京津風沙源治理水利建設項目區土壤侵蝕敏感性評價

修德煒

（承德市水土保持科學研究所，河北 承德 067000）

1 前言

平泉市2018年京津風沙源治理二期工程水利建設項目包括小流域治理、水源、節水灌溉三項工程，其中小流域治理面積20 km2，水源工程76 處，節水灌溉工程76 處，共涉及平泉鎮、南五十家子鎮、道虎溝鄉等14 個鄉鎮34 個行政村，根據調查資料，南五十家子鎮姜杖子村、平泉鎮于營子村和小道虎溝村、臥龍鎮官墳梁村和沙坨子村、臺頭山鄉臺頭山村土壤侵蝕面積很小，故忽略不計。項目區小流域土地總面積2401.83 hm2，其中水土流失面積2361.50 hm2，占總面積的98.32%，包括微度侵蝕面積40.33 hm2，占水土流失面積的1.68%；輕度侵蝕面積989.42 hm2，占水土流失面積的41.19%；中度侵蝕1372.08 hm2，占流失面積的57.13%。項目區原有土壤侵蝕模數為1500 t/(km2·a)。區內水土流失類型以水力侵蝕為主，主要水土流失策源地包括經濟林地和稀疏灌木林地，土壤侵蝕形式表現為經濟林地和稀疏灌木林的鱗片狀面蝕和溝蝕，隨著人口的增長、經濟和社會的不斷發展，各種生產建設性活動造成的土壤侵蝕也在不斷加劇。長期的水土流失致使土壤和養分大量流失，土地瘠薄，生產力不斷降低，農作物產量下降，直接影響了區域經濟發展；致使大量坡面巖石裸露，植被恢復困難，加劇了生態環境惡化；發生暴雨時，地表徑流攜帶大量泥沙及有機污染物直接涌入河道，加劇了河道淤積和河流污染。

在水土流失情勢日益嚴峻的情況下，對京津風沙源治理二期工程水利建設項目區進行土壤侵蝕敏感性分析已經相當迫切。近年來，學術界在土壤侵蝕敏感性評價、土壤侵蝕的空間分布規律及區劃、土壤侵蝕預報和防治等方面研究成果頗豐，為此，本文以京津風沙源治理二期工程水利建設項目區為研究區域，選擇降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型等評價因子，對項目區土壤侵蝕的敏感性進行分析探討。

2 評價指標選取

根據京津風沙源治理二期工程水利建設項目區土壤侵蝕現狀及特征，并結合相關學術文獻，以降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型為評價指標，通過Arc GIS 軟件及《生態功能區劃技術暫行規程》中所規定的土壤侵蝕敏感性指數計算公式[1]進行項目區土壤侵蝕敏感性評價，公式如下：

式中：Sj為區域j 土壤侵蝕敏感性指數；Ci為因素i 敏感性等級；為降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型等評價因子敏感值，各因子賦值情況及分級標準見表1。

2.1 降雨侵蝕力

該指標主要用于降雨導致土壤顆粒分離搬運動力程度的衡量，也是反應降雨對土壤侵蝕潛在影響程度的主要指標。本文按照《生態功能區劃技術暫行規程》規定的步驟進行項目區降雨侵蝕力指數的計算。根據項目區各村鎮多年平均降雨量數據，通過Arc GIS 軟件中的空間差值技術取得項目區各村鎮多年平均降雨量資料，根據降雨量資料及規程所規定的相關公式，進行各村鎮年降雨侵蝕力指數取值的計算，并進行年降雨量與降雨侵蝕力指數關系模型的擬合。

通過Arc GIS 軟件中年降雨量和侵蝕力指數的函數關系進行降雨量空間分布的格柵計算得出項目區降雨侵蝕力指數空間分布情況，結合《生態功能區劃技術暫行規程》所提供的土壤侵蝕評價因子敏感值分級標準進行項目區各村鎮降雨侵蝕力指標計算及降雨對土壤侵蝕潛在影響程度的評價。

2.2 地形變化

地形因素對項目區土壤侵蝕的程度可通過坡度和坡長之積量化確定，但是坡長、坡度等因子存在量化難度，為此，本文選取地形起伏度這一指標進行項目區土壤侵蝕程度受地形變化影響的評價。選取國際科學數據平臺分辨率25 m 的DEM 數據，并通過Arc GIS 軟件的空間分析模塊，以500 m×500 m 為分析單元確定項目區地形起伏度數據，并自動生成項目區地形起伏度指標對土壤侵蝕敏感性的影響程度，將該值與表1中的標準值進行比較，便可得出項目區內地形起伏對土壤侵蝕敏感性的分值結果。

2.3 土壤類型

選取京津冀地區1∶100 萬土壤圖為基礎底圖進行項目區土壤類型數字化處理，并結合京津冀地區土壤類型相關研究結果，按照土壤質地進行劃分，將所得出的土壤質地及類型分類結果與表1 所列土壤侵蝕敏感度等級進行比較，便可得出項目區土壤類型指標對土壤侵蝕敏感性的影響程度。

2.4 植被類型

植被具有削減降雨能量、保水、抗侵蝕等積極作用，所以植被類型也是項目區土壤侵蝕敏感性評價的重要因子之一。項目區植被類型可通過分析《中國植被圖（1∶100 萬）》得出，再結合規程中所提供的植被類型對項目區土壤侵蝕敏感度分級標準（表1）進行分析與評價。

