三峽庫區腹地流域類型與土壤侵蝕的關系

甘彩紅, 趙巖潔, 李陽兵

(1.重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 400047；

2.平頂山學院 編輯部, 河南 平頂山 467099； 3.四川省宜賓市第四中學, 四川 宜賓 644000)

三峽庫區腹地流域類型與土壤侵蝕的關系

甘彩紅1,3, 趙巖潔2, 李陽兵1

(1.重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 400047；

2.平頂山學院 編輯部, 河南 平頂山 467099； 3.四川省宜賓市第四中學, 四川 宜賓 644000)

摘要：[目的] 探討三峽庫區腹地流域類型與土壤侵蝕之間的關系，為保障該區防洪和生態安全提供依據。[方法] 以三峽庫區腹地中的開縣、云陽縣、奉節縣、巫山縣和巫溪縣5個縣作為研究區，基于遙感和地理信息系統技術，探討小流域類型劃分及其與土壤侵蝕之間的關系。 [結果] 研究區小流域類型可分為3種： (1) 第一分水嶺外已建壩小流域主要分布在800～1 200 m，15°～35°的石灰巖分布區； (2) 第一分水嶺內小流域高程主要集中在300～800 m高程帶，15°～35°坡度段的泥頁巖、泥巖及砂巖上，土壤侵蝕強度正在逐漸增加； (3) 第一分水嶺外未建壩小流域主要分布在800～1 200 m，15°～35°坡度帶的泥灰巖、泥巖上。 [結論] 第一分水嶺外已建壩小流域其土壤侵蝕綜合指數呈下降趨勢，第一分水嶺內小流域是需要重點關注和治理的地帶，第一分水嶺外未建壩小流域是進行水土流失治理的關鍵地帶。

關鍵詞：流域; 流域分級; 土壤侵蝕; 庫區腹地

對于水庫建設而言，泥沙淤積是其最大的威脅，是關乎水庫的運行以及效益的重要影響因素[1-4]。三峽庫區泥沙的主要來源是長江沿岸一些大的流域和庫區內的小流域侵蝕產沙。而河流上游一些較大的流域修建的一系列水庫大壩、梯級水電站等，對流域內泥沙有一定程度的攔截作用[5-7]，近幾年來，長江上游水庫大壩的陸續修建使得由較大流域進入長江三峽庫區的泥沙有減少的趨勢[8]，所以庫區內小流域產沙對庫區的影響就顯得更為重要[9]。由于庫區內每條支流流域都是一個完整的、獨立的自然侵蝕、輸移、產沙系統[10]，是進行水土流失綜合治理的基本單元[11]，為保障長江三峽水利樞紐工程安全運行、長江中下游防洪和生態安全，應著重關注庫區小流域的土壤侵蝕。因此，查清庫區流域的本底情況，包括流域類型、大小、坡度、巖性、土壤侵蝕等，對于保障長江三峽水利樞紐工程安全運行、長江中下游的防洪和生態安全具有特殊的戰略意義。本文就是根據這樣的思路，在探討三峽庫區重慶段小流域空間分布規律上，對庫區流域的基本類型進行劃分。

1研究區概況

三峽庫區腹地主要包含萬州區、忠縣、開縣、云陽縣、奉節縣、巫山縣和巫溪縣。從地理位置上看，庫區腹地位于三峽庫區的中心地帶，四川盆地的東部，是長江流域中西部的結合地帶，我國西南、西北和華中三大區域五省市的結合部。本研究選擇庫區腹地中的開縣、云陽縣、奉節縣、巫山縣和巫溪縣5個縣作為研究區。研究區位于北緯30°29′19″—31°44′，東經107°55′48″—110°11′，總面積約18 729 km2。研究區內地勢東北高西南低，地形復雜，人多地少，生態環境脆弱，坡耕地開墾嚴重，是庫區水土流失最為嚴重的地區。長江自西向東橫穿重慶三峽庫區。研究區因長江橫穿云陽縣、奉節縣、巫山縣，形成一系列長江一級支流。由各縣發源了眾多流域面積較大的河流，梅溪河、湯溪河、大寧河、小江流域、澎溪河和長灘河等。

2數據與方法

2.1　研究區數據來源

研究區以遙感數據為主要信息源，其中1990和2000年是Landsat TM影像，2010年的是中巴影像，時相分別是5月18日，5月5日和4月28日。自然背景數據主要有通過GIS軟件對地質圖實行跟蹤數字化而得的地質圖，由1∶5萬數字高程模型中提取的高程圖和坡度圖。參考“地球系統科學數據共享網西南山地分中心(http:∥imde.geodata.cn)”的長江上游1∶25萬水系分布數據，得到研究區的流域類型劃分圖。

