重庆三峡库区水土流失敏感性调查研究

王 巨，谢世友，2，戴国富

(1.西南大学地理科学学院，重庆400715;2.三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400715)

水土流失敏感性评价属于区域土壤侵蚀风险性评价，其目的是为了识别容易造成土壤侵蚀的区域，也就是在假设没有人类活动影响的条件下，评价土壤侵蚀受自然因素的潜在影响程度［1］。水土流失敏感性评价的实质是对现状自然环境背景下的潜在水土流失问题进行明确辨识，并将其落实到具体空间区域上的过程［2］。三峡库区地形起伏大、坡度陡，降雨多、强度大，人地矛盾尖锐，是我国典型的山地水土流失区，特别是三峡库区移民安置之后，粮食生产和燃料需求的增长，使土地压力增大，加上移民过程中城镇、房屋、道路建设等一系列活动，无疑加剧了区内的水土流失。为了更有效地预防和治理库区水土流失，就必须科学地确定不同程度水土流失敏感性空间分布格局，明确水土流失敏感性区域。

由于土壤侵蚀具有多元性、复杂性、时空多变性，所以建立一个适合于全国的土壤侵蚀模型是非常困难的。目前，针对小流域的水土流失敏感性评价，国内许多学者常在参照通用土壤流失方程的同时，结合研究区域实际情况选取评价因子。本研究借助于生态敏感性评价方法，选取DEM(高程)、坡度、降水、地表物质、地质灾害、土地利用等6个因子，对重庆三峡库区水土流失敏感性进行了单因子评价和综合评价。

1 重庆三峡库区水土流失概况

重庆三峡库区地处长江上游末端，区内地质构造复杂，主要由川东隆起褶皱带和川鄂湘黔褶皱带构成，属燕山运动和喜马拉雅运动抬升区。区内地形起伏大，降雨多、强度大，地质灾害频繁，具备发生水土流失的潜在条件;易风化的软弱岩层出露面积广，坡耕地所占比例高，为水土流失提供了丰富的物质来源。三峡库区已实施的城市迁建、移民安置、农业生产用地开发以及库区公路建设、防护工程复建等人类活动都会造成新的水土流失，且流失量巨大。在全国水土流失类型区划中，三峡库区属西南土石山区，是国家级水土流失重点监督区和水土流失重点治理区［3］。2004年最新遥感调查数据显示，重庆三峡库区水土流失面积2.39万km2，占库区土地总面积的51.71%，高于全国37%的平均水平，也高于长江流域31.2%的平均水平，更高于与库区邻近的四川、贵州和湖北3省的平均水平［4］。

强烈的水土流失破坏了三峡库区居民赖以生存的土地资源，致使土层变薄，土地砂砾化和石化，母质、基岩裸露，生产力下降甚至丧失农业利用价值;加大了洪涝、干旱及重力侵蚀等灾害的破坏力;泥沙进入水库，抬高河床、淤塞河道，严重影响了三峡工程的效益和使用寿命，威胁到整个库区乃至长江中下游地区的生态安全。因此，科学确定三峡库区水土流失空间分布格局，明确水土流失敏感区域，对于因地制宜地构建水土流失综合防护体系，全面推进库区水保生态建设，保障三峡工程长治久安，促进库区经济社会可持续发展，具有重要的意义。

2 数据来源与研究方法

研究资料采用了重庆市三峡库区TM数据影像(200806)、1∶5万地形图、1∶200万重庆市地质灾害易发程度图、1∶50万重庆市土壤类型图、2007年三峡库区各区县1∶10万土地利用现状图及三峡库区各区县4—9月份平均降水量资料。将地形图经矢量化处理生成DEM，并提取坡度信息。将土壤类型图、地质灾害易发程度图、土地利用现状图等图件经扫描矢量化处理并进行几何校正，用重庆三峡库区范围文件剪切各矢量数据。根据重庆三峡库区20个雨量站4—9月份降雨量数据，在ArcGIS中采用反距离权重法插值分析得到重庆三峡库区降雨量分布图。最后将各矢量数据栅格化，重采样，像元大小统一为10。

结合重庆三峡库区水土流失的实际情况，研究中选择DEM、坡度、降水、地表物质、地质灾害、土地利用作为水土流失敏感性单因子评价指标，主要依照国家环保总局《生态功能区划暂行规程》附件C和土壤侵蚀强度分级标准，将水土流失敏感性单一因子分为不敏感、轻度敏感、中度敏感、高度敏感、极度敏感等5个等级，并对水土流失敏感性评价等级按1、2、3、4、5级给予赋值(表1)，最后采用专家打分法赋予各单因子水土流失敏感性权重，在ArcGIS中进行空间叠加分析，得到重庆三峡库区水土流失敏感性空间分布格局。

