太原市阳曲县水土保持率确定研究

曹梅英

（太原市河湖管理中心，山西 太原 030002）

水土保持率的研究是近年水利部重点工作之一。基于水利部界定的水土保持率[1]定义与内涵，根据国家发展改革委印发的《美丽中国建设评估指标体系及实施方案》（发改环资〔2020〕296号），如何确定美丽中国建设评估指标体系（空气清新、水体洁净、土壤安全、生态良好、人居整洁）5类指标22项评估指标之一的水土保持率，具有非常重要的现实意义。2020年10月，中共中央、国务院印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》将水土保持率作为黄河流域生态保护和高质量发展主要指标中的一项约束性指标[2]，提出明确要求。山西省综合考虑山西省水土保持区划三级区、水土流失重点防治区以及水土流失类型区等因素，结合国家和山西省关于主体功能区划分及生态定位等要求，划定太行山西北部山地丘陵防沙水源涵养区（Ⅲ-3-1fh）、太行山西南部山地丘陵保土水源涵养区（Ⅲ-3-3th）、晋西北黄土丘陵沟壑拦沙保土区（Ⅳ-2-2jt）、汾河中游丘陵沟壑保土蓄水区（Ⅳ-3-1tx）、晋南丘陵阶地保土蓄水区（V-3-2tx）和晋陕甘高塬沟壑保土蓄水区（Ⅳ-4-1tx）6个典型区域[3]，并在各典型区域中分别选择大同市阳高县、长治市平顺县、吕梁市方山县、太原市阳曲县、运城市平陆县、临汾市吉县6个典型县。在此基础上，对各典型县水土流失与水土保持工作进行研究，发现各典型县均具有典型代表性。本文以太原市阳曲县为例简述研究过程。

1 研究区概况

太原市阳曲县地处忻州与晋中盆地的脊梁地带，位于汾河中游丘陵沟壑保土蓄水区（Ⅳ-3-1tx），东、西、北三面环山，南部低平。东临盂县，西连静乐县、古交市，南抵太原市，北接忻州市，东北与定襄县交界，东南与寿阳县毗连。地理坐标为东经112°12′～113°09′，北纬37°56′～38°09′。南北长54 km，东西宽82 km，总面积2 084 km2。境北山系横亘东西，云中山系纵贯南北，属于黄河流域汾河水系。境内分布有杨兴、泥屯等8条河流。山高坡陡，沟壑纵横，水土流失严重，最高海拔2 101.9 m。属温暖带大陆性季风气候，四季分明，年平均气温9.6℃，极端最高气温39.4℃，极端最低气温-25.5℃，无霜期188 d。年均降水量500 mm，5—9月降水量375.2 mm，占全年降水量的80.38%，暴雨主要发生在7—8月，强度大、历时短且集中，是引起水土流失的主要外动力。宜林地和荒山牧坡广阔，现有宜林面积697.33 km2、牧坡草地366.67 km2。农产品以玉米、谷子、葵花、豆类、土豆、油料等为主。阳曲县是山西省水土流失重点预防区，根据2019年水土流失动态监测成果，截至2019年12月底，共有水土流失面积623.1 km2，占土地总面积的29.0%。

2 研究方法及技术

2.1 资料收集及野外调查

根据研究需要，采用典型调查、重点调查、抽样调查等不同方法，对阳曲县自然条件、土地利用、社会经济状况、水土流失现状、水土保持及成效、专项规划等有关资料进行收集和调查复核。

2.2 3S技术简介

运用以地理信息系统为主的3S（GIS、RS、GPS）技术，实现空间定位、遥感监测与空间叠加分析，对收集到的水土流失、水土保持与土地利用、植被覆盖、地形地貌、主体功能区划等专题图运用地理信息系统进行叠加分析，形成相应的专题图件成果，并进行相应的数据汇总统计与分析，为定量研究与分析空间分布规律等提供依据。

3 指标体系建立与模型研究

3.1 指标体系建立

围绕县级行政区水土保持率细化研究、县级行政区水土保持率阈值[4]确定研究等，建立健全相应指标体系，包括水土流失、水土保持、生态建设等定量指标[5]，以及社会经济发展、宏观规划、生态定位等定性指标。

3.1.1 目标层指标

目标层指标为水土保持率，水土保持率（设定为R）单位为%。

3.1.2 指标层指标

（1）一级指标。包括2个指标，即土地总面积（设定为S）和非水土流失面积（设定为S1）。

（2）二级指标。包括2个基本指标和4个调整指标。2个基本指标为无土壤侵蚀面积（设定为S2），微度侵蚀面积（设定为S3）；4个调整指标为水土流失治理面积（设定为S4），水土流失治理面积（达标）（设定为S4-1），人为水土流失防治面积（达标）（设定为S4-2），不需或不能治理的水土流失面积（设定为S5）。

