肇慶市土壤侵蝕分布規(guī)律及侵蝕量研究

王 普

(廣東中灝勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 肇慶 526060)

水土流失是一種嚴(yán)重的土地資源浪費(fèi)現(xiàn)象，并對(duì)環(huán)境造成一定的影響。因此，針對(duì)水土流失情況進(jìn)行研究分析是十分必要的[1-2]。肇慶是珠江三角洲城市之一、粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市，當(dāng)?shù)卣块T(mén)一直以來(lái)十分重視水土保持，使水土保持工作取得了豐碩成果，并使原來(lái)的強(qiáng)侵蝕區(qū)重新呈現(xiàn)綠水青山的景象[3-5]。但由于部分地區(qū)對(duì)生態(tài)保護(hù)和水土保持的認(rèn)識(shí)較淺，研究成果較少，還存在惡劣的水土流失災(zāi)害。故本文對(duì)肇慶市水土流失狀況進(jìn)行調(diào)查分析。

1 研究區(qū)概況

肇慶是位于我國(guó)南部、隸屬于廣東省，北臨賀州，東接佛山，西靠梧州，是近年來(lái)國(guó)家重點(diǎn)布局規(guī)劃的粵港澳大灣區(qū)重要城市之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。西江和北江是肇慶的最主要的兩大水系，兩水系在三水區(qū)匯合后注入珠江。肇慶市處于南亞熱帶，雨量充沛，植被繁茂，500 m以上高山區(qū)，由于植被覆蓋好，水土流失較輕，但在低丘地區(qū)，植被破壞嚴(yán)重，是水土流失嚴(yán)重地區(qū)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文遙感圖像通過(guò)地理空間數(shù)據(jù)云獲取[2]。通過(guò)圖像處理，得到肇慶市土地利用及植被覆蓋數(shù)據(jù)。降雨數(shù)據(jù)采用多個(gè)站點(diǎn)日觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)整理、計(jì)算和空間插值處理生成，年降水量單位為0.1 mm。肇慶市DEM圖像見(jiàn)圖1。

圖1 肇慶市DEM圖像

2.2 研究方法

(1)土壤侵蝕等級(jí)劃分

按照《土壤侵蝕分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190-2007)(表1)，對(duì)肇慶市土壤侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分類(lèi)[3]。

表1 土壤侵蝕強(qiáng)度劃分標(biāo)準(zhǔn)

利用遙感影像結(jié)合肇慶市DEM數(shù)據(jù)，生成肇慶市坡度柵格圖[4]。為避免遙感數(shù)據(jù)時(shí)空誤差，利用envi軟件的純像素提取裸地和植被的純像素，得到相應(yīng)的NDVI值，分別計(jì)算裸地和植被的NDVI平均值，并將NDVIsoil和NDVIveg值代入公式，保證植被覆蓋精度。

(1)

式中：NIR為近紅外波段，R為紅波段。

(2)

式中：c為植被覆蓋密度因子，%；NDVsoil為荒地NDVI值；NDVIveg為植被覆蓋區(qū)的NDVI值。

使用Arc-GIS中的柵格計(jì)算工具，根據(jù)《土壤侵蝕分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190-2007)，將三因子疊加計(jì)算，得到肇慶市土壤侵蝕強(qiáng)度等級(jí)分布圖。

(2)侵蝕量計(jì)算

RUSLE模型是常用的土壤侵蝕模型，公式如下：

A=R×K×L×S×C×P

(3)

式中：A為土壤侵蝕量，t/km2·a)；R為降雨侵蝕力度因子，MJ·mm/(hm2·a)；L、S為坡長(zhǎng)合坡度因子；C為植被覆蓋因子；P為水土保持因子。

用降雨量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算侵蝕力，將日降雨量大于12 mm的降雨列為侵蝕性降雨，計(jì)算公式為：

(4)

式中：Rn為第n個(gè)半月的時(shí)段降雨侵蝕力值，MJ·mm/(hm2·h·a)；k為時(shí)段天數(shù)；Pj為時(shí)段內(nèi)第j天的侵蝕性日降雨量，mm[5]。

對(duì)肇慶市土壤類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)全國(guó)土壤侵蝕分布圖得到土壤可蝕性值K。

地質(zhì)環(huán)境條件對(duì)水土流失具有重要影響，在研究土壤侵蝕時(shí)，坡度和坡長(zhǎng)其中最重要的兩個(gè)影響因素進(jìn)行計(jì)算[6]。