表1 土壤侵蝕評價因子敏感值分級標準

3 研究結果與分析

3.1 土壤侵蝕對降雨侵蝕力的敏感度分析

結合京津風沙源治理二期工程水利建設項目區各村鎮雨量站點數據，通過Arc GIS 軟件插值工具繪制項目區降雨量空間分布圖，由此可知，項目區降雨量由東南向西北逐漸減少。限于篇幅所限，項目區各村鎮日降雨量資料并未在文中列出，具體數據參照《京津冀地區水文年鑒》和《平泉市2018年京津風沙源治理二期工程水利建設項目作業設計》[2]，將相關數據代入式（1）～式（5），可求得項目區降水侵蝕力因子的逐年取值情況，具體見表2。

表2 項目區逐年降水侵蝕力因子取值

結合項目區各村鎮年降雨量侵蝕力因子取值和降雨量實際值，進行兩者數值的擬合，得到關系曲線：

式中：x 為項目區年降雨量，mm；其余參數含義同前。

根據上式并采用Arc GIS 軟件格柵工具進行項目區降雨侵蝕力因子空間分布情況的確定，并結合表1 所提供的分級標準進行項目區降雨侵蝕力影響程度的判斷。對比結果顯示，桲欏樹鎮八十畝地新村、平泉鎮南嶺村和于營子村、臥龍鎮沙坨子村及臺頭山鄉臺頭山村逐年平均降水侵蝕力因子取值分別為266.61MJ·mm/hm2、277.85MJ·mm/hm2、193.34MJ·mm/hm2、104.95MJ·mm/hm2、184.60MJ·mm/hm2，均在[100,400)范圍內，屬于中度敏感；而其余位于項目區東部地區的村鎮逐年平均降水侵蝕力因子取值均在[400,600)范圍內，屬于重度敏感。主要原因在于項目區東部降雨量大，對土壤侵蝕影響程度更為劇烈。

3.2 土壤侵蝕對地形起伏度的敏感度分析

根據對項目區各村鎮實際地形起伏度的分析，可得出項目區土壤侵蝕對地形的敏感程度，采用本文2.2 所提出的方法計算得項目區內地形起伏對土壤侵蝕敏感性的分值結果分別為不敏感0%，輕度敏感32.34%，中度敏感51.47%，重度敏感16.04%，極度敏感0.15%，表明該項目區地形對土壤侵蝕的敏感性主要為中度和輕度敏感；在空間分布上，中度敏感區域主要為平泉鎮雙洞子村，輕度敏感地區為桲欏樹鎮東門杖子。上述地區地形起伏較大，而其余地區地勢相對平坦。

3.3 土壤侵蝕對土壤類型的敏感度分析

由于氣候、成土母質、植被等的影響不同，項目區域內形成了多種土壤，主要以褐土為主，在低洼河谷地帶有少量草甸土分布。土壤質地較好，酸堿度適中，養分含量比較豐富，有利于多種植物的生長。山梁上部主要土壤類型是褐土，土層較薄，一般在0.4 m～0.6 m 之間；中下部坡面及溝道是褐土，土層厚度一般>0.6 m。根據分析，項目區土壤類型對土壤侵蝕敏感性的影響主要為中度敏感，且主要分布在東門杖子和雙洞子村。上述區域土壤類型主要為沙壤土和砂黏土。

3.4 土壤侵蝕對植被類型的敏感度分析

項目區屬華北植物區系，植被類型屬我國東部冀北山地櫟林油松和亞高山針葉林帶。主要樹種有油松、楊、柳、野山渣、平榛、酸棗等，經濟林果以食用菌、蘋果、杏、海棠為主，草種有黃背草、披堿草、鹽蘆草、鐵桿蒿等。陰坡、半陰坡植被好，蓋度大。陽坡植被稀疏，流域平均林草覆蓋率為40%。根據分析，項目區土壤侵蝕對植被類型的敏感程度為不敏感和輕度敏感，原因在于區域內植被覆蓋率較高，且分布廣泛，故對土壤侵蝕敏感度不高。

3.5 項目區土壤侵蝕敏感性綜合評價

以上對降雨侵蝕力、地形變化度、土壤類型、植被類型等單個因子對項目區土壤侵蝕敏感性的分析只反映出某一方面的影響程度，考慮到各因子之間互相作用后可能會對土壤侵蝕敏感性產生疊加或抵消減弱作用，為此，還應通過Arc GIS 軟件的空間疊加分析功能及式（1）進行項目區土壤侵蝕敏感性綜合評價。所求得的項目區各村鎮土壤侵蝕敏感性綜合評價結果見表3。

表3 項目區各村鎮土壤侵蝕敏感性綜合評價結果

由表3 中統計數據可知，項目區內輕度敏感區、中度敏感區、高度敏感及極度敏感面積在水土流失總面積中占比分別為32.34%、51.47%、16.04%和0.15%，表明區域內大部分地區為水土流失中度敏感區，主要在桲欏樹鎮東門杖子和平泉鎮雙洞子村，這兩個區域植被稀疏、人口眾多、存在不合理開墾和過渡放牧現象，導致兩個區域內土壤可侵蝕程度較高。

4 結論

京津風沙源治理二期工程水利建設項目區小流域土地總面積2401.83 hm2，其中水土流失面積2361.50 hm2，占總面積的98.32%，可以說項目區水土流失問題十分嚴峻，從地形地貌特征而言，項目區土壤侵蝕表現為從西北向東南逐漸加重的趨勢。由分析結果可知，項目區土壤侵蝕敏感性較強，屬于中度敏感及以上的土壤侵蝕面積1215.43 km2，在總侵蝕面積中占比51.47%，且主要分布在桲欏樹鎮東門杖子和平泉鎮雙洞子村等植被稀疏、人口眾多、過渡開墾和放牧現象嚴重的地區。面對項目區日益嚴峻的水土流失情勢，必須制定水保工程規劃，并對土壤侵蝕敏感性較高的地區進行重點性規劃安排，并以項目區內高敏感性地區退耕還林、控制人為加速侵蝕等作為區域內水土流失防治的重點。