丹东市宽甸县小城子小流域土壤侵蚀特征分析

单楚砚

(丹东市水务服务中心，辽宁 丹东 118000)

1 小流域概况

小城子小流域位于丹东市宽甸县北部的牛毛坞镇，地处E124°58′37″-125°04′36″，N40°54′05″-40°57′40″。流域总面积60.93 km2，形状呈长方形，地貌类型为低山丘陵区，海拔500-1000m，相对高差200-500m。区内沟壑发育，山体连贯，谷坡和缓，形态各异，多为“U”型谷，河谷两侧有小型平地，河流下切较弱。气候属于季风南温带大陆性气候，年均降水量1100mm，是东北地区降雨和暴雨中心，全年降雨量70%集中于6、7、8三个月，降水年际率变化大，多以暴雨的形式出现，50a以来的最多年降雨量1815.0mm(1985年)，最小年雨量659.5mm(1965年)，比率达到2.8，平均蒸发量850mm/a。

该流域属于鸭绿江水系，地表径流量0.18亿m3，地表水以雨水补给为主，其枯丰变化与降水同步。每年1、2、11、12为枯水期，3、4、5、9、10为平水期，6、7、8月为丰水期，75-80%的径流集中于6-8月洪雨季，而3-5月径流量仅占12%。径流深度自东向西递减，径流深600-700mm，径流系数05-0.6，变差系数0.3。调查显示，流域内>1000m的沟道有32条，500-1000m的沟道有98条，<500m的沟道有140-160 条，沟道总长度180-210km，沟壑密度为 4.15 km/km2。

2 RUSLE模型

根据小城子小流域相关资料，对流域内土壤流失量考虑利用RUSLE模型计算，其数学表达式为：

A=R×K×S×L×C×P

(1)

式中：A为单位面积上年均细沟侵蚀及坡地坡面侵蚀量；R、K、S、L、C、P分别代表降雨侵蚀力、土壤可蚀性、坡度、坡长、植被覆盖和水保措施因子。

2.1 降雨侵蚀力因子

降雨侵蚀力反映了降雨径流可能产生土壤侵蚀的能力，RUSLE模型中的R数值体现了降水总量、径流速度、雨滴击溅与土壤侵蚀的关系[1-2]。一般地，难以直接测得降雨侵蚀力因子R值，可通过Wischmeier典型计算公式和相关降雨参数计算确定。文章借鉴马良等[3]研究提出的R=0.141Pa1.560降雨侵蚀力简易计算公式，结合多年平均降水量(1100mm)和相关降水资料计算其降雨侵蚀力因子值。考虑到小城子小流域总面积较小实际情况，整个区域的R因子值均采用同一值。

2.2 土壤可蚀性因子

土壤可蚀性反映了土壤被水力冲蚀、搬运、分离的难以程度[4]，也是驱动水土流失的内在动力。K因子是指单位降雨侵蚀力指数对连续休耕情况下坡度>9°坡面所造成的土壤流失率，常用的计算方法有EPIC模型估算法、可蚀性诺莫图法和Shirazi公式法等。

除河流水域外，小城子小流域土壤共分为5个土类，即沼泽土、草甸土、水稻土、暗棕壤土和棕壤土，其中棕壤土属于地带性土壤，集中分布于河谷平原高阶地和低山丘陵、坡角平地上，该类土壤面积为57.88km2。小城子小流域各土壤土壤的K因子值，见表1。

表1 小城子小流域各土壤土壤的K因子值

2.3 地形因子

文章拟利用Remortel算法计算小城子小流域LS值，即利用适用于细沟与细沟间侵蚀之比中等情形的Remortel第4版AML程序算法修改的坡长指数(m)，对其按照相应的坡度插值计算[5]。考虑到小城子小流域大部分区域坡度均>10°的实际，结合刘宝元提出的陡坡坡度公式计算坡度因子值，其表达式为：