表1 重庆三峡库区水土流失敏感性评价因子分级标准

3 单因子敏感性评价

3.1 DEM 因子

重庆三峡库区海拔在73.1—2768 m之间，地形起伏大。长江水面至175 m高程之间的落差为库区消落带，水库蓄水后，在降水和水库水位周期性涨落作用下，消落带坡面上的植被和土壤结构被破坏，且库岸两侧岩石周期性地浸泡在水中，稳定性减弱，从而极易诱发滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害，因此三峡库区100—175 m高程范围为水土流失极度敏感区。175—350 m高程范围为水土流失敏感性较高区，这是因为:一方面该高程范围内多为人口密集区，土地资源利用程度高，特别是三峡移民后，农村移民通过将荒山草坡改造成坡耕地来获得赖以生存的土地，导致水土流失加剧，移民时因修路、建房挖土抛石所造成的土壤流失量巨大;另一方面，三峡水库两岸175—350 m高程范围内沟壑纵横、坡度陡(15°以上的土地占土地总面积的74%)、相对高差大，地质灾害就易发生。海拔越高人类活动强度越小，库区内海拔350—800 m范围为农业区，800—1300 m范围为农林混交区，＞1300 m范围为林牧交错区。重庆三峡库区DEM单因子敏感性分布见图1。

3.2 坡度因子

一般说来，坡度越陡越易导致水土流失。据黄闰泉研究［5］，当坡耕地坡度为5°时，土壤侵蚀模数约为700 t/(km2·a)，15°时约为 8500 t/(km2·a)，25°以上时在12000 t/(km2·a)以上，最高可达20000 t/(km2·a)。参考土壤侵蚀等级标准，本研究将坡度因子划分为:＜5°的为不敏感区，5°—15°的为轻度敏感区，15°—25°的为中度敏感区，25°—35°的为高度敏感区，＞35°的为极度敏感区。重庆三峡库区坡度单因子敏感性分布见图2。

3.3 降水因子

降水是影响水土流失的重要因子。重庆三峡库区多年平均降水量1185 mm，其中4—9月份降水量占年降水量的70%，且多以暴雨形式出现。在高强度的降水作用下，一方面雨滴下落产生强大的动能击溅表层土壤，另一方面雨水形成的地表径流冲刷坡地土壤，造成了严重的水土流失，同时地表径流还促使沟谷发展，增大了地表的切割密度和坡度，加剧了水土流失。本研究根据库区内20个雨量站观测的4—9月份降水量数据，利用GIS空间插值方法获得降水的空间分布，然后采用等间隔降水量方法制作了降水单因子敏感性图(图3)。

3.4 地表物质因子

地表物质因子主要是指土壤性状和岩性条件的差异对水土流失的影响。重庆三峡库区地表物质敏感性分布见图4。库区东部出露地层以石灰岩、紫色砂页岩为主，西部多为紫色砂页岩，也有少部分石灰岩、石英砂岩和页岩出露。库区内古地层的板岩、千枚岩、黏土层及紫色砂页岩等易风化的软弱岩层出露面积广，很容易受到水蚀，为库区水土流失的产生提供了丰富的固体物质［6］。在紫色砂泥岩地区发育的紫色土和风化花岗岩地区发育的粗骨土土层浅薄，一般浅于20 cm，富含岩石碎屑，表土以下为不同厚度的风化岩层，有机质少，水稳性差，抗蚀性和稳定性均弱，且植被覆盖率低，在大雨、暴雨作用下土壤流失严重;新积土成土时间较短，土壤尚未固结，质地疏松，且未形成稳定的植被类型，雨水下渗饱和后造成大片土壤顺坡下泄;黄壤、黄棕壤一般土壤结构良好，抗蚀性稍强。

3.5 地质灾害因子

三峡库区是我国崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蚀最为严重的地区之一。研究中根据地质灾害统计数据和重庆市地质灾害易发程度图，将该区地质灾害易发程度分为5个等级(图5)，其中:长江及其支流乌江沿线为V形河谷，谷坡陡峻，岩层向河谷倾斜，为地质灾害极度敏感区;库区东部广大地区和西南部山势陡峻，为地质灾害易发区;西部为方山丘陵地貌，地形起伏小，为地质灾害低易发区。

图5 地质灾害因子敏感性空间分布

3.6 土地利用因子

土地利用直接影响着植被覆盖率和土壤受扰动的程度，从而影响水土流失程度。据测定，树冠可截留15%～40%的降水，进入林地的降水，经过枯枝落叶层的吸收表土不受冲，富含有机质的森林沃土水稳性团粒结构好、透水性强，可将50%～的降水转变为地下水贮存起来，地表径流不超过1%。加之树根深入地下，盘根错节，牢牢地保护着土壤免受侵蚀［7］。而城镇、道路、房屋建设所产生的采石场和取土场以及采矿用地地表植被遭到破坏，土壤受到强烈扰动，土壤结构发生了变化，土壤侵蚀剧烈。坡耕地是库区水土流失最严重的地类，在重庆三峡库区，旱坡地在耕地中所占的比例高达72.2%，其中水土流失强度较高的15°以上坡耕地面积占旱坡耕地总面积的57.37%［4］。荒草地和高山草甸区，草的存在减小了雨滴对土壤的溅蚀作用，削弱了雨水对土壤的冲击强度，植物根系又能够固结土壤和改良土壤结构。园地的植被覆盖度一般超过50%，且在一定程度上能够减少对地表土层的翻耕力度，水土流失不明显。重庆三峡库区土地利用因子敏感性分布见图6。

