京津风沙源治理水利建设项目区土壤侵蚀敏感性评价

修德炜

（承德市水土保持科学研究所，河北 承德 067000）

1 前言

平泉市2018年京津风沙源治理二期工程水利建设项目包括小流域治理、水源、节水灌溉三项工程，其中小流域治理面积20 km2，水源工程76 处，节水灌溉工程76 处，共涉及平泉镇、南五十家子镇、道虎沟乡等14 个乡镇34 个行政村，根据调查资料，南五十家子镇姜杖子村、平泉镇于营子村和小道虎沟村、卧龙镇官坟梁村和沙坨子村、台头山乡台头山村土壤侵蚀面积很小，故忽略不计。项目区小流域土地总面积2401.83 hm2，其中水土流失面积2361.50 hm2，占总面积的98.32%，包括微度侵蚀面积40.33 hm2，占水土流失面积的1.68%；轻度侵蚀面积989.42 hm2，占水土流失面积的41.19%；中度侵蚀1372.08 hm2，占流失面积的57.13%。项目区原有土壤侵蚀模数为1500 t/(km2·a)。区内水土流失类型以水力侵蚀为主，主要水土流失策源地包括经济林地和稀疏灌木林地，土壤侵蚀形式表现为经济林地和稀疏灌木林的鳞片状面蚀和沟蚀，随着人口的增长、经济和社会的不断发展，各种生产建设性活动造成的土壤侵蚀也在不断加剧。长期的水土流失致使土壤和养分大量流失，土地瘠薄，生产力不断降低，农作物产量下降，直接影响了区域经济发展；致使大量坡面岩石裸露，植被恢复困难，加剧了生态环境恶化；发生暴雨时，地表径流携带大量泥沙及有机污染物直接涌入河道，加剧了河道淤积和河流污染。

在水土流失情势日益严峻的情况下，对京津风沙源治理二期工程水利建设项目区进行土壤侵蚀敏感性分析已经相当迫切。近年来，学术界在土壤侵蚀敏感性评价、土壤侵蚀的空间分布规律及区划、土壤侵蚀预报和防治等方面研究成果颇丰，为此，本文以京津风沙源治理二期工程水利建设项目区为研究区域，选择降雨侵蚀力、地形变化度、土壤类型、植被类型等评价因子，对项目区土壤侵蚀的敏感性进行分析探讨。

2 评价指标选取

根据京津风沙源治理二期工程水利建设项目区土壤侵蚀现状及特征，并结合相关学术文献，以降雨侵蚀力、地形变化度、土壤类型、植被类型为评价指标，通过Arc GIS 软件及《生态功能区划技术暂行规程》中所规定的土壤侵蚀敏感性指数计算公式[1]进行项目区土壤侵蚀敏感性评价，公式如下：

式中：Sj为区域j 土壤侵蚀敏感性指数；Ci为因素i 敏感性等级；为降雨侵蚀力、地形变化度、土壤类型、植被类型等评价因子敏感值，各因子赋值情况及分级标准见表1。

2.1 降雨侵蚀力

该指标主要用于降雨导致土壤颗粒分离搬运动力程度的衡量，也是反应降雨对土壤侵蚀潜在影响程度的主要指标。本文按照《生态功能区划技术暂行规程》规定的步骤进行项目区降雨侵蚀力指数的计算。根据项目区各村镇多年平均降雨量数据，通过Arc GIS 软件中的空间差值技术取得项目区各村镇多年平均降雨量资料，根据降雨量资料及规程所规定的相关公式，进行各村镇年降雨侵蚀力指数取值的计算，并进行年降雨量与降雨侵蚀力指数关系模型的拟合。

通过Arc GIS 软件中年降雨量和侵蚀力指数的函数关系进行降雨量空间分布的格栅计算得出项目区降雨侵蚀力指数空间分布情况，结合《生态功能区划技术暂行规程》所提供的土壤侵蚀评价因子敏感值分级标准进行项目区各村镇降雨侵蚀力指标计算及降雨对土壤侵蚀潜在影响程度的评价。

2.2 地形变化

地形因素对项目区土壤侵蚀的程度可通过坡度和坡长之积量化确定，但是坡长、坡度等因子存在量化难度，为此，本文选取地形起伏度这一指标进行项目区土壤侵蚀程度受地形变化影响的评价。选取国际科学数据平台分辨率25 m 的DEM 数据，并通过Arc GIS 软件的空间分析模块，以500 m×500 m 为分析单元确定项目区地形起伏度数据，并自动生成项目区地形起伏度指标对土壤侵蚀敏感性的影响程度，将该值与表1中的标准值进行比较，便可得出项目区内地形起伏对土壤侵蚀敏感性的分值结果。

2.3 土壤类型

选取京津冀地区1∶100 万土壤图为基础底图进行项目区土壤类型数字化处理，并结合京津冀地区土壤类型相关研究结果，按照土壤质地进行划分，将所得出的土壤质地及类型分类结果与表1 所列土壤侵蚀敏感度等级进行比较，便可得出项目区土壤类型指标对土壤侵蚀敏感性的影响程度。

2.4 植被类型

植被具有削减降雨能量、保水、抗侵蚀等积极作用，所以植被类型也是项目区土壤侵蚀敏感性评价的重要因子之一。项目区植被类型可通过分析《中国植被图（1∶100 万）》得出，再结合规程中所提供的植被类型对项目区土壤侵蚀敏感度分级标准（表1）进行分析与评价。

