建立的計(jì)算公式計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)的K值。

式中：N1——粒徑介于（0.002～0.1mm）的粉砂與極細(xì)砂百分比含量（%）；N2——粒徑介于（0.002～2.0mm）的粉粒與砂粒百分比含量（%）；OM——有機(jī)質(zhì)含量的百分比（%）；S——土壤結(jié)構(gòu)等級(jí)；P——土壤滲透等級(jí)。

2.2.4 地質(zhì)因子的提取與量化分析 地質(zhì)巖性因子是一種定性指標(biāo)，在地形地貌、降雨等因子相同條件下，土壤侵蝕強(qiáng)度的強(qiáng)弱與成壤基巖有密切關(guān)系［10－11］。根據(jù)不同巖類(lèi)風(fēng)化的難易程度和成土后抗蝕能力，結(jié)合廣東省地質(zhì)巖性特征，并參照水利部《中國(guó)水土流失防治與生態(tài)安全（南方紅壤卷）》中南方紅壤區(qū)地質(zhì)巖性分類(lèi)，廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度地質(zhì)因子中地質(zhì)巖性只考慮花崗巖區(qū)、紫色砂頁(yè)巖區(qū)，其它區(qū)域均歸屬為其它巖性區(qū)，然后根據(jù)不同地質(zhì)巖性分布對(duì)其屬性賦值，并參考公式（1）對(duì)其進(jìn)行量化處理生成廣東省地質(zhì)巖性因子分布圖。

3 結(jié)果分析

通過(guò)ArcGIS的空間分析模塊的柵格計(jì)算工具，在ArcGIS中將上述各水土流失潛在危險(xiǎn)度單因子圖層依據(jù)公式（1）—（2）表述的關(guān)系進(jìn)行空間疊加分析，得到廣東省行政區(qū)劃內(nèi)的水土流失潛在危險(xiǎn)度分布圖及屬性數(shù)據(jù)，如附圖4和表2所示。

根據(jù)公式（2）計(jì)算得出廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度（Ie）值在0～0.635 9之間，據(jù)各級(jí)Ie在廣東省行政區(qū)域占的比例，結(jié)合廣東省水土保持規(guī)劃專(zhuān)家咨詢(xún)組意見(jiàn)，將其分為3級(jí)，即：Ie＜0.2，為無(wú)險(xiǎn)型水土流失潛在危險(xiǎn)性區(qū)；0.2≤Ie＜0.35，為輕險(xiǎn)型水土流失潛在危險(xiǎn)性區(qū)；Ie≥0.35，為重險(xiǎn)型水土流失潛在危險(xiǎn)性區(qū)［2］，結(jié)果詳見(jiàn)表2。

由表2可知，廣東省范圍內(nèi)水土流失潛在危險(xiǎn)度為無(wú)險(xiǎn)型的區(qū)域面積為8.790×104km2，占廣東省總面積的48.9%，主要分布在廣東省西南部的雷州半島、珠江三角洲平原、廣東省中部及部分潮汕平原區(qū)，粵北的韶關(guān)市區(qū)，南雄盆地也有分布。由分布區(qū)域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件資料可知，無(wú)險(xiǎn)型區(qū)域內(nèi)一般是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)及居民生活集中的場(chǎng)所，受人類(lèi)活動(dòng)影響大［12］，結(jié)合廣東省土壤分布圖，無(wú)險(xiǎn)型區(qū)域土地利用類(lèi)型復(fù)雜多樣，表層土壤經(jīng)常受到擾動(dòng)，但由于該地區(qū)坡度通常在5°以下，土壤侵蝕強(qiáng)度以微度、輕度侵蝕為主，水土流失潛在危險(xiǎn)度較小。

表2 廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及面積

水土流失潛在危險(xiǎn)度為輕險(xiǎn)型的區(qū)域面積為5.896×104km2，占廣東省總面積的32.8%，輕險(xiǎn)型區(qū)域在廣東省分布較零散，各區(qū)均有分布，主要集中于廣東省東北部，該區(qū)域一般坡度較緩（5°～9°），該區(qū)域地勢(shì)相對(duì)較低，山丘區(qū)植被覆蓋度較大的密林地區(qū)，年均降雨強(qiáng)度集中于1 400～1 800mm之間，土壤侵蝕強(qiáng)度以輕度侵蝕為主。

水土流失潛在危險(xiǎn)度為重險(xiǎn)型面積為3.289×104km2，占廣東省總面積的18.3%，主要分布在東部的蓮花山脈、珠三角北部的青云山脈、九連山脈及南部的天露山，一般分布于山丘上部的嶺坡地帶，該區(qū)地勢(shì)較高，降雨強(qiáng)度較大，土壤侵蝕強(qiáng)度主要為輕度、中度侵蝕為主，受人類(lèi)活動(dòng)影響極易加劇水土流失。

4 結(jié)果討論

根據(jù)新修訂的《中華人民共和水土保持法》，應(yīng)當(dāng)將水土流失潛在危險(xiǎn)較大的區(qū)域劃定為水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)，通常指水土流失潛在危險(xiǎn)度較高區(qū)域，是今后重點(diǎn)防治和需要治理區(qū)域［11］。廣東省位于中國(guó)大陸南部，就自然條件而言，林草植被覆蓋率高，年平均降水量大。通常水土流失較輕微，但由于區(qū)域內(nèi)降雨量大且較為集中，植被或其它水土保持設(shè)施一旦遭到破壞，很容易發(fā)生水土流失，造成的危害也較大。廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度的研究，可作為水土流失兩區(qū)劃分專(zhuān)題中水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)劃分的重要指標(biāo)，也可準(zhǔn)確地反映出廣東省水土流失重點(diǎn)區(qū)劃分特點(diǎn)，其結(jié)果可為大范圍（廣東省或各市縣）的水土保持規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

（1）以運(yùn)用GIS和RS技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)引起潛在水土流失危險(xiǎn)度的各因子及綜合因子進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，得出廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度的空間分布數(shù)據(jù)。

（2）形成了相對(duì)完善的廣東省水土流失潛在危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為研究水土流失潛在危險(xiǎn)區(qū)域提供科學(xué)支撐。

（3）通過(guò)建立一系列指標(biāo)體系對(duì)研究區(qū)內(nèi)潛在的水土流失危險(xiǎn)程度進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，并通過(guò)研究其在廣東省各地區(qū)空間分布規(guī)律，為廣東省及其各市縣水土保持規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，從而為廣東省水土流失預(yù)防保護(hù)及綜合治理、監(jiān)督管理提供支撐。

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