（3）三级指标。包括6个指标，其中相对于无土壤侵蚀面积（S2）有2个指标，为有基质无侵蚀面积（设定为S2-1）、无基质无侵蚀面积（设定为S2-2）；相对于允许流失微度侵蚀面积（S3）有2个指标，为允许流失微度侵蚀面积（设定为S3-1）、可治理微度侵蚀面积（设定为S3-2）；相对于不需或不能治理的水土流失面积（S5）有2个指标，为不需治理的水土流失面积（设定为S5-1）、不能治理的水土流失面积（设定为S5-2）。

（4）四级指标。包括3个指标，其中相对于允许流失微度侵蚀面积（S3-1）有3个指标，即基于坡度的允许流失微度侵蚀面积（设定为S3-1-1）、基于高植被覆盖度的允许流失微度侵蚀面积（设定为S3-1-2）、基于裸岩石砾地的允许流失微度侵蚀面积（设定为S3-1-3）。

以上指标单位均为km2。

3.2 水土保持率计算模型

为分析计算县级行政区水土保持率阈值建立相应的模型，并在阳曲县进行验证分析。水士保持率计算模型可分为静态模型和动态模型两种类型。

3.2.1 静态模型

静态模型是指在某一个计算周期（年或其他计算周期）内，只考虑自然因素，而不考虑人为调整因素或将其视为一个恒量的水土保持率计算模型。模型如下：

其中：

3.2.2 动态模型

动态模型是指在静态模型的基础上，综合考虑计算周期内的水士流失综合治理和人为水土流失综合防治情况等调整因素，计算水土保持率的定量模型。模型如下：

其中：

3.2.3 其他调整因素

在静态或动态模型中，对于不需或不能恢复治理的水土流失面积，在某一个计算周期内，也可将其作为一个恒值，从水土流失面积里扣除，不纳入考核评估。但此项可作为一个动态数据管理项，待将来技术进步、投入增加实施治理后，则实现向水土流失地块的转移。即将不需或不能恢复治理的水土流失面积纳入非水土流失面积之中，进而计算水土保持率。其计算公式为：

4 计算结果与分析

4.1 土地利用情况

根据2019年水土流失动态监测土地利用解译成果，阳曲县土地总面积为2 084 km2，土地利用现状以有林地、灌木林和旱地为主。其中，有林地面积为1 037.60 km2，占土地总面积的49.79%；其次是灌木林地，面积为426.62 km2，占土地总面积的20.47%；第三是旱地，面积为412.75 km2，占土地总面积的19.81%；其他几类面积较小，仅占土地总面积的9.93%。

4.2 植被覆盖情况

根据2019年水土流失动态监测植被覆盖解译成果，阳曲县林草植被面积为1 580.24 km2，占土地总面积的75.83%。其中，高覆盖（覆盖度大于75%）面积1 540.15 km2，占植被覆盖面积的97.46%；中高覆盖（覆盖度60%～75%）面积34.93 km2，占植被覆盖面积的2.21%；中覆盖（覆盖度45%～60%）面积4.19 km2，占植被覆盖面积的0.27%；中低覆盖（覆盖度30%～45%）面积0.95 km2，占植被覆盖面积的0.06%；低覆盖（覆盖度小于30%）面积0.02 km2，占植被覆盖面积的0.002%。

4.3 土地利用类型土壤侵蚀分布特征

根据2019年水土流失动态监测成果，阳曲县现有水土流失面积623.10 km2，占土地总面积的29.90%，均为水力侵蚀。阳曲县不同土地利用类型土壤侵蚀强度[6]及其面积统计，详见表1。

表1 阳曲县不同土地利用类型土壤侵蚀强度及其面积统计

由表1可知，阳曲县耕地水土流失面积为249.89 km2，约占该地类面积的60.13%，约占总水土流失面积的40.10%；园地水土流失面积为23.51 km2，约占该地类面积的24.23%，约占总水土流失面积的3.77%；林地水土流失面积为328.05 km2，约占该地类面积的22.26%，约占总水土流失面积的52.65%；草地水土流失面积为4.03 km2，约占该地类面积的41.55%，约占总水土流失面积的0.65%；建设用地水土流失面积为17.49 km2，约占该地类面积的24.49%，约占总水土流失面积的2.81%；其他土地水土流失面积为0.13 km2，约占该地类面积的43.33%，约占总水土流失面积的0.02%。交通运输用地、水域及水利设施用地均无水土流失。

4.4 不同植被覆盖度土壤侵蚀分布特征

根据2019年水土流失动态监测植被覆盖度解译成果，太原市阳曲县林草植被面积为1 580.24 km2，占土地总面积的75.83%。将阳曲县植被覆盖图与土壤侵蚀图进行叠加分析，得到不同植被覆盖度的土壤侵蚀强度、面积分布情况，详见表2。