表1 土壤侵蚀评价因子敏感值分级标准

3 研究结果与分析

3.1 土壤侵蚀对降雨侵蚀力的敏感度分析

结合京津风沙源治理二期工程水利建设项目区各村镇雨量站点数据，通过Arc GIS 软件插值工具绘制项目区降雨量空间分布图，由此可知，项目区降雨量由东南向西北逐渐减少。限于篇幅所限，项目区各村镇日降雨量资料并未在文中列出，具体数据参照《京津冀地区水文年鉴》和《平泉市2018年京津风沙源治理二期工程水利建设项目作业设计》[2]，将相关数据代入式（1）～式（5），可求得项目区降水侵蚀力因子的逐年取值情况，具体见表2。

表2 项目区逐年降水侵蚀力因子取值

结合项目区各村镇年降雨量侵蚀力因子取值和降雨量实际值，进行两者数值的拟合，得到关系曲线：

式中：x 为项目区年降雨量，mm；其余参数含义同前。

根据上式并采用Arc GIS 软件格栅工具进行项目区降雨侵蚀力因子空间分布情况的确定，并结合表1 所提供的分级标准进行项目区降雨侵蚀力影响程度的判断。对比结果显示，桲椤树镇八十亩地新村、平泉镇南岭村和于营子村、卧龙镇沙坨子村及台头山乡台头山村逐年平均降水侵蚀力因子取值分别为266.61MJ·mm/hm2、277.85MJ·mm/hm2、193.34MJ·mm/hm2、104.95MJ·mm/hm2、184.60MJ·mm/hm2，均在[100,400)范围内，属于中度敏感；而其余位于项目区东部地区的村镇逐年平均降水侵蚀力因子取值均在[400,600)范围内，属于重度敏感。主要原因在于项目区东部降雨量大，对土壤侵蚀影响程度更为剧烈。

3.2 土壤侵蚀对地形起伏度的敏感度分析

根据对项目区各村镇实际地形起伏度的分析，可得出项目区土壤侵蚀对地形的敏感程度，采用本文2.2 所提出的方法计算得项目区内地形起伏对土壤侵蚀敏感性的分值结果分别为不敏感0%，轻度敏感32.34%，中度敏感51.47%，重度敏感16.04%，极度敏感0.15%，表明该项目区地形对土壤侵蚀的敏感性主要为中度和轻度敏感；在空间分布上，中度敏感区域主要为平泉镇双洞子村，轻度敏感地区为桲椤树镇东门杖子。上述地区地形起伏较大，而其余地区地势相对平坦。

3.3 土壤侵蚀对土壤类型的敏感度分析

由于气候、成土母质、植被等的影响不同，项目区域内形成了多种土壤，主要以褐土为主，在低洼河谷地带有少量草甸土分布。土壤质地较好，酸碱度适中，养分含量比较丰富，有利于多种植物的生长。山梁上部主要土壤类型是褐土，土层较薄，一般在0.4 m～0.6 m 之间；中下部坡面及沟道是褐土，土层厚度一般>0.6 m。根据分析，项目区土壤类型对土壤侵蚀敏感性的影响主要为中度敏感，且主要分布在东门杖子和双洞子村。上述区域土壤类型主要为沙壤土和砂黏土。

3.4 土壤侵蚀对植被类型的敏感度分析

项目区属华北植物区系，植被类型属我国东部冀北山地栎林油松和亚高山针叶林带。主要树种有油松、杨、柳、野山渣、平榛、酸枣等，经济林果以食用菌、苹果、杏、海棠为主，草种有黄背草、披碱草、盐芦草、铁杆蒿等。阴坡、半阴坡植被好，盖度大。阳坡植被稀疏，流域平均林草覆盖率为40%。根据分析，项目区土壤侵蚀对植被类型的敏感程度为不敏感和轻度敏感，原因在于区域内植被覆盖率较高，且分布广泛，故对土壤侵蚀敏感度不高。

3.5 项目区土壤侵蚀敏感性综合评价

以上对降雨侵蚀力、地形变化度、土壤类型、植被类型等单个因子对项目区土壤侵蚀敏感性的分析只反映出某一方面的影响程度，考虑到各因子之间互相作用后可能会对土壤侵蚀敏感性产生叠加或抵消减弱作用，为此，还应通过Arc GIS 软件的空间叠加分析功能及式（1）进行项目区土壤侵蚀敏感性综合评价。所求得的项目区各村镇土壤侵蚀敏感性综合评价结果见表3。

表3 项目区各村镇土壤侵蚀敏感性综合评价结果

由表3 中统计数据可知，项目区内轻度敏感区、中度敏感区、高度敏感及极度敏感面积在水土流失总面积中占比分别为32.34%、51.47%、16.04%和0.15%，表明区域内大部分地区为水土流失中度敏感区，主要在桲椤树镇东门杖子和平泉镇双洞子村，这两个区域植被稀疏、人口众多、存在不合理开垦和过渡放牧现象，导致两个区域内土壤可侵蚀程度较高。

4 结论

京津风沙源治理二期工程水利建设项目区小流域土地总面积2401.83 hm2，其中水土流失面积2361.50 hm2，占总面积的98.32%，可以说项目区水土流失问题十分严峻，从地形地貌特征而言，项目区土壤侵蚀表现为从西北向东南逐渐加重的趋势。由分析结果可知，项目区土壤侵蚀敏感性较强，属于中度敏感及以上的土壤侵蚀面积1215.43 km2，在总侵蚀面积中占比51.47%，且主要分布在桲椤树镇东门杖子和平泉镇双洞子村等植被稀疏、人口众多、过渡开垦和放牧现象严重的地区。面对项目区日益严峻的水土流失情势，必须制定水保工程规划，并对土壤侵蚀敏感性较高的地区进行重点性规划安排，并以项目区内高敏感性地区退耕还林、控制人为加速侵蚀等作为区域内水土流失防治的重点。