江蘇省水土流失重點防治區劃分

張 洋，彭 瑤，劉競妍，湯建熙，吳嘉裕，李 盟，趙言文

（1.南京農業大學 資源與環境科學學院，江蘇 南京210095；2.江蘇省農村水利處，江蘇 南京210029；3.江蘇省水土保持辦公室，江蘇 南京210029）

環境污染和水土流失已經成為當今世界危害人類生存的兩大問題。據聯合國開發計劃署資料，由于土壤侵蝕，世界每年喪失耕地5.00×106～7.00×106hm2。另據世界沙化會議的資料顯示，全球受到沙化影響的土地面積有3.80×107km2，約2／3的國家和地區深受其害，涉及全球40%以上的人口［1］。保護土地、防止水土流失，已成為當今世界各國十分關注的重大問題。

根據我國第二次遙感調查數據顯示，我國水土流失總面積3.56×106km2，其中水蝕面積1.65×106km2，風蝕面積1.91×106km2，開展水土流失治理工作刻不容緩［2］。針對我國水土流失分布范圍廣，面積大，侵蝕類型多樣以及類型復雜的特點，需區分輕重緩急對水土流失區域進行分類治理或預防。《水土保持法》及其實施條例規定了水土流失重點防治區的概念，包括水土流失重點預防保護區、重點監督區和重點治理區（簡稱“三區”）。新修訂的《水土保持法》規定的水土流失重點防治區不再保留水土流失重點監督區，明確為水土流失重點預防區和重點治理區（以下簡稱“兩區”），并要求縣級以上人民政府依據水土流失調查結果劃定并公告。為更好地貫徹落實新的《水土保持法》，各級人民政府急需開展水土流失重點防治區的劃分工作，而劃分方法的確定成為首先要解決的問題。本研究在江蘇省水土流失現狀綜合調查結果的基礎上，根據江蘇省自然環境和社會經濟情況，采用ArcGIS等技術手段，通過定性與定量相結合的劃分方法，獲得江蘇省水土流失重點防治區劃分成果，為江蘇省水土保持工作分區開展提供指導。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

江蘇省位于我國大陸東部，國土面積1.03×105km2，占全國的1.06%。境內地形以平原為主，占總面積的69%，其它地形如水域占總面積的16.9%，低山丘陵崗地占總面積的14.3%，水域面積比例之高居全國首位。境內氣候屬于溫帶向亞熱帶的過度性氣候，植物種類豐富多樣，既有許多暖溫帶的種屬，也有不少亞熱帶的種屬。

江蘇省水土流失主要分布在丘陵山區（低山、丘陵、崗地）和平原沙土區，大部分地區以水力侵蝕為主［3－4］，少部分地區還存在風蝕現象。據水土流失遙感調查統計，該省輕度以上水土流失面積6 279km2，占該省土地總面積的6.1%，其中丘陵山區流失面積4 018km2，平原沙土區2 261km2，分別占該省水土流失面積的64.0%和36.0%。

1.2 數據來源

平均海拔數據是通過地理信息系統（GIS）從江蘇省30m分辨率的數字高程模型（DEM）中提取的，年均降水量和年均氣溫來源于江蘇省統計年鑒和各縣的政府網站，其它數據均來源于各地水利主管部門上報數據。社會經濟統計數據來源于江蘇省統計年鑒和各地水利主管部門上報數據。土地利用數據為2010年江蘇省各地土地利用數據，來源于各地水利主管部門上報數據和各地國土部門網站。水土流失數據來源于2011年開始進行的江蘇省水土流失現狀調查成果。所有數據均以鄉鎮級行政單元收集，共105個縣級單元，1 335個鄉鎮的數據。

2 劃分方法

基于江蘇省綜合調查數據，以定性分析為主，定量分析為輔，科學合理地篩選劃分指標，構建指標體系和劃分模型，并利用ArcGIS等技術手段，將定性和定量分析結果進行疊置分析，獲得江蘇省水土流失重點防治區劃分最終結果。

2.1 重點預防區和重點治理區劃分指標的選擇

2.1.1 水土流失重點預防區 根據新《水土保持法》，水土流失重點預防區是指水土流失潛在危險較大的區域。基本特征為植被相對較好，林草覆蓋度較大；人口密度較低，人為活動較少；現狀水土流失輕微，但潛在水土流失危險程度較高；對國家或區域防洪安全、水資源安全和生態安全有重大影響。根據水土保持法及其釋義的定義，選取指標為：

