李雄飛

（陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 陜西 西安 710004）

1 引言

土壤侵蝕是影響全球陸表生態(tài)質(zhì)量的重要因素，是限制當(dāng)今人類生存與發(fā)展的全球性環(huán)境問題之一，嚴(yán)重制約著全球社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[1]。由于土壤侵蝕，大量土壤資源被蠶食和破壞，溝壑日益加劇，土層變薄，大面積土地被切割得支離破碎，耕地面積不斷縮小。因此，防治水土流失，保護(hù)和合理利用水土資源是建立良好的生態(tài)環(huán)境，走農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)根本措施，是國土整治的一項(xiàng)重要內(nèi)容。陜西處于黃土高原腹地，地貌類型復(fù)雜多樣，農(nóng)牧、農(nóng)林交錯(cuò)特征明顯，土地利用類型多種多樣，長期以來流水侵蝕和風(fēng)沙侵蝕造成土壤流失問題十分嚴(yán)重。陜西由陜北黃土高原、關(guān)中平原和陜南秦巴山地三個(gè)地貌單元組成。以該區(qū)域作為研究對象來探討土壤侵蝕強(qiáng)度的時(shí)空變化特征，具有較強(qiáng)的代表性。

在土壤侵蝕定量監(jiān)測方面，土壤侵蝕模數(shù)的確定方法包括：模型法、統(tǒng)計(jì)法、同位素法[2-5]、遙感法等。模型法包括通用土壤流失方程（USLE）、WEPP（watererosion predictionproject）模型等，這些方法需要比較完整的各類觀測資料，并且在模型率定時(shí)模型參數(shù)的確定比較困難；統(tǒng)計(jì)學(xué)方法需要比較完整的統(tǒng)計(jì)資料，同時(shí)，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法只能用于表述一般性規(guī)律，而對于突變時(shí)刻的土壤侵蝕監(jiān)測仍存在很大不足；遙感法是根據(jù)土壤的波譜特征確定的，不同深度的土壤由于其組分的差異，波譜也存在差異，雖然快捷，但由于不同深度土壤的波譜差別并不是很明顯，故而這種方法的精度很受限制。由于以上方法在數(shù)據(jù)要求、應(yīng)用尺度、計(jì)算精度等方面存在局限，本研究對侵蝕模數(shù)的計(jì)算，采用河道年輸沙量推算所在流域土壤侵蝕模數(shù)的方法，編制陜西土壤侵蝕模數(shù)圖，并分析其時(shí)空分布特征，研究結(jié)果將為陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供決策依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)介紹

本次計(jì)算共收集到19條河流的河流泥沙觀測資料，其中屬黃河流域的河流16條，長江流域的河流3條，河流上共有水文測站62個(gè)，可以代表陜西境內(nèi)河流徑流泥沙特征，缺失觀測資料的站利用徑流—泥沙關(guān)系曲線和回歸方程進(jìn)行延長計(jì)算。收集到陜西省2005年水庫普查資料864組的水庫攔淤泥沙資料，大型水庫5座，中型54座，小(1)型209座，小(2)型578座。收集到陜西省2009年淤地壩普查資料10425組，其中，特大型壩1座，骨干壩2391座，大(1)型507座，大(2)型1015座，中型6511座。本研究還用到陜西省1979年土壤侵蝕統(tǒng)計(jì)資料。

