汶川地震前后重灾区水土流失变化特征初步分析

胡 波，熊明彪，赵 健，张平仓，胡 恒

（1.长江科学院水土保持研究所，武汉 430010；2.四川省水土保持生态环境监测总站，成都 610041）

汶川地震前后重灾区水土流失变化特征初步分析

胡 波1，熊明彪2，赵 健1，张平仓1，胡 恒2

（1.长江科学院水土保持研究所，武汉 430010；2.四川省水土保持生态环境监测总站，成都 610041）

5.12汶川地震诱发大量的崩塌、滑坡、泥石流等新生水土流失问题，具有扰动强度大、影响范围广、破坏程度高等显著特点，水土流失状况加剧，已严重威胁震区社会经济与生态环境的可持续发展。通过采用统计分析方法，探讨地震前后不同生态系统类型的水土流失变化特征。结果显示，震后重灾区轻度水土流失面积比重呈降低趋势，中度和重度水土流失面积比重呈增加趋势。究其原因，震后重灾区农田、草地、森林生态系统的不同等级水土流失面积间存在一种动态转化关系，即轻度水土流失类型向中度和重度水土流失类型转化；相较于震区水土流失面积变化幅度而言，震后水土流失的程度和强度显著增加。

汶川地震；水土流失；变化趋势

水土流失是我国重大环境问题，据相关资料统计，长江流域水土流失（包括水蚀和风蚀）面积达53.1×104km2，而水土流失问题又进一步诱发并导致区域土地退化、生态环境恶化等问题，使得长江流域生态环境的可持续发展面临严峻的挑战［1］。“5.12”汶川大地震，作为新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、救灾难度最大的一次地震，不仅对震区各地人民生命、财产安全构成了巨大威胁，造成了无法估量的经济损失；同时，由于地震引发泥石流、滑坡、崩塌等次生地质灾害，并进一步诱发新生水土流失问题，给当地基础设施建设、生态环境等都造成了巨大影响［2］。

强烈地震诱发的新生水土流失的面积、数量和程度，不仅取决于地震本身的影响，而且与发震地区的地质条件和发震时的降雨、融雪等各种因素密切相关。“5.12”四川汶川大地震使受灾区域山体大面积垮塌，森林植被毁损严重，诱发的水土流失十分严重，水土流失潜在条件使将进入长江的泥沙达到10.74×108m3；地震对自然生态环境影响深远，已造成了大量落石、崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖新生水土流失灾害，使生态环境更加脆弱，并严重威胁着影响区群众的生命财产安全［3－5］。

1 研究区概况

2008年5月12日，四川汶川境内发生里氏8.0级大地震，其重灾区覆盖岷江、涪江、嘉陵江等长江上游源区，涉及行政区包括都江堰市、什邡县、北川县、汶川县等21个县（市）（图1），面积约15×104km2［6－8］。

图1 汶川地震重灾区及其位置示意图Fig.1 W enchuan earthquake area and its position

震中汶川以及余震震中均位于四川西部的龙门山断裂构造带上，属于我国地形、气候、土壤、植被以及生物多样性汇集的一条重要过渡交错带。该区域气候属于北亚热带山地湿润性季风气候，气候要素随着海拔高度的变化而呈垂直分布［7］；受冬、夏季风交替作用，降水丰枯季较明显，强降雨主要集中于夏季；地震重灾区气候空间差异性较大，少雨区（汶川、茂县、理县）多年平均年降水量在500～800 mm，过渡区（汶川南部、青川县、平武县）多年平均年降水量分布在800～1 200 mm，其余地区多年平均年降水量在1 200 mm以上，其中北川、安县、绵竹、什邡、彭州、都江堰等暴雨高值区多年平均年降水量在1 000～2 200 mm［5］。区内自然条件复杂、水系众多、景观及其组合类型多样、生态环境脆弱、抗干扰能力弱、严重退化后恢复困难［7］。

2 汶川地震区新生水土流失类型与特征

2.1 汶川重灾区新生水土流失调查

2009年1月，为分析汶川地震区新生水土流失的生态环境效应，通过实地踏勘、野外定位考察，研究地震重灾区新生水土流失特征与危害强度。通过数据搜集与文献检索，采用Excel 2007、SPSS Statistics 17.0对基础数据进行初步处理与统计分析，探讨汶川地震水土流失变化规律与特征。具体调查区域与内容见表1。

表1 调查区域与内容Table 1 Investigation area and investigation contents

2.2 新生水土流失典型类型

新生水土流失主要是指地震引起的次地质灾害而诱发产生的诸如滑坡、泥石流以及坡面侵蚀等形态的水土流失问题。

（1）滑坡：地震诱发大量滑坡，重灾区滑坡面密度大于50%以上，最大可达70%。由于河道山坡坡度陡、切割深，斜坡岩石破碎后形成大量的沿主河及其支流河谷发育和分布滑坡，多处沿河发育的大规模滑坡造成了堵江，形成地震堰塞湖；震后暴雨影响下，大量震后形成的松散堆积体再次形成滑坡。

