李雄飛

（陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 陜西 西安 710004）

1 引言

土壤侵蝕是影響全球陸表生態(tài)質量的重要因素，是限制當今人類生存與發(fā)展的全球性環(huán)境問題之一，嚴重制約著全球社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展[1]。由于土壤侵蝕，大量土壤資源被蠶食和破壞，溝壑日益加劇，土層變薄，大面積土地被切割得支離破碎，耕地面積不斷縮小。因此，防治水土流失，保護和合理利用水土資源是建立良好的生態(tài)環(huán)境，走農林業(yè)生產可持續(xù)發(fā)展的一項根本措施，是國土整治的一項重要內容。陜西處于黃土高原腹地，地貌類型復雜多樣，農牧、農林交錯特征明顯，土地利用類型多種多樣，長期以來流水侵蝕和風沙侵蝕造成土壤流失問題十分嚴重。陜西由陜北黃土高原、關中平原和陜南秦巴山地三個地貌單元組成。以該區(qū)域作為研究對象來探討土壤侵蝕強度的時空變化特征，具有較強的代表性。

在土壤侵蝕定量監(jiān)測方面，土壤侵蝕模數(shù)的確定方法包括：模型法、統(tǒng)計法、同位素法[2-5]、遙感法等。模型法包括通用土壤流失方程（USLE）、WEPP（watererosion predictionproject）模型等，這些方法需要比較完整的各類觀測資料，并且在模型率定時模型參數(shù)的確定比較困難；統(tǒng)計學方法需要比較完整的統(tǒng)計資料，同時，統(tǒng)計學方法只能用于表述一般性規(guī)律，而對于突變時刻的土壤侵蝕監(jiān)測仍存在很大不足；遙感法是根據(jù)土壤的波譜特征確定的，不同深度的土壤由于其組分的差異，波譜也存在差異，雖然快捷，但由于不同深度土壤的波譜差別并不是很明顯，故而這種方法的精度很受限制。由于以上方法在數(shù)據(jù)要求、應用尺度、計算精度等方面存在局限，本研究對侵蝕模數(shù)的計算，采用河道年輸沙量推算所在流域土壤侵蝕模數(shù)的方法，編制陜西土壤侵蝕模數(shù)圖，并分析其時空分布特征，研究結果將為陜西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設提供決策依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)介紹

本次計算共收集到19條河流的河流泥沙觀測資料，其中屬黃河流域的河流16條，長江流域的河流3條，河流上共有水文測站62個，可以代表陜西境內河流徑流泥沙特征，缺失觀測資料的站利用徑流—泥沙關系曲線和回歸方程進行延長計算。收集到陜西省2005年水庫普查資料864組的水庫攔淤泥沙資料，大型水庫5座，中型54座，小(1)型209座，小(2)型578座。收集到陜西省2009年淤地壩普查資料10425組，其中，特大型壩1座，骨干壩2391座，大(1)型507座，大(2)型1015座，中型6511座。本研究還用到陜西省1979年土壤侵蝕統(tǒng)計資料。

2.2 研究方法

2.2.1 計算方法

（1）黃河流域侵蝕模數(shù)計算。

流域侵蝕模數(shù)以支流（測站）為單元、按泥沙輸移比為1進行計算。

式中，Ms——流域土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；

R——河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

D1——水庫淤積總量，m3；

D2——淤地壩淤積總量，m3；

V——淤積泥沙容重，取1.35t/m3；

S——流域面積，km2；

T——水庫，淤地壩淤積年限，a。

（2）長江流域侵蝕模數(shù)計算。

流域侵蝕模數(shù)以支流（測站）為單元、按泥沙輸移比0.455進行計算。

式中，Ms——流域土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；

R——河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

D——水庫淤積總量，m3；

V——淤積泥沙容重，取1.35t/m3；

S——流域面積，km2

T——水庫淤積年限，a，

r———泥沙輸移比，取0.455。

（3）跨省流域（涇河入口站：楊家坪、景村、張河和張家山；窟野河入口站為新廟站；北洛河入口站為張村驛；渭河入口站為林家村；黃河水系出口站：皇埔川、高石崖、溫家川、高家川、申家灣、白家川、延川、甘谷驛、大村、新市河、狀頭、華縣、靈口；長江水系出口站為：白河、荊紫關、略陽），侵蝕模數(shù)的計算公式為：