2.2　土壤侵蝕綜合指數

根據研究區實際情況并借鑒相關研究成果[12-14]，將研究區土壤侵蝕類型劃分為6級：微度侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強烈侵蝕、極強烈侵蝕、劇烈侵蝕，對研究區的影像圖進行解譯，得到土壤侵蝕圖。在此基礎上計算土壤侵蝕綜合指數[15]，各侵蝕等級對應的分級值分別為：0，2，4，6，8，10，計算公式為[16]：

式中：INDEX——土壤侵蝕綜合指數； Wij——第i類第j級土壤侵蝕強度的分級值； Aij——第i類第j級土壤侵蝕強度面積的比重。土壤侵蝕分級值越大，對土壤侵蝕綜合指數的貢獻越大。

3結果與分析

3.1　研究區流域劃分

不同流域的類型特征差異導致其潛在土壤侵蝕對三峽水庫的影響存在很大變化。依據長江三峽庫區兩岸水系是否直接注入長江和流域土壤侵蝕情況是否會對水庫產生直接影響這兩個條件可以判斷出研究區小流域可能存在3種情形： (1) 流域如位于長江兩側第一道分水嶺以內，則流域土壤侵蝕產沙會直接注入長江； (2) 流域如位于第一道分水嶺外的第2，3分水嶺等，受重慶地區格子狀水系的影響，土壤侵蝕產沙會有明顯的淤積過程； (3) 一些流域如已建壩，則其流域產沙因建壩攔截、淤積，對三峽水庫已不能產生直接影響。因此，根據以上考慮，并結合2010年三峽庫區遙感影像圖和重慶三峽庫區水系圖，將流域類型初步劃分為：形成于第一分水嶺內的小流域、形成于第一分水嶺外的小流域和已建壩的流域(圖1)。

3.2　研究區水系空間分布規律

由于已建壩流域全部都位于第一分水嶺外的過第二分水嶺地帶，所以將其歸于第一分水嶺外小流域一起分析。如表1所示，研究區流域的水系主要位于第一分水嶺之內，共71條，其中長江北岸有34條，南岸有37條，其中都以無分支的水系為主，無分支水系共有55條，占第一分水嶺內水系總數的77.46%，1級，2級，3級分支的水系分別占第一分水嶺內水系總數的11.27%，7.04%和4.23%；在第一分水嶺以外小流域的水系，長江以北有6條，長江以南有6條，水系以4級以上分支為主，占第一分水嶺外水系總數的83.33%，1級和2級分支水系數量所占比重都為8.33%。

圖1　研究區流域類型劃分

3.3　研究區內兩種流域類型的自然特征

(1) 研究區兩種流域類型的巖性特征。從表3可以看出，研究區第一分水嶺內小流域只包含了泥頁巖、泥巖，砂巖和石灰巖。其中泥頁巖、泥巖面積最大，大約占第一分水嶺內小流域面積的1/2。其次是砂巖，面積占38.74%，而分布在石灰巖區的較少且集中位于長江南岸流域。第一分水嶺外小流域中石灰巖分布面積最多，達45.58%，主要分布在第一分水嶺外小流域的北部和東南部。其次是砂巖和泥頁巖、泥巖，主要分布在中部和西部。結合圖1和圖2可以看出第1分水嶺外未建壩小流域仍集中分布在泥頁巖、泥巖以及砂巖上，而泥頁巖疏松深厚的風化物，為徑流沖刷提供了豐富的物質，其產生的大量泥沙對三峽庫區的沉積、航運、發電及工程設施等造成危害[17]。

表1　研究區兩種類型流域的水系分布

(2) 研究區兩種流域類型高程特征。從表2可以看出，研究區第一分水嶺內小流域高程主要集中在500～800 m以及300～500 m高程帶上，兩高程帶面積之和占第一分水嶺內小流域的64%以上。同時第一分水嶺內小流域高程等級分布缺失>2 000 m的高程帶；第一分水嶺外小流域分布在800～1 200 m高程帶上的面積最多。其次是分布在500～800 m高程帶，兩高程帶面積和占第一分水嶺外小流域面積的1/2左右。結合圖1和圖3可以看出，第一分水嶺外未建壩小流域主要位于1 200 m以下，而超過第三分水嶺的已建壩小流域越往研究區北部和南部，高程越高，研究區西部流域海拔高度低于東部流域，對比長江兩岸流域可以發現，長江南岸的小流域海拔高度普遍低于北岸。