（1）定性指標。

① 重要水資源保護區：包括飲用水源保護區、洪水調蓄區、重要水源涵養區、重要漁業水域、大中型水庫等。

② 清水通道維護區：重要水源輸送和水質維護功能的河流，運河及其兩側一定范圍內予以保護的區域。

③ 重要生態維護區：包括自然保護區、風景名勝區、地質公園、森林公園、重要濕地、生態公益林、特殊生態產業區等。

在以上所述的區域內，一般當前水土流失強度不大，同時具有較高的林草覆蓋率，并且人口密度很小，受人類活動影響較小，水土保持作用很明顯。但是其潛在的水土流失危險較高，容易遭受人為活動的影響造成不可逆損害，發生較嚴重的水土流失，這些區域需要重點預防保護。因此，符合以上所述的區域，均納入水土流失重點預防區的范疇。

（2）定量指標。

①林草覆蓋率。本研究中的林草覆蓋率，是指某一地域內具有水土保持作用的林地和草地的總面積所占該地域總面積的比例，其大小用百分數表示（%）。林草植被通過林冠截流、林下草灌和枯枝落葉層的攔蓄以及植物根系對土壤的固結作用而保持水土、涵養水源、改善土壤肥力，林草覆蓋率越高，其防治水土流失作用越明顯。根據劉斌、郭忠升等［5－6］的研究表明，根據不同林草覆蓋率的水土保持作用效果，可以將林草覆蓋率劃分為3個區間，當林草覆蓋率達到60%時，其水土保持作用效果幾乎達到臨界值；當覆蓋率在30%～60%之間時，其水土保持作用效果隨著覆蓋率的增加而增強；當低于30%時，其水土保持作用就很難體現出來。據此，可將林草覆蓋率分成3個等級，并根據每個基本劃分單元的林草覆蓋率大小，賦予不同的分值（表1）。

②土壤侵蝕潛在危險度。土壤侵蝕潛在危險度，是對突然侵蝕發展演變特征的動態描述，是指某一地區生態系統失衡后出現的土壤侵蝕危險程度。經常用于評估某一地區引起侵蝕和現狀侵蝕區加劇侵蝕可能性的大小。土壤侵蝕過程極其復雜，難以建立物理機制明確、參數獲取方便的可操作強的計算模型。根據孫希華、陳學兄等［7－8］關于土壤侵蝕潛在危險度的研究顯示，某地區的土壤侵蝕潛在危險度，跟當地的土壤質地、坡度、林草覆蓋率、氣候等因素有密切關系。其中的土壤質地對土壤侵蝕潛在危險度的影響按《土壤侵蝕分類分級標準（SL190—2007）》附錄A進行判定，坡度則與其具有正相關關系，氣候中如降雨等，則對其有加強作用。根據本研究初期獲取的江蘇省水土流失綜合調查數據，綜合考慮各因子之后，將江蘇省的土壤侵蝕潛在危險度分為3個等級：輕險型、危險型以及強險型。對每一種危險程度賦予不同的分值（表1）。

③ 平原沙土區面積比。平原沙土區面積比指某一區域內平原沙土區的面積占該區域面積總數的比例，其大小用百分數表示（%）。平原沙土區內，土質砂性、結構松散、團粒結構少、黏結性差、含水率小，表層土稍受壓力則松散成粉末，其抗沖性和抗蝕性低，一旦遇到大雨，極易被地表徑流沖刷，造成水土流失。因此，沙土面積比越大，則發生水土流失的可能性就越大。根據本次江蘇省水土流失綜合調查結果顯示，江蘇省平原沙土區面積分部比較集中，大部分集中在廢黃河（黃河改道）高亢平原沙土區、沿海平原沙土區以及通揚河以南高沙土區［9－10］，所占比例大部分在30%～70%之間。本研究將其分為3個區間，即≤30%，30%～70%和≥70%，根據劃分基本單元內沙土區面積的不同比例，賦予不同的分值（表1）。

