水土保持功能評價及其在水土保持區(qū)劃中的應用

鐘 濤

(山東正維勘察測繪有限公司，山東 濟南 250000)

1 引言

水土保持工作落實以區(qū)劃為基礎，而構建水土保持指標區(qū)劃體系直接關系到水土保持區(qū)劃的科學性[1]。近年來防止水土流失、對國土整治受到國家高度重視，水利部《關于水土保持設施解釋問題的批復》[2]中首次提出水土保持功能，對水土保持功能進行科學評價是時下水土保持工作落實的重要工作，故結合全國水土保持規(guī)劃的區(qū)劃工作，提出水土保持功能的概念，并采用對應評價方式，分析對應區(qū)域水土保持功能，以此為制定水土流失防治措施奠定堅實基礎。

2 關于水土保持功能

水土保持功能是指在某區(qū)域內水土保持設施發(fā)揮出保護水土資源、控制水土流失、改善生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟發(fā)展的作用，其包含基礎功能、社會經(jīng)濟功能[3]。水土保持基礎功能為水土保持設置在某區(qū)域內避免水土流失、維護水土資源所發(fā)揮的直接作用、效能[2]。社會經(jīng)濟功能屬于水土保持基礎功能的進一步發(fā)展，指水土保持設施在區(qū)域內起到促進生產(chǎn)、保護功能[4]。

3 生態(tài)環(huán)境建設及保護中存在的不足

3.1 多元化土地類型背景下水土流失嚴重

我國主要土地類型為耕地、林地、草地、水域及交通住宅用地等，耕地比重小且分散，在山間盆地都有分布[5]。林地分為防護林、經(jīng)濟林、 特用林等。部分草地分布在土壤貧瘠的山區(qū)、山間平原。山區(qū)地表起伏不平，植被覆蓋率低，部分土壤土層較薄，結構差，易發(fā)生水土流失。此外，人為濫砍濫伐、亂墾也導致水土流失現(xiàn)象加重，對土壤改良造成嚴重阻礙[6]。

3.2 土地利用不合理

一些林木茂盛、土壤資源豐富的地區(qū)由于開墾不合理，土地利用方式落后，導致土地資源生產(chǎn)力下降，天然植被受到破壞，一些區(qū)域墾荒侵蝕河壩、庫塘、路渠等。現(xiàn)有耕地利用不重視“養(yǎng)地”，導致土壤有機質持續(xù)下降，土壤肥力下降，生產(chǎn)力衰退[7]。此外，對土地的利用效率上，部分區(qū)域低產(chǎn)田在總耕地面積中占比較大，淡水養(yǎng)殖粗放，產(chǎn)量較低，農業(yè)水利設施不配套，缺乏對流域內森林、植被的保護，加重水土流失[8]。

4 水土保持功能評價及其在水土保持區(qū)劃中的應用

以A省某流域山丘區(qū)為例進行分析，分析區(qū)域總面積3.17萬km2，地貌為山地丘陵過度地帶，地勢從西北向東南傾斜，西高東低，東西隆起，中間低陷，處于溫帶季風氣候區(qū)，水熱條件較好，年均氣溫12～14 ℃，年均降雨量660～900 mm，夏季降水達全年降水2/3，植被為溫帶落葉闊葉林，原生植被遭到人為破壞。

4.1 指標選取

水土保持功能評價可應用定性及定量的結合方式進行，采用3S技術[9]，考慮到降水、地貌、植被及土壤多個因素的影響，科學評價土壤侵蝕敏感性及空間分布特點[10]。

評價指標的選取需堅持科學性、實用性、定量及定性結合的原則。要求指標體系可準確反映某區(qū)域水土流失狀況，以現(xiàn)代化技術權衡并定量表達，便于研究空間區(qū)域差異比對及時間序列動態(tài)分析。生態(tài)環(huán)境本身屬于非線性系統(tǒng)，其空間尺度大，造成水土流失的因素較多，選取評價指標應確保簡單、實用。

4.2 土壤侵蝕敏感性評價因子

敏感性是環(huán)境本身屬性，會受外界環(huán)境影響，不同環(huán)境要素受一種擾動因子影響，其敏感性并不相同。一種環(huán)境要素受不同擾動因子影響，其敏感性也并不相同。故可圍繞擾動因子、環(huán)境要素，構建行、列交叉矩陣，以5級敏感度計量環(huán)境參數(shù)敏感度(表1)。