表2　研究區兩種流域類型在不同巖性、高程和坡度上的面積比例　%

(3) 研究區兩種流域類型坡度特征。從表2中可以看出，研究區第一分水嶺內小流域和第一分水嶺外小流域所在坡度主要集中在15°～35°坡度段上，其中15°～25°坡度段上面積最大，分別占各流域類型的34.59%和29.58%。結合圖1和圖4可以看出第一分水嶺外未建壩小流域主要位于35°以下坡度段，而超過第二分水嶺的已建壩小流域越往研究區北部坡度越高，越往西部坡度越低。

圖2　研究區不同流域類型上的巖性分布

圖3　研究區不同流域類型的高程分布

3.4　研究區流域類型同土壤侵蝕的關系

通過統計計算得出研究區兩種流域類型在1990—2010年各土壤侵蝕類型面積比例。從表3中可以看出，第一分水嶺內小流域強烈侵蝕、極強烈侵蝕和劇烈侵蝕在總侵蝕面積中所占的百分比呈現先增加后減少的變化趨勢，其中強烈侵蝕面積所占百分比2010年高于1990年；輕度侵蝕和中度侵蝕所占面積百分比在整個研究期內呈現逐漸增加的變化趨勢；微度侵蝕則呈現逐漸減少的變化趨勢。從流域類型上看，第一分水嶺內小流域自1990—2010年土壤侵蝕強度正在逐漸增加，侵蝕加劇。這主要是因為第一分水嶺內小流域多為無分支流域，同時集中分布在海拔500～800 m，15°～35°坡度段的泥頁巖、泥巖和砂巖地帶，導致徑流侵蝕加劇，劇烈的塊體運動導致水土流失更為嚴重，泥沙沉積以及與水的相互作用最終影響水庫的防洪能力和水質量[18]，流失的泥沙直接進入庫區，也給三峽水庫的安全運行留下了隱患。

圖4　研究區不同流域類型的坡度分布

表3　研究區兩種流域類型1990，2000，2010年各土壤侵蝕類型面積比例　%

第一分水嶺外小流域中度侵蝕、強烈侵蝕和劇烈侵蝕所占面積百分比在研究期內呈現先增加后減少的變化趨勢；輕度侵蝕和極強烈侵蝕面積所占百分比在1990—2010年呈現遞減的變化，說明兩種侵蝕類型面積逐漸減少；微度侵蝕則呈現相反的變化趨勢，到2010年面積達44.25%。說明在1990—2010年第一分水嶺外小流域的侵蝕強度在逐漸降低，高強度侵蝕類型向低強度侵蝕類型轉變，侵蝕逐漸減少。這一點從表4中第一分水嶺外小流域土壤侵蝕綜合指數變化同樣可以看出，土壤侵蝕綜合指數在1990—2010年呈現先增加后減少的變化趨勢，總體呈現下降變化。對比第一分水嶺內小流域的土壤侵蝕綜合指數可以發現，到2010年第一分水嶺外小流域的土壤侵蝕綜合指數開始低于第一分水嶺內小流域。這也說明第一分水嶺外小流域的土壤侵蝕強度較第一分水嶺內小流域減弱，強度明顯下降。這與近幾年陸續建立了一系列水庫大壩和梯級水電站有直接關系，如向家咀水電站、白石水庫的擴建、鯽魚塘水庫、門坎灘水電站、中梁水電站等水利工程。通過對流域產生的侵蝕泥沙進行攔截，使泥沙沉積到水庫，減輕了侵蝕泥沙對長江庫區的危害，對侵蝕產生明顯的抑制作用。但同時也要注意高強度侵蝕類型所占面積百分比仍有增高的趨勢，土壤侵蝕綜合指數始終>2，這是由于在第一分水嶺外仍有一些小流域未建壩或梯級水電站，同時位于易產生侵蝕的海拔800～1 200 m，坡度15°～35°的泥頁巖、泥巖地帶，流失的泥沙直接進入庫區，對水庫安全運行造成影響。