④人口密度。人口密度指單位面積土地上居住的人口數，是反映某一地區范圍內人口疏密程度的指標，用每平方公里常住人口數（人／km2）來表示。人口密度越大，人類的活動就越頻繁，對所在區域的擾動強度就增大，相應的水土流失強度就增大。根據水土流失重點預防區的涵義，重點預防區當前人口密度較低，人為活動較少，因此人口密度與水土流失重點預防區呈現負相關關系。據本次江蘇省水土流失現狀綜合調查顯示，江蘇省人口密度多數在400～980人／km2的區間，根據江蘇省人口密度分布的特點，將人口密度分為：0～600人／km2，600～900人／km2，900人／km2以上這3個等級，根據劃分基本單元內不同的人口密度，賦予不同的分值（表1）。

⑤建設用地面積比。建設用地面積比指區域內建設用地面積占區域總面積的比例，其大小用百分數表示（%）。建設用地，是指建造建筑物、構筑物的土地，包括城鄉住宅用地、公共設施用地、工礦用地、交通水利用地以及通信等基礎設施用地，旅游用地，軍事用地等。建設用地的多少，可以反映區域內人為活動的強烈程度。建設用地面積比越大，說明該區域內人為活動頻繁，不利于水土保持，因此建設用地面積比與重點預防區呈現負相關關系。根據對江蘇省水土流失綜合調查數據顯示，江蘇省各地建設用地面積比多在15%～65%之間，根據江蘇省建設用地情況，將該指標劃為3個區間，即≤20%，20%～60%，≥60%，根據劃分基本區內建設用地面積比例，分別給該指標賦予不同的分值（表1）。

表1 重點預防區各指標等級劃分及賦值

2.1.2 水土流失重點治理區

（1）定性指標。重點治理區劃分中定量指標選取了水土流失嚴重的平原沙土區和水土流失嚴重的丘陵山區兩個。水土流失嚴重區域指的是土壤侵蝕強度屬中度以上的區域，即土壤侵蝕模數在2 500 t／km2以上的區域。在這類平原沙土區和丘陵山區，水土流失十分嚴重，已經對江蘇省土地資源、土地生產力、抵御災害能力、水環境安全、自然生態環境、生產生活等均帶來影響深遠的危害，亟需采取一定的水土保持措施，改善目前情況，根據水土流失重點治理區的涵義，這類區域應當劃在重點治理區的范疇。

（2）定量指標。

①輕度以上水土流失面積比。輕度以上水土流失面積比，指區域內土壤侵蝕程度在輕度以上的土地面積占該區域總面積的比例，其大小用百分數表示（%）。輕度水土流失區域指土壤侵蝕模數在200t／km2以上的區域。該比例越大，該區域越有可能劃為重點治理區。根據本研究的綜合調查數據顯示，江蘇省各地區輕度以上水土流失面積在2.1%～13.64%之間，根據此數據，可將此指標劃為3個區間，即≤4%，4%～10%，≥10%，根據各劃分基本單元內該指標的值分別賦予不同的分值。

② 林草覆蓋率。根據重點預防區內對該指標的分析，可知，隨著某區域該指標值的降低，說明該區域內水土流失較為嚴重，因此它和重點治理區的劃分呈現負相關的關系。等級劃分及賦值情況詳見表2。

③ 丘陵山區面積比。丘陵山區面積比指區域內丘陵山區的面積占區域面積總和的比例，其大小用百分數來表示（%）。山丘區較大的地勢落差導致這些區域坡度較陡，再加上部分丘陵山區林草覆蓋率低、土薄缺水等，在降雨、徑流等作用下很容易發生水土流失。因此，某一區域內丘陵山區面積所占比例越大，則該區域水土流失程度就比較嚴重，與重點治理區的劃分呈現正相關的關系。根據江蘇省水土流失現狀分析可知，江蘇省水土流失主要分布在丘陵山區（低山、丘陵、崗地），本研究綜合調查數據顯示，江蘇省丘陵山區分布集中在淮北丘陵崗地區、寧鎮揚丘陵崗地區、宜溧低山丘陵區以及太湖丘陵區4個區域，所占比例從3%到98%不等。根據江蘇省丘陵山區的分部特點，將該指標分為3個區間，即≤20%，20%～80%，≥80%，不同比例賦予不同的分值（表2）。

④人口密度和建設用地面積比。這兩項指標含義及表示方法跟重點預防區內這兩項指標相同。根據上述分析，這兩項指標數值越大，說明該區域所遭受的人為活動的影響就越強烈，加重了區域內水土流失，因此它們與重點治理區的劃分呈現正相關關系。這兩項指標的等級劃分及賦值情況詳見表2。