（2）泥石流：由于剧烈的山体震动，大量崩塌、落石、滑坡活动使沟道内松散碎屑物质剧增，为泥石流发育提供了固体物质条件［3］。震区谷底与山顶的相对高度大，便于山坡高处物质势能的释放和转化为动能，利于泥石流发育。泥石流活动范围大、持续时间长、活动频率高、暴发点多且规模不一。

（3）崩塌：受地震影响，坡体平衡被破坏，地震灾区尤其是高陡边坡上的岩、土体在重力作用下脱离山体，堆积在坡脚或沟谷，形成崩塌。崩塌的大型岩体滚落山下，砸毁房屋、道路和车辆；崩塌的松散物质量大且集中，并形成各种形态的松散堆积体，在之后的暴雨和余震的影响下形成滑坡和泥石流，造成巨大危害。

（4）坡面侵蚀：受地质灾害强烈活动影响，地表土层及植被遭受极大破坏，使山坡荒芜，形成荒山秃岭，遇暴雨时对山坡裸露风化层片蚀作用加强；同时，地表径流对山坡裸露风化层侵蚀作用加剧，坡面侵蚀作用强烈，形成新的冲沟，破坏地表水系，同时将大量泥沙带入河流，增加了河流泥沙。

2.3 新生水土流失特征

（1）灾区震后新生水土流失影响范围广。“5.12”四川汶川大地震造成的新生水土流失分布区域较广、影响较集中。据资料统计显示，在受灾的139个区（县）中，震后水土流失面积达到14.92× 104km2，占灾区县面积的50.77%，较地震前新增水土流失面积增加11.03%；87个水土保持受灾区（县），震后水土流失面积为8.93×104km2，占87个灾区县面积的55.40%，较地震前增加17.97%；39个重灾区县，震后水土流失面积为5.63×104km2，占灾区（县）幅员面积的44.66%，较地震前增加28.15%［8－10］。

（2）灾区震后新生水土流失破坏危害大。由于地震造成大量山体松动、裂缝、崩塌，使得本就十分破碎的下垫面变得更不稳定，滑坡、泥石流等各种次生灾害不断发生，严重威胁着人们的生命财产安全，危害极大。同时，由于滑坡、泥石流形成的各种松散堆积物质进入河道、堵塞河流形成堰塞湖，也会对下游水利设施、人民生命财产安全构成威胁［3－5］。以什邡市为例探讨地震引发的新生水土流失危害，仅水土保持直接经济损失而言，地震对什邡市的影响达到7 946.46万元，水土保持设施损失殆尽，蓄水、保水工程损失严重①，其中，损毁坡改梯357.96 hm2；节水沟及排灌渠187 km、蓄水池327口、沉沙池600座、山坪塘34座、拦沙坝12座、水保林2 815.93 hm2、经果林2 015.31 hm2。

①《什邡市水利局关于“5.12”地震后水土保持工作情况汇报》，什邡市水利局，2010年1月8日。

（3）灾区震后新生水土流失扰动强度大。据重灾区新生水土流失现状调查分析，灾区震后新生水土流失量强度大，显著大于一般的水土流失。灾区平均土壤侵蚀模数由震前的3 703 t／（km2·a）增加到4 604 t／（km2·a），新增水土流失面积的平均土壤侵蚀模数将高达12 784 t／（km2·a）［9］，地震前后的土壤侵蚀强度有显著增加趋势。

（4）震区水土流失状况加剧，威胁震区生态环境。5.12震后水土流失强度明显增加，水土流失面积呈急剧增加趋势。主要原因有：原有水土保持设施失去了控制水土流失的能力；地震造成大量山体松动、裂缝、崩塌，出现了新的次生地质灾害隐患；主汛期暴雨集中，对现有水土保持措施破坏将日益严重，新增水土流失面积将不断增加［2，5－10］。

3 重灾区不同生态系统新生水土流失变化特征分析

王文杰等人选择森林、草地、农田和水体等8类生态类型进行生态系统受损情况分析，相关研究结果显示森林、草地和农田生态系统受损最为严重，其统计区（县）的新生水土流失面积达到7.39 km2。其中，森林生态系统破坏面积为5.03 km2，占森林总面积的2.80%；草地生态系统破坏面积为1.69 km2，占森林总面积的2.21%；森林生态系统破坏面积为0.67 km2，占森林总面积的1.08%［6，9］。为进一步分析地震前后变化情况，采用统计分析方法探讨了14个重灾区地震前后不同生态系统类型的水土流失面积变化量和变化率（见图2）。

由图2可知，针对于14个重灾区，通过统计分析可知：

（1）地震后不同的生态系统类型的轻度水土流失面积比重占水土流失总面积呈显著降低趋势；整体而言，14个重灾区不同生态系统类型的变化量和变化率（%）都较高，主要的典型区有汶川、文县、理县和平武；文县的农田、草地和森林生态系统轻度流失面积变化量和变化率皆较高；汶川和理县的农田生态系统轻度水土流失面积变化量较低，但变化率却非常高，草地和森林生态系统的轻度流失面积变化量和变化率都较高；平武县的农田和森林生态系统轻度流失面积变化较为明显。