表4　研究區兩種流域類型1990，2000，

4結論與討論

通過對研究區流域進行類型劃分，可以了解研究區流域的基本情況和空間分布狀況，以及流域土壤侵蝕的主要來源和侵蝕位置，為水土流失治理中采取針對性的措施，控制侵蝕加劇起到指導作用，也對三峽庫區的可持續發展有重要意義。研究區的3種流域類型，第一分水嶺外已建壩小流域集中位于第二分水嶺以外，水系數量相對少且流域面積較大，且分布在800～1 200 m，15°～35°的石灰巖分布區，加之修建一系列水庫和梯級水電站的攔沙作用和相應的生態工程使土壤侵蝕綜合指數下降，侵蝕強度在研究期內明顯減少。第一分水嶺內小流域高程主要集中在300～800 m高程帶，15°～35°坡度段的泥頁巖、泥巖及砂巖上。其坡度等級和巖性類型都是研究區最易產生侵蝕的位置，加之該范圍內小流域大多以無分支為主，其土壤侵蝕強度正在逐漸增加，侵蝕加劇，是需要重點關注和治理的地帶。而第一分水嶺外未建壩小流域，主要分布在800～1 200 m，15°～35°坡度帶的泥灰巖、泥巖上，是整個研究區中最易產生侵蝕的地方，同時由于該地帶小流域大多為3級以上分支且并未建壩或梯級水電站，對侵蝕泥沙不具有攔截能力，是整個研究區中侵蝕最為強烈的地區，也是進行水土流失治理的關鍵地帶。

在本研究中選擇三峽庫區腹心地帶的開縣、云陽縣、奉節縣、巫山縣和巫溪縣作為研究對象，并非是單個的縣、市或是整個庫區，彌補了過去研究的過于細化或寬泛問題。在時間上考慮到三峽庫區不同建設階段以及蓄水前后對庫區內土壤侵蝕的影響不同，選擇了1990，2000和2010年3個時段，不同流域類型對研究區土壤侵蝕的影響，分別進行對比分析，為全面分析土壤侵蝕的產生來源提供數量化的決策依據和理論支持。

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Relation Between Watershed Type and Soil Erosion in Hinterland of Three Gorges Reservoir Area

GAN Caihong1,3, ZHAO Yanjie2, LI Yangbing1

(1.CollegeofGeographyandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China; 2.EditorialDepartmentofJournalofPingdingshanUniversity,Pingdingshan,He’nan467099,China; 3.YibinFourthHighSchool,Yibin,Sichuan644000,China)

Abstract：[Objective] The relation between watershed type and soil erosion in hinterland was explored of Three Gorges Reservoir area to provide some bases for ecological security and flood control in this area. [Methods] Based on geographic information system(GIS) and remote sensing(RS), watersheds at five counties were taken as the research area to analysis the types of watersheds, characteristics of water system and synthesized soil erosion index. After that, the relation between watershed type and soil erosion was explored. [Results] Three types of watersheds were recognized in the research area according to the indices of altitude, soil types and the present applied management. (1) The first type was the one consisted of those catchments outside the first watersheds with dams constructed, mainly located in limestone region with altitude from 800 to 1 200 m and slope gradient from 15° to 35°. (2) The second one was composed of the catchments within the first watershed that mainly located in the area with 300～800 m elevation, 15°～35° slope gradient of shale, mudstone soil. (3) The third one was consisted of the catchments outside the first watershed without dams, covered the most intense band of 800～1 200 m elevation, 15°～35° slope section of shale， mudstone area. [Conclusion] The soil erosion synthesized index of catchments outside the first watershed with dams showed a downward trend. The soil erosion synthesized index of catchments within the first watershed in the study area gradually increased, hence, these catchments need to be pay close attention to control soil erosion. The catchments outside the first watershed without dams are the key area of soil erosion control because of serious soil erosion.

Keywords:watershed; watershed classification; soil erosion; hinterland

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0291-05

中圖分類號：X171.1， S157.1

通信作者：李陽兵(1968—),男(漢族),重慶市人，博士,教授,主要從事土地利用與生態過程方面的研究工作。E-mail:li-yapin@sohu.com。

收稿日期：2015-06-08修回日期：2014-07-04

資助項目：國家自然科學基金委重大國際合作基金項目“產權制度和人口因素對山區農戶生計的影響研究”(41161140352); 重慶市教育委員會科學技術研究項目(KJ080818)

第一作者：甘彩紅(1988—),女(漢族),四川省富順縣人，碩士研究生,研究方向為水土保持與荒漠化治理。E-mail:927203024@qq.com。