表2 重點治理區各指標等級劃分及賦值

2.2 定量指標權重的確定

目前，指標權重的確定方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法兩類。主觀賦權法主要依據對各指標的主觀重視程度由專家根據經驗進行賦權，客觀賦權法主要依據指標反映的客觀信息來反映其相對重要程度，兩者各有其優缺點。為充分利用兩種方法的優勢，本研究將主觀賦權法中的層次分析法和客觀賦權法中的熵權法組合在一起，形成組合賦權法來確定定量指標的權重［11］。

2.2.1 層次分析法確定權重 層次分析法（AHP）是一種定性與定量相結合的分析評價方法。其具體步驟為：將決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，首先對各層元素指標兩兩進行比較，確定其相對重要性，并分級構造判斷矩陣，然后計算各判斷矩陣的特征向量，得到各評價指標的相對權重［12－14］。在研究過程中邀請了12位熟悉“兩區”劃分并參與了江蘇省原“三區”劃分的專家和8位長期在江蘇省從事水保工作的人員對“兩區”劃分定量指標的相對重要性進行評估，隨后利用層次分析法軟件（yaahp 0.5.2）來各定量指標的權重。計算結果詳見表3—4。

表3 AHP法確定的水土流失重點預防區劃分指標權重結果

表4 AHP法確定的水土流失重點治理區劃分指標權重結果

2.2.2 熵權法確定權重 熵權法是一種客觀賦權方法，在具體使用過程中，熵權法根據各指標的變異程度，利用信息熵計算出各指標的熵權，再通過熵權對各指標的權重進行修正，從而得出較為客觀的指標權重。使用熵權法確定指標權重一般分為4個步驟［15］。

（1）構建原始矩陣。設有m個評價指標，n個評價對象則構成原始矩陣A為：

（2）原始數據矩陣歸一化。設m個評價指標n個評價對象的原始數據矩陣為：A＝（aij）m×n對其歸一化后得到R＝（rij）m×n。對正向指標而言（如林草覆蓋率），歸一化公式為：

對于逆向指標（如人口密度）而言，歸一化公式為：

（3）計算第i個指標的熵值hi。在有m個指標、n個被評價對象的評估體系中，第i個指標的熵為：

（4）計算第i個指標的熵權Wi。

在研究過程中，重點防治區和重點治理區劃分指標選擇數量均為5個，并選擇鄉鎮區域作為基本劃分單元。根據本次江蘇省水土流失現狀綜合調查結果，共收集到了江蘇省105個縣級單元，1 335個鄉鎮的水土流失現狀數據。因此，對于本研究m＝5，n＝1 335。按照熵權法計算過程，將調查所得各定量指標的數據帶入，計算最終結果見表5—6。

表5 熵權法確定的水土流失重點預防區劃分指標熵值及權重

表6 熵權法確定的水土流失重點治理區劃分指標熵值及權重

2.2.3 組合賦權法確定權重 根據層次分析法和熵權法確定各項指標權重，采用線性加權法計算組合權重，并且認為主觀賦權法和客觀賦權法的重要性一致［11，16－17］，即 取 兩 種 賦 權 結 果 的 平 均 值。 計 算 公式為：

式中：Wi——第i個指標的組合權重；W1i——第i個指標AHP權重；W2i——第i個指標熵權重；0.5為偏好系數（權系數）。

將根據AHP法和熵權法計算得到的定量指標權重帶入公式，計算結果詳見表7—8。

表7 組合賦權法確定的水土流失重點預防區劃分指標權重

表8 組合賦權法確定的水土流失重點治理區劃分指標權重

2.3 “兩區”劃分模型的構建

對于定量指標，在運用組合賦權法求得各個指標的權重之后，再利用因子加權求合法構建江蘇省水土流失重點防治區劃分模型［18］。

（1）對于重點預防區的劃分，第i個基本劃分單元的重點預防區劃分綜合指數E1i計算公式為：

E1i＝0.335 9×林草覆蓋率得分＋0.210 0×平原沙土區面積比得分＋0.141 0×壤侵蝕潛在危險度得分＋0.177 1×人口密度得分＋0.136 0×建設用地面積比得分

（2）對于重點治理區的劃分，第i個基本劃分單元的重點治理區劃分綜合指數E2i計算公式為：

E2i＝0.176 3×林草覆蓋率得分＋0.207 1×丘陵山區面積比得分＋0.319 8×輕度以上水土流失面積比得分＋0.169 2×人口密度得分＋0.127 5×建設用地面積比得分