图6 土地利用因子敏感性空间分布

4 综合评价

由于各单因子对水土流失敏感性的作用程度不同，所以为了科学地确定重庆三峡库区水土流失敏感性的空间格局，研究采用专家打分法确定各单因子权重(表2)。权重值越大，说明该单因子对库区水土流失敏感性的影响就越大。按照权重的大小在ArcGIS中将各单因子敏感性数据进行空间叠加处理，得到重庆三峡库区水土流失敏感性空间分布图。叠加产生的综合敏感区的得分值为1.58～4.30，并采用Natural Break法重新分级，得到水土流失综合敏感性空间分布见图7。

表2 单因子敏感性因子权重

重庆三峡库区内水土流失以中、高度敏感性为主，分别占库区总面积的43.35%、36.0%;轻度敏感性面积占库区总面积的14.39%;不敏感区和极度敏感区面积相对较小，分别占1.04%和5.23%。从水土流失敏感性空间分布格局来看，极度敏感区主要集中分布在库区东部的长江沿线以及开县、万州、云阳的部分地区，是各单因子水土流失极度敏感区，区内山高、坡陡、降雨量多且强度大、坡耕地所占比例大，且多崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。中、高度敏感区多分布在涪陵以东的库区，该区坡度大，紫色土、石灰土、新积土等易侵蚀土壤分布广且以坡耕地为主要的农业用地，水土流失敏感性较高。库区西部降雨量较东部少，多为方山丘陵地貌，坡度较东部缓，土地利用以水田、望天田为主，其水土流失以轻度、中度敏感为主。就县域范围来讲，万州、开县、云阳等区县水土流失最为敏感，其中度以上敏感性面积分别占各区县总面积的93.40%、91.47%和90.66%;其次为忠县、巫山、巫溪、奉节、丰都县。重庆主城各区水土流失敏感性以轻度为主，各区县不同等级敏感性分布情况见表3。

图7 重庆三峡库区水土流失敏感性空间分布

表3 重庆三峡库区各区县不同等级水土流失敏感性分布

5 结语

(1)重庆三峡库区水土流失敏感性程度较高，轻、中、高度敏感性面积占库区总面积的93.74%，其中区内东部为中、高度敏感区，西部以轻、中度敏感区为主，不敏感和极度敏感区域面积很小。

(2)采用GIS空间叠加技术能够科学地界定水土流失敏感性不同等级的空间分布，它已成为区域水土流失敏感性评价的一种新的有效方法。但是，在进行小流域范围内水土流失敏感性评价时，评价因子的选取要结合研究区水土流失最敏感的因子。本研究充分考虑重庆三峡库区内高程、土地利用、地质灾害等水土流失的重要影响因子，因而研究结果更加准确、科学。

(3)水土流失敏感性分析是对区域发生水土流失可能性程度的一种预测，其预测结果为进行水土流失防治提供了依据。在水土流失高度敏感、极度敏感地区，应尽快建立生态防护林，加大区内尤其是25°以上陡坡地的退耕还林还草工作力度。在中度敏感区应以坡耕地和荒山荒坡综合整治为切入点，因地制宜地布设工程措施、植物措施、耕作措施，对坡耕地进行改造，建设基本农田，积极发展林果业和高效牧草等种植业。在轻度水土流失敏感区和水土流失不敏感区，应大力开展植树造林，改善生态环境，大力实施生态修复，注重生态环境保护。

［1］李阳兵，邵景安，王世杰，等.基于岩溶生态系统特性的水土流失敏感性评价［J］.山地学报，2007，25(6):671 －677.

［2］徐广才，康慕谊，赵从举，等.阜康市生态敏感性评价研究［J］.北京师范大学学报:自然科学版，2007，43(1):88－92.

［3］郭宏忠，于亚莉.重庆三峡库区水土流失动态变化与防治对策［J］.中国水土保持，2010(4):58－59.

［4］陈国建，吴德涛，王彩霞，等.三峡库区重庆段水土流失动态变化［J］.中国水土保持科学，2009，7(5):105 －110.

［5］黄闰泉，胡吉明，蔡晟，等.三峡库区坡耕地农林复合生态系统水文效益研究［C］//林业部科技司.林业部青年学术讨论会论文集.北京:中国林业出版社，1995:197－203.

［6］张崇庆.三峡库区水土流失及其防治对策［J］.中国水土保持，2002(6):9－10.

［7］谢宝华.三峡库区开县水土流失及其治理［J］.环境生态，1994(6):29－31.