表2 阳曲县不同植被覆盖度土壤侵蚀分布特征统计

经分析可知，林草地的水土流失分布以高覆盖林地、中高覆盖林地为主，水土流失面积分别占林草地水土流失面积的94.28%、4.11%。另据叠加分析可知，林地植被覆盖度大于79%及以上的林地土壤侵蚀面积为微度，草地植被覆盖度大于80%及以上的草地土壤侵蚀面积为微度。

4.5 不同坡度土壤侵蚀分布特征

据统计，阳曲县水土流失面积为623.10 km2。按坡度来分，其中小于8°的水土流失面积为243.38 km2，占水土流失面积的39.06%；8°～15°的水土流失面积为150.2 km2，占水土流失面积的24.11%；15°～25°的水土流失面积为229.39 km2，占水土流失面积的36.81%；大于25°的水土流失面积为0.13 km2，占水土流失面积的0.02%。

4.6 水土保持率阈值确定

4.6.1 水土保持率阈值确定指标与方法

根据2019年水土流失动态监测获取的各典型县级行政区的土壤侵蚀状况（包括类型、面积、强度与分布）、土地利用及不同土地利用类型的土壤侵蚀分布特征、植被覆盖及不同植被覆盖土壤侵蚀分布特征、坡度及不同坡度土壤侵蚀分布特征，以及典型县级行政区自然、社会经济等特征，按照县级行政区水土保持率细化研究及模型构建，分别计算分析县级行政区水土保持率最小值、最大值以及调整目标值。

（1）水土保持率最小值计算方法。以2019年为基准年，直接采用水土流失动态监测获取的非水土流失面积（即土地总面积减去水土流失面积）推算水土保持率。

（2）水土保持率最大值计算方法。根据典型县自然条件和社会经济发展最优状况，设定其基于某一时段内的最优技术和经济条件实现可治理的水土流失面积得到全面治理，求得预期最大的非水土流失面积，并据此推算水土保持率最大值。

（3）水土保持率调整目标值计算方法。为确定某一时段内的水土保持率目标，在水土保持率最小值与最大值中，综合考虑水土流失综合治理（达标）程度、人为水土流失防治（达标）情况，并扣除该时段内不需或不能治理的水土流失面积，求算非水土流失面积，推算该水土保持率调整目标值。另外，可根据上述治理的进度，计算并确定各年度或计算期的阶段水土保持率目标。

4.6.2 研究区水土保持率最小值计算

根据2019年水土流失动态监测成果，以2019年为基准，阳曲县土地总面积为2 084 km2，水土流失面积为623.10 km2，推算得到非水土流失面积为1 460.90 km2，利用式（1）计算得到阳曲县水土保持率最小值为70.10%。

4.6.3 研究区水土保持率最大值计算

根据2019年水土流失动态监测成果以及不同土地利用类型、不同坡度分级及不同植被覆盖度的水土流失分布特征，按水土保持率最大值计算方法，利用式（6）和（8）计算得到阳曲县预期的最大水土保持率为90.69%，详见表3。

4.6.4 研究区水土保持率阈值范围

根据阳曲县水土保持率最小值、最大值计算结果，可求得其水土保持率阈值范围。根据阳曲县水土保持率阈值范围以及县水土保持与生态文明建设要求，合理确定不同年份或时段的水土保持率目标。由上可知，阳曲县水土保持率阈值范围为70.10%～90.69%。

5 主要结论与建议

5.1 主要结论

依据水利部界定的水土保持率含义，结合研究区自然概况、社会经济情况、水土流失与水土保持情况，围绕水土流失面积、宜治理面积、永久水土流失面积等细化目标，提出相应的指标体系，构建水土保持率计算模型，开展研究区水土保持率细化研究。

基于2019年水土流失动态监测成果，对阳曲县不同土地利用类型、不同坡度分级、不同植被覆盖度分级等分别与土壤侵蚀进行了叠加分析，分析了土壤侵蚀在不同土地利用类型、不同坡度分级、不同植被覆盖度分级等的分布特征。同时，计算得到水土保持率指标值。

根据阳曲县水土保持率最小值、最大值计算结果，可求得其水土保持率阈值范围。阳曲县可根据水土保持率阈值范围以及水土保持与生态文明建设要求，合理确定不同年份或时段的水土保持率目标。

5.2 建议

应进一步细化县级行政区或区域水土流失在不同土地利用类型、不同坡度分级、不同植被覆盖度分级等的分布特征研究，加强地面观测，分析土壤侵蚀强度、面积及其动态变化，结合科学研究成果准确计算或评价水土保持率各指标值，提高水土保持率计算的准确性和科学性。

水土保持率已被纳入美丽中国建设评估指标体系和《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》。要发挥水土保持率的目标引领作用，还需结合山西省开展的市县水土保持率研究成果复核确认目标值。在此基础上，结合实际分解到县级，并纳入相关规划，明确任务，精准施策，切实抓好水土保持率在水土保持工作中的应用。