2.4 計算結果和劃分標準

在對每個基本劃分單元（鄉鎮）的定量劃分指標進行打分賦值以后，將各指標得分代入綜合指數計算公式中，最終計算得，水土流失重點預防區綜合指數分布范圍為：0～6.90，平均值為3.38，水土流失重點治理區綜合指數分布在1.45～9.10之間，平均值為3.93。

關于綜合指數為多少時，可歸納為水土流失重點防治區，沒有統一標準，國內外也并無此方面的研究。本研究在確定劃分標準時，對每個基本劃分單元的得分值與單元內的水土流失現狀、自然環境狀況進行分析，并經過反復比對，然后向從事水土保持研究、工作的專家和工作人員咨詢，并經過反復商討，最終確定將重點預防區綜合指數分值在3.50以上的基本劃分單元劃分為水土流失重點預防區；將重點治理區綜合指數在5.80以上的基本劃分單元劃為水土流失重點治理區。并利用ArcGIS等技術手段，以江蘇省土地利用現狀圖為底圖，將定量劃分結果以“可視化”的圖件形式展現出來。

2.5 GIS技術在“兩區”劃分中的應用

空間疊置分析是在統一空間參照系統下，每次將同一地區兩個地理對象的圖層進行疊合，以產生空間區域的多重屬性特征，或建立地理對象之間的空間對應關系［19－20］。它是基于兩個或兩個以上的圖層來進行空間邏輯的交、并、差運算，并對疊合范圍內的屬性進行分析評定。本研究利用GIS的空間疊置分析功能，將定性和定量劃分得到的“兩區”劃分成果圖層相疊加，獲得最終到江蘇省水土流失重點預防區劃分成果。

3 江蘇省水土流失重點防治區劃分結果

利用GIS的空間疊置分析功能將定性分析和定量分析劃分成果相疊加，得到江蘇省水土流失重點預防區和治理區最終成果，并將水土流失重點預防區和重點治理區相疊加，按照“集中連片，協調平衡與已有成果和規劃的對接、統籌考慮水土流失現狀和防治需求”的劃分原則，進行圖層的合并，得到最終江蘇省流失重點防治區劃分成果圖（圖1）。

將最終所得成果面積提取出來，最終得江蘇省土流失重點防治包括水土流失重點預防區和水土流失重點治理區，面積35 929km2，占江蘇省總面積34.96%。其中水土流失重點預防區面積21 934 km2，占江蘇省總面積21.32%，水土流失重點治理區面積13 995km2，占江蘇省總面積13.64%。

圖1 江蘇省水土流失重點防治區分布

4 結論

本研究在江蘇省水土流失現狀綜合調查的基礎上，篩選“兩區”劃分的定性與定量指標，采用主觀與客觀賦權相結合的組合賦權法，構建江蘇省水土流失重點防治區劃分模型，按照新水保法要求，科學合理地劃分了江蘇省的土流失重點防治區。在劃分過程中，以鄉鎮區域作為基本單元。采用的劃分方法，避免了以往劃分過程中標準不統一，隨意性強，界限不明確等問題，使劃分結果的實用性更強，一方面有利于江蘇省水保主管部門分區分類順利開展水土流失治理工作，最大限度的保護和合理開發利用水土資源，控制人為造成的新水土流失；另一方面有利于改善江蘇省生態環境和農業生產條件，促進國民經濟和社會的可持續發展，提高人民生活水平，實現人與自然的和諧共處。所用劃分方法以及劃分的具體過程，為其它區域水土流失重點防治區的劃分提供了參考。但是，本研究劃分指標的選擇依據不夠充分、種類不多，不能全面反映劃分基本單元的真實情況。下一步研究的重點內容之一就是指標的選擇類型和數量，如何選擇，才能更加全面反映劃分基本單元內水土流失基本情況，使最終劃分結果更科學合理。由于在綜合調查過程中，對于數據的收集存在很大的困難，導致部分區域的基礎數據缺失，對劃分結果造成了一定的影響。關于定量分析中不同分區綜合指數標準的確定，存在一定的人為主觀性，在下一步的研究中，希望能建立適當的評價體系對劃分的結果進行評估，從而使得劃分結果更合理，更具有說服力。

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