(2)

在LS因子计算过程中，仍然考虑适用于细沟侵蚀比率中等情形的坡长指数(m)，并通过设计AML程序确定。坡面上细沟间侵蚀比率β与坡长指数m的大小直接相关，两者间的关系式为：

m=β/(1+β)

(3)

式中：β值与细沟侵蚀对土壤敏感性的强弱有关，考虑到研究区土地利用、土壤类型、植被条件和降水状况等因素，本研究取细沟侵蚀对土壤敏感性适中时的β值，可利用下式计算确定[6]：

β=(sinθ/0.0896)/[3.0(sinθ)0.8+0.56]

(4)

式中：θ为坡度。

2.4 植被覆盖因子

植被覆盖因子C是指同等条件下适时翻耕、连续休闲对照土地地上与耕作农地上的土壤流失量之比，取值0-1之间，无量纲。植被覆盖因子反映了土壤侵蚀率速率受土地管理、耕作方式的影响，一般用于保护规划与各种管理措施的相互关系分析[7-9]。植被覆盖和水保措施因子均发挥着积极作用，有利于抑制土壤侵蚀动力。目前，计算C因子的方法较多，不同计算方法都存在各自的不足且各有所长，其应用范围和使用尺寸不同[10]。文章结合前提获取的覆盖类型、土地利用等高精度数据和相关研究资料，拟应用直接赋值法计算植被覆盖因子值。

2.5 水保措施因子

水保措施因子P是指顺坡耕作块地未实施水保措施之前和特定水保措施下的水土流失量之比，水保措施通过调整斜坡坡度、水流形态、表面流汇流方向等降低径流速率和径流量，从而发挥抑制土壤侵蚀的作用[11]。农业生产过程中主要有梯田修筑、等高耕作和等高带状种植等水保措施，P因子值处于0-1之间，0、1代表不产生土壤侵蚀和未采取水保措施的地区。根据现有文献资料和所处低山丘陵区的实际，不同土地利用类型下小城子小流域C、P因子值，见表2。

表2 不同土地利用类型下小城子小流域C、P因子值

3 结果分析

3.1 小城子小流域侵蚀状况

根据《黑土区水土流失综合防治技术标准》中的土壤侵蚀分类分级标准，小城子小流域现有水土流失面积2.82km2，其中轻度侵蚀1.92km2，中度侵蚀0.9km2，所占比例为68%、32%。流域内土壤侵蚀平均值为2150t/km2·a，以水蚀为主，重力、风力、冻融侵蚀相伴发生，年均土壤流失量达到1.8万t。土壤侵蚀强度分级，见表3。

表3 土壤侵蚀强度分级

此外，流域内除极少量的有林地外，其它土地均有不同程度的水土流失，坡耕地上普遍存在着层状面蚀、细沟侵蚀，沟沿线附近沟蚀、坍塌严重，沟坡则因植被覆盖度的不同存在不同程度的鳞片状面蚀、沟蚀等。因此，坡耕地和沟坡应作为流域土壤侵蚀重点防治区。

3.2 不同用地类型的土壤侵蚀

小城子小流域土地总面积60.93km2，其中农地3.7km2，占比6.01%；林地53.27km2，占比85.93%；园地1.33km2，占比2.14%；交通运输用地0.26km2，占比0.65%；水域及水利设施用地1.06km2，占比1.71%；城乡、工矿、居民点用地0.15km2，占比0.24 %；草地0.75 km2，占比1.21 %，其它用地0.42km2，所占比例0.68%，不同用地类型土壤侵蚀有关参数，见图1。