图2 地震前后不同生态系统类型水土流失面积变化（数据来源：王文杰等，2008）Fig.2 Soil loss area of different ecosystems in different earthquake areas before and after Wenchuan earthquake（data from WANG Wen-jie et al.，2008）

（2）对于中度水土流失而言，14个重灾区地震后不同生态系统类型的水土流失面积比重呈显著升高趋势，典型区有汶川、茂县、平武、文县、理县；平武、文县和理县的农田、草地和森林生态系统中度流失面积变化量和变化率皆较高；汶川和茂县农田生态系统中度水土流失面积变化量较低，但变化率较高，草地和森林生态系统的中度水土流失面积变化量和变化率都较高。

（3）对于重度水土流失而言，14个重灾区地震后不同生态系统类型的流失面积比重呈增加趋势，典型区有汶川、北川、平武。汶川草地和森林生态系统水土流失面积变化量大、变化率较低，而其农田生态系统的水土流失面积变化量和变化率都较低；北川和平武农田生态系统水土流失面积变化量较高、变化率很低。

通过对农田、草地、森林生态系统的轻度、中度和重度水土流失面积变化耦合分析可知：区域轻度水土流失面积比重呈降低趋势、中度和重度水土流失面积比重呈增加趋势，究其原因，震后14个重灾区的农田、草地、森林生态系统的水土流失面积存在一种动态转化关系，即轻度水土流失类型向中度和重度水土流失类型转化，震区水土流失面积变化程度较低（10%～20%），但水土流失程度和强度则呈显著增加趋势。

总体而言，汶川地震重灾区水土流失变化类型主要包含以下几类：①面积变化量较大、变化率较低，此类应属于新生水土流失爆发强度大，但范围相对较为集中，如崩塌、滑坡、泥石流；②面积变化量较小、变化率较高，此类应属于新生水土流失爆发范围较广，但损害强度及程度相对较小，如坡面侵蚀；③面积变化量与变化率皆较高，此类应属于新生水土流失爆发范围及强度皆较高，如滑坡、泥石流；④面积变化量和变化率皆较低，此类应属于新生水土流失爆发范围及强度相对皆较低，如坡面侵蚀。

4 结 论

5.12 汶川地震诱发大量的崩塌、滑坡、泥石流等新生水土流失问题［5，6］，此次新生水土流失具有扰动强度大、影响范围广、破坏程度高等显著特点，使得震区水土流失状况加剧，严重威胁震区社会经济与自然生态的可持续发展。

通过已有资料分析14个重灾区地震前后不同生态系统类型的新生水土流失变化趋势，震后不同生态系统类型的轻度水土流失比重呈降低趋势，而中度与重度水土流失比重呈现显著增加趋势；通过对农田、草地、森林系统的轻度、中度和重度水土流失变化耦合分析可知：震后14个重灾区的农田、草地、森林生态系统的水土流失面积存在一种动态转化关系，轻度水土流失类型向中度和重度水土流失类型转化；相较于震区水土流失面积变化而言，震后水土流失的程度和强度显著增加。

致谢：感谢汶川水利局水保办、北川水利局水保办、什邡水利局、德阳市水保科、什邡市水保站等单位在汶川考察中提供的支持和帮助。

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（编辑：赵卫兵）

Prelim inary Analysis of Soil and W ater Loss Change before and after W enchuan Earthquake

HU Bo1，XIONG Ming-biao2，ZHAO Jiang1，ZHANG Ping-cang1，HU Heng2
（1.Department of Soil and Water Conservation，Changjiang River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China；2.Ecological Environment Monitoring of Sichuan Province Soil and Water Conservation，Chengdu 610041，China）

Series of soil and water loss（SWL）problems，such as landslip，debris flow，and collapse，occurred due to“5.12Wenchuan earthquake”，which were characterized by high disturbance，extensive influence，and big destruction.The severe SWL had seriously threatened the sustainable developmentof society and environment in the earthquake area.On the basis of this，by adopting statisticsmethod，this paper analyzes the soil loss change before and afterWenchuan earthquake.The results show that：themild SWL area of farmland，grassland and forest ecosystem in the heavy earthquake area presents decrease tendency after earthquake，and moderate and severe SWL have increase tendency.After earthquake there exists dynamic transformation in different SWL grades，and mild SWL would change intomoderate and severe SWL.Compared with the change of SWL area in earthquake area，after earthquake，the degree and intensity of SWL in the heavy earthquake area have a distinct increase.

Wenchuan earthquake；soil and water loss；change tendency

X43，S157.1

A

1001－5485（2010）11－0062－05

2010-09-10

水利部公益性行业科研经费项目（20091050）；长江科学院博士启动基金项目（CKSQ2010079）

胡 波（1980-），男，山东日照人，博士，工程师，主要从事生态过程与环境响应的研究，（电话）15927599212（电子信箱）hubchina＠hotmail.com。