2.2 研究方法

2.2.1 計(jì)算方法

（1）黃河流域侵蝕模數(shù)計(jì)算。

流域侵蝕模數(shù)以支流（測站）為單元、按泥沙輸移比為1進(jìn)行計(jì)算。

式中，Ms——流域土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；

R——河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

D1——水庫淤積總量，m3；

D2——淤地壩淤積總量，m3；

V——淤積泥沙容重，取1.35t/m3；

S——流域面積，km2；

T——水庫，淤地壩淤積年限，a。

（2）長江流域侵蝕模數(shù)計(jì)算。

流域侵蝕模數(shù)以支流（測站）為單元、按泥沙輸移比0.455進(jìn)行計(jì)算。

式中，Ms——流域土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；

R——河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

D——水庫淤積總量，m3；

V——淤積泥沙容重，取1.35t/m3；

S——流域面積，km2

T——水庫淤積年限，a，

r———泥沙輸移比，取0.455。

（3）跨省流域（涇河入口站：楊家坪、景村、張河和張家山；窟野河入口站為新廟站；北洛河入口站為張村驛；渭河入口站為林家村；黃河水系出口站：皇埔川、高石崖、溫家川、高家川、申家灣、白家川、延川、甘谷驛、大村、新市河、狀頭、華縣、靈口；長江水系出口站為：白河、荊紫關(guān)、略陽），侵蝕模數(shù)的計(jì)算公式為：

式中，Ms——流域土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；

R出——出省河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

R入——入省河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

D——水庫淤積總量，m3；

V——淤積泥沙容重，取1.35t/m3；

T——水庫淤積年限，a。

對跨省河流無入站口的流域按下式求算：

式中，S1——省內(nèi)測站控制面積，km2；

S2——流域面積，km2；

X1——省內(nèi)控制面積產(chǎn)沙量，萬t；

X2——流域輸沙量，萬t。因此：

式中符號意義同上。

2.2.2 數(shù)值率定與插補(bǔ)

（1）泥沙數(shù)據(jù)缺失插補(bǔ)。

對缺失觀測資料的站如志丹和麻街，利用徑流—泥沙關(guān)系曲線和回歸方程進(jìn)行延長。

（2）水庫淤積量。

統(tǒng)計(jì)已有資料，并求出其年平均淤積量。當(dāng)水庫竣工時(shí)間在1980年以前時(shí)，用淤積總量減去相應(yīng)時(shí)段的淤積量；當(dāng)水庫泥沙調(diào)查時(shí)間不到2009年時(shí)，延長缺失年的淤積量。這樣水庫淤積量則為：

D=(D總-D前)+D延

（3）淤地壩淤積量計(jì)算。

統(tǒng)計(jì)已有資料，并求出其年平均淤積量。淤地壩竣工時(shí)間在1980年以前時(shí)，用淤積總量減去相應(yīng)的淤積量。

D=D總-D前

3 結(jié)果和分析

基于GIS軟件Arc/Info9.3，以陜西省1/250000水系圖為底圖，將陜西各站點(diǎn)計(jì)算的土壤侵蝕模數(shù)按測站控制流域范圍填圖，并按陜西省2005年《陜西省水土保持公報(bào)》土壤侵蝕強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圖斑歸并后，形成1980年～2009年平均土壤侵蝕模數(shù)圖。根據(jù)水利部頒發(fā)的土壤侵蝕強(qiáng)度分級標(biāo)準(zhǔn)，按年平均侵蝕模數(shù)(單位:t·km2)，土壤侵蝕強(qiáng)度分為6級(即微度<500、輕度500～2500、中度2 500～5000、強(qiáng)度5000～8000、極強(qiáng)度8 000～15000、劇烈>15000)，如圖1。