图1 不同用地类型土壤侵蚀有关参数

从图1可以看出，土壤侵蚀模数最大的是其它用地类型，从土壤侵蚀量和侵蚀面积所占比例的层面上，农地属于小城子小流域侵蚀较严重的地类，在所有用地类型中农地的侵蚀量最高，对总侵蚀量的贡献率达到64.5%，侵蚀模数也较高为3951.0t/km2·a；其次是城乡、工矿、居民点，对总侵蚀量的贡献率为19.7%，侵蚀模数为3245.1t/km2·a。其他土地利用类型与之相比，侵蚀量占比相对较低。从侵蚀强度的层面讲，各土地利用类型以轻度、中度侵蚀为主，只有其它用地(如采石场、特殊用地)达到强烈侵蚀。由各类土地利用类型的侵蚀强度、侵蚀量和占地面积可知，旱地的面积大、侵蚀强度高且侵蚀量突出，应作为该小流域亟待整治的地类；城乡、工矿、居民点和园地应作为重点治理和预防地类，同时重点关注与预防林地、草地的水土流失。

3.3 不同地形条件的土壤侵蚀

在探讨土壤侵蚀与地形坡度的空间配置问题时，有学者提出了多种划分坡度等级的方法。文章结合相关资料，将坡度划分成≥35°、25°-35°、15°-25°、8°-15°、5°-8°、≤5°共6个等级，小城子小流域坡度分级统计，见表4；经空间叠加确定土壤侵蚀有关参数，不同地形坡度的侵蚀参数，见图2。

表4 小城子小流域坡度分级统计

小城子小流域总面积为6093.09hm2，其中坡度≥35°、25°-35°、15°-25°、8°-15°、5°-8°、≤5°的面积分别为4899.14hm2、556.06hm2、624.87hm2、502.75hm2、382.49hm2、377.52hm2，所占比例依次为80.74%、8.97%、10.08%、8.11%、6.17%、6.09%，即80%以上区域的坡度均≥35°。

图2 不同地形坡度的侵蚀参数

从图2可以看出，随着坡度的增加土壤侵蚀模数表现出逐渐增大的变化趋势，尤其是坡度>25°后呈现出更加明显的上升趋势。具体而言，地形坡度≤5°时，土壤侵蚀量受坡度的影响较弱，坡度≤5°的面积占比为6.09%，对总侵蚀量的贡献率为1.6%，土壤侵蚀模数也较低为174t/km2·a，属于微度侵蚀。随着坡度的不断增大，面积占比以及对总侵蚀量的贡献率不断增大，由此表明地形逐渐对土壤侵蚀发挥作用。坡度≥35°后，小流域面积占比和对总侵蚀量的贡献率快速增大，该条件下的面积占比为80.74%，总侵蚀量贡献率接近67.8%，表明该坡段对总侵蚀量的贡献率和面积比例均达到最高，应作为水土保持重点治理坡段。

4 结 论

1)经估算，小城子小流域土壤侵蚀模数达到2150t/km2·a，流域内水土流失面积2.82km2，其中轻度侵蚀1.92km2，中度侵蚀0.9km2。该计算结果与2013年水保治理项目实际调查情况基本一致，RUSLE模型具有较高的计算精度。

2)流域内侵蚀类型以水蚀为主，重力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀相伴发生，年均土壤流失量达到1.8万t。土壤侵蚀模数最大的是其它用地类型，农地属于侵蚀较严重的地类，在所有用地类型中其侵蚀量最高，对总侵蚀量的贡献率达到64.5%，侵蚀模数也较高；其次是城乡、工矿、居民点，对总侵蚀量的贡献率为19.7%。

3)从不同用地类型上，旱地的面积大、侵蚀强度高且侵蚀量突出，应作为该小流域亟待整治的地类；城乡、工矿、居民点和园地应作为重点治理和预防地类，同时重点关注与预防林地、草地的水土流失。随着坡度的增加土壤侵蚀模数表现出逐渐增大的变化趋势，尤其是坡度>25°后呈现出更加明显的上升趋势。坡度≥35°后，该坡段对总侵蚀量的贡献率和面积比例均达到最高，应作为水土保持重点治理坡段。