表1 土壤侵蝕敏感性評價因子及分級標準

對土壤侵蝕的影響因子較多，這里選取地形坡度、土壤可蝕性、降雨侵蝕力、地表植被覆蓋率評價分析。

降雨侵蝕力：降雨是產(chǎn)生侵蝕主要動力，其和下墊面抗蝕一因素構成矛盾，設E為侵蝕力，Ex為抗蝕力，在E≤Ex，地表無侵蝕；E>Ex，地表產(chǎn)生侵蝕。計算繪制案例區(qū)域降雨侵蝕力因子R值分布圖，以計算機信息系統(tǒng)，配合Spline內插，獲取流域降雨侵蝕力R值柵格分布，結合降雨侵蝕力因子分級標準，可獲取土壤侵蝕對降雨侵蝕力的影響結果。

土壤可蝕力：設土壤可蝕力為K，K可反映土壤對侵蝕作用的敏感性，屬評價土壤被降雨侵蝕力分離、沖蝕及搬運難度的指標，由土壤機械組成粒級含量(N1、N2)、有機質含量(Om)、結構級別(S)、土壤滲透級別(P)構成，表達為：

K=(N1、N2、Om、S、P)

坡度：地面坡度大小影響降水對地面的侵蝕程度，一定坡度內，坡度及土壤侵蝕量為正相關結構，坡度增加，降雨匯流時間縮短，對坡面的沖刷強烈，侵蝕量增加。

覆蓋率：良好的植被覆蓋可保持水土，避免流失。侵蝕量和植被覆蓋率為反比關系，植被蓋度>70%，地表侵蝕量基本可忽略不計；植被蓋度<10%，其無法發(fā)揮減蝕作用。

4.3 土壤侵蝕敏感性評價方法

以ArcGIS的Arcedit構建案例區(qū)域的土壤侵蝕力、DEM、土壤可蝕性、地表覆蓋度原子圖形、屬性庫，結合各因分級標準單因子敏感性評價。利用ArcGIS空間模擬、數(shù)學運算對因子分級、量化處理，實現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉換，最終得到的數(shù)據(jù)越大，對水土保持敏感性的作用越突出。

土壤侵蝕敏感性受地形坡度、土壤可蝕性 、降雨侵蝕力、地表植被覆蓋率因子影響，采取土壤侵蝕敏感性綜合指標SSj對該區(qū)域水土保持功能狀況評價。

(1)

式(1)中，Pij為評價因子，j為平價單元，i表示第i個評價因子。

4.4 評價結果分析

案例地區(qū)土壤侵蝕敏感性評價結果如表2所示。

表2 土壤侵蝕敏感性評價結果

由表2可得，植被覆蓋率輕度敏感以上面積為26938.74 km2，在總研究面積中占比最大，故該區(qū)域植被覆蓋對土壤侵蝕度敏感性最高，是土壤侵蝕、水土流失的主要原因。該流域土壤侵蝕敏感性以中度及以上敏感期為主，且中度敏感面積最大，未來水土流失治理可針對此設置更具有時效性的對策。

5 結論

隨著國家對生態(tài)文明建設的進一步重視，相關功能區(qū)劃也得到水利實施，近年來對水土保持功能的研究逐漸增多。未來發(fā)展中，需要加強對水土規(guī)劃工作的需求分析。

(1)文章圍繞土壤侵蝕敏感性分析水土保持功能評價及其在水土保持區(qū)劃中的應用，提出地形坡度、土壤可蝕性、降雨侵蝕力、植被覆蓋率對水土流失的影響。

(2)通過在水土保持區(qū)劃中落實水土保持功能評價，可了解各個生態(tài)功能區(qū)存在的問題、生態(tài)環(huán)境敏感性及生態(tài)服務功能，提出更有針對性的生態(tài)環(huán)境保護及建設要求。

(3)以具體案例為支持，分析發(fā)現(xiàn)該流域植被覆蓋對土壤侵蝕度敏感性最高，數(shù)土壤侵蝕、水土流失的主要原因。土壤侵蝕敏感性以中度及以上敏感期為主，且中度敏感面積最大，未來水土流失治理可針對此設置更具有時效性的對策。今后水土規(guī)劃布局應優(yōu)先考慮土壤侵蝕、水土流失的保護，采取防風固沙、植樹造林等方式，實現(xiàn)水土保持。