以空間分辨率為30 m×30 m的DEM為根本，操作Arc-GIS軟件舉行坡度和坡長(zhǎng)的提取。坡長(zhǎng)系數(shù)計(jì)算公式如下：

L=(λ/22.13)α

(5)

α=β/(β+1)

(6)

β=(sinθ/0.0896)/[3.0(sinθ)0.8+0.56]

(7)

S因子使用McCool的計(jì)算公式以及劉寶元的陡坡計(jì)算公式：

(8)

式中：λ為坡長(zhǎng)；α為指數(shù)；21.91為標(biāo)準(zhǔn)坡長(zhǎng)，m；θ為利用DEM提取的坡度。

不同的土地利用類(lèi)型給出了不同的P值。見(jiàn)表2。

表2 不同土地利用類(lèi)型P值

3 研究結(jié)果

3.1 水土流失因子計(jì)算

采用Arc-GIS軟件，按照土地類(lèi)型，得到研究區(qū)植被覆蓋度，見(jiàn)表3。

表3 不同土地類(lèi)型C因子

從肇慶市植被覆蓋圖顯示，區(qū)域內(nèi)的總體植被覆蓋較好，高植被覆蓋區(qū)域面積達(dá)34.6%，主要分布在山區(qū)。低覆蓋植被區(qū)域面積較小，主要分布在流域的溝谷地區(qū)及城市建設(shè)用地區(qū)域，是水土流失敏感區(qū)。

表4 植被覆蓋占比圖

根據(jù)國(guó)家通用標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)內(nèi)肇慶市按0°～5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°、25°～35°、>35°的坡度劃分成6個(gè)等級(jí)，分別進(jìn)行計(jì)算每個(gè)等級(jí)的占地面積及比例。見(jiàn)圖2，表明坡比為0～5°的面積占18%，坡比大于35°的面積占12%。

圖2 坡度占比圖

肇慶市土壤類(lèi)型見(jiàn)表5，土壤K值為0.023～0.064。

表5 肇慶市土壤類(lèi)型表

3.2 土壤侵蝕量估算

從土壤侵蝕分布表6可以看出：肇慶市微度侵蝕面積占比最大，達(dá)到67%，這是由于肇慶市植被覆蓋程度較好，植被有效隔絕了雨水對(duì)土壤的沖刷作用。極強(qiáng)度侵蝕占比最低，僅為1%，零散分布于肇慶市中部地區(qū)。

表6 肇慶市土壤侵蝕面積占比表

利用侵蝕面積乘以平均侵蝕模數(shù)得到地區(qū)的年均土壤侵蝕總量為12525285.17 t，年均侵蝕模數(shù)為4822.5 t/(km2·a)。土壤侵蝕現(xiàn)狀見(jiàn)表7，得出微度侵蝕7601.16 km2，729903.36 t；輕度侵蝕1702.2 km2，907927 t；中度侵蝕567.4 km2，1061605 t；強(qiáng)烈侵蝕1021.32 km2，2576161.85 t；極強(qiáng)烈侵蝕113.48 km2，445496.29 t；劇烈侵蝕340.44 km2，6804190 t。

表7土壤侵蝕量計(jì)算表

土壤侵蝕及面積占比見(jiàn)圖3，在土壤侵蝕面積中，大部分面積為微度侵蝕，雖然土壤侵蝕強(qiáng)度不大，但是由于面積較大，年均侵蝕量約為73萬(wàn)t。劇烈侵蝕區(qū)域的面積占比僅為3%，侵蝕量依然達(dá)到了68萬(wàn)t，表示侵蝕強(qiáng)度十分劇烈。

圖3 土壤侵蝕及面積占比圖

4 結(jié)論

通肇慶是珠江三角洲城市之一、粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市，但由于部分地區(qū)對(duì)生態(tài)保護(hù)和水土保持的認(rèn)識(shí)較淺，研究成果較少，還存在惡劣的水土流失災(zāi)害。對(duì)肇慶市水土流失狀況進(jìn)行調(diào)查分析，通過(guò)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)估算對(duì)肇慶市水土流失情況分析，結(jié)果顯示肇慶市的植被覆蓋相對(duì)較好，高覆蓋區(qū)域面積達(dá)到43.3%，中等流失強(qiáng)度地區(qū)主要集中在中部地區(qū)。中部的溝谷地區(qū)植被覆蓋較差，水土流失較嚴(yán)重。微度侵蝕面積占比最高，達(dá)到67%，劇烈侵蝕面積占比僅為3%，但侵蝕模數(shù)大，貢獻(xiàn)侵蝕量達(dá)到了68萬(wàn)t。