圖1 陜西省1980年～2009年平均土壤侵蝕模數(shù)圖

由圖1可以看出：在圖中，從流域尺度可見劇烈侵蝕主要出現(xiàn)在窟野河下游、無定河下游處，極強(qiáng)烈侵蝕主要出現(xiàn)在無定河流域，在無定河中下游、涇河上游以及延河流域表現(xiàn)為強(qiáng)烈和極強(qiáng)烈的侵蝕，渭河流域、漢江流域以及丹江部分流域的侵蝕級別比較低，渭河流域?yàn)檩p度侵蝕，漢江流域以及丹江流域?yàn)槲⒍惹治g，嘉陵江上游為中度侵蝕。延河流域是一個(gè)分界線，延河流域以北是強(qiáng)烈或劇烈的侵蝕類型，以南則是微度或輕度的侵蝕類型；從行政區(qū)劃角度可見：出現(xiàn)劇烈以及極強(qiáng)烈侵蝕的地區(qū)主要集中在陜北部分地區(qū)，尤其是府谷、子長、清澗、延川，延安、定邊、志丹、延長、彬縣、長武屬于強(qiáng)烈侵蝕，相比較而言，關(guān)中以及陜南的土壤侵蝕情況比較輕微，其中關(guān)中地區(qū)的侵蝕情況最輕。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因主要是：陜北地區(qū)屬于黃土高原區(qū)，土壤的組分為黃土，比較疏松，并且陜北地區(qū)存在風(fēng)蝕以及水蝕兩種侵蝕作用。此外，陜北地區(qū)的植被結(jié)構(gòu)比較差，而關(guān)中平原以及陜南秦巴山地的植被覆蓋良好。在圖中靠近內(nèi)蒙古毛烏素沙漠處，土壤侵蝕情況較周圍區(qū)域出現(xiàn)了反常，表現(xiàn)為微度或輕度的侵蝕，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因主要是對于日益嚴(yán)重地沙塵暴問題，國家對毛烏素沙漠采取了一系列強(qiáng)有力的治理。此外，關(guān)中地區(qū)的長武和彬縣與周圍相比較，亦出現(xiàn)了反常，此處的侵蝕類型為中度以及強(qiáng)烈侵蝕，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因在于長武縣位于陜西省西北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，是渭北與隴東高原結(jié)合部的過渡地帶，并且植被覆蓋率比較低，彬縣位于陜西省西北隴東黃土高原塬梁丘陵溝壑區(qū)，僅南部山區(qū)殘存少量的天然次生灌木林，絕大部分為人工植被，控制水土流失的能力較差。

表1 陜西省1978年～2009年土壤侵蝕強(qiáng)度對比表

根據(jù)表1，與基準(zhǔn)期1978年相比較，1980年～2009年變化期劇烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕和次強(qiáng)度侵蝕的面積明顯縮小，不明顯侵蝕、微度侵蝕、中度侵蝕的面積擴(kuò)大，尤其是輕度侵蝕和不明顯侵蝕，雖然強(qiáng)度侵蝕的面積有所增加，但輕度侵蝕的面積有所縮小，陜西省土壤侵蝕程度整體上有所減少，高強(qiáng)度侵蝕類型在各種人類活動的干預(yù)下逐漸轉(zhuǎn)向輕度以及微度侵蝕。

陜西土壤侵蝕存在緯度梯度變化的現(xiàn)象，從陜北到關(guān)中再至陜南，侵蝕強(qiáng)度在變?nèi)?，其中關(guān)中地區(qū)的土壤侵蝕表現(xiàn)最弱，陜北地區(qū)表現(xiàn)十分劇烈，這是由于陜北存在風(fēng)蝕和水蝕兩種侵蝕作用，并且陜北的植被結(jié)構(gòu)比較差，較之，陜南以及關(guān)中的植被結(jié)構(gòu)良好；此外陜西的水土流失現(xiàn)象得到了很好的治理，比較劇烈的侵蝕類型在各種人類活動的干預(yù)下逐漸轉(zhuǎn)向輕度以及微度侵蝕，但從水土流失面積與侵蝕量上看，陜西水土保持工作仍需穩(wěn)步前進(jìn)。

基于本次研究成果編制土壤侵蝕公報(bào)并進(jìn)行發(fā)布，能夠讓公眾了解陜西省不同區(qū)域的土壤侵蝕情況，可提高水土保持工作的全社會重視的程度，為后期水土流失治理和水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測奠定基礎(chǔ)。在后續(xù)的研究中，應(yīng)對整個(gè)研究區(qū)，根據(jù)不同時(shí)段計(jì)算土壤侵蝕模數(shù)，結(jié)合各時(shí)段陜西水土保持工作的數(shù)據(jù)，分析陜西水土保持工作的具體效益，掌握最有效的水土保持途徑。同時(shí)根據(jù)流域植被結(jié)構(gòu)、土壤成分以及地形情況對整個(gè)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)研究，各區(qū)單元內(nèi)制定不同的治理方案[6-11]，根據(jù)不同強(qiáng)度水土流失面積以及水土流失總面積，補(bǔ)充和完善各治理方案。

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