式中，Ms——流域土壤侵蝕模數(shù)，t/（km2·a）；

R出——出省河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

R入——入省河流輸沙模數(shù)，t/（km2·a）；

D——水庫淤積總量，m3；

V——淤積泥沙容重，取1.35t/m3；

T——水庫淤積年限，a。

對跨省河流無入站口的流域按下式求算：

式中，S1——省內測站控制面積，km2；

S2——流域面積，km2；

X1——省內控制面積產沙量，萬t；

X2——流域輸沙量，萬t。因此：

式中符號意義同上。

2.2.2 數(shù)值率定與插補

（1）泥沙數(shù)據(jù)缺失插補。

對缺失觀測資料的站如志丹和麻街，利用徑流—泥沙關系曲線和回歸方程進行延長。

（2）水庫淤積量。

統(tǒng)計已有資料，并求出其年平均淤積量。當水庫竣工時間在1980年以前時，用淤積總量減去相應時段的淤積量；當水庫泥沙調查時間不到2009年時，延長缺失年的淤積量。這樣水庫淤積量則為：

D=(D總-D前)+D延

（3）淤地壩淤積量計算。

統(tǒng)計已有資料，并求出其年平均淤積量。淤地壩竣工時間在1980年以前時，用淤積總量減去相應的淤積量。

D=D總-D前

3 結果和分析

基于GIS軟件Arc/Info9.3，以陜西省1/250000水系圖為底圖，將陜西各站點計算的土壤侵蝕模數(shù)按測站控制流域范圍填圖，并按陜西省2005年《陜西省水土保持公報》土壤侵蝕強度分級標準進行圖斑歸并后，形成1980年～2009年平均土壤侵蝕模數(shù)圖。根據(jù)水利部頒發(fā)的土壤侵蝕強度分級標準，按年平均侵蝕模數(shù)(單位:t·km2)，土壤侵蝕強度分為6級(即微度<500、輕度500～2500、中度2 500～5000、強度5000～8000、極強度8 000～15000、劇烈>15000)，如圖1。

圖1 陜西省1980年～2009年平均土壤侵蝕模數(shù)圖

由圖1可以看出：在圖中，從流域尺度可見劇烈侵蝕主要出現(xiàn)在窟野河下游、無定河下游處，極強烈侵蝕主要出現(xiàn)在無定河流域，在無定河中下游、涇河上游以及延河流域表現(xiàn)為強烈和極強烈的侵蝕，渭河流域、漢江流域以及丹江部分流域的侵蝕級別比較低，渭河流域為輕度侵蝕，漢江流域以及丹江流域為微度侵蝕，嘉陵江上游為中度侵蝕。延河流域是一個分界線，延河流域以北是強烈或劇烈的侵蝕類型，以南則是微度或輕度的侵蝕類型；從行政區(qū)劃角度可見：出現(xiàn)劇烈以及極強烈侵蝕的地區(qū)主要集中在陜北部分地區(qū)，尤其是府谷、子長、清澗、延川，延安、定邊、志丹、延長、彬縣、長武屬于強烈侵蝕，相比較而言，關中以及陜南的土壤侵蝕情況比較輕微，其中關中地區(qū)的侵蝕情況最輕。出現(xiàn)這種結果的原因主要是：陜北地區(qū)屬于黃土高原區(qū)，土壤的組分為黃土，比較疏松，并且陜北地區(qū)存在風蝕以及水蝕兩種侵蝕作用。此外，陜北地區(qū)的植被結構比較差，而關中平原以及陜南秦巴山地的植被覆蓋良好。在圖中靠近內蒙古毛烏素沙漠處，土壤侵蝕情況較周圍區(qū)域出現(xiàn)了反常，表現(xiàn)為微度或輕度的侵蝕，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因主要是對于日益嚴重地沙塵暴問題，國家對毛烏素沙漠采取了一系列強有力的治理。此外，關中地區(qū)的長武和彬縣與周圍相比較，亦出現(xiàn)了反常，此處的侵蝕類型為中度以及強烈侵蝕，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因在于長武縣位于陜西省西北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，是渭北與隴東高原結合部的過渡地帶，并且植被覆蓋率比較低，彬縣位于陜西省西北隴東黃土高原塬梁丘陵溝壑區(qū)，僅南部山區(qū)殘存少量的天然次生灌木林，絕大部分為人工植被，控制水土流失的能力較差。

表1 陜西省1978年～2009年土壤侵蝕強度對比表

根據(jù)表1，與基準期1978年相比較，1980年～2009年變化期劇烈侵蝕、極強烈侵蝕和次強度侵蝕的面積明顯縮小，不明顯侵蝕、微度侵蝕、中度侵蝕的面積擴大，尤其是輕度侵蝕和不明顯侵蝕，雖然強度侵蝕的面積有所增加，但輕度侵蝕的面積有所縮小，陜西省土壤侵蝕程度整體上有所減少，高強度侵蝕類型在各種人類活動的干預下逐漸轉向輕度以及微度侵蝕。

陜西土壤侵蝕存在緯度梯度變化的現(xiàn)象，從陜北到關中再至陜南，侵蝕強度在變弱，其中關中地區(qū)的土壤侵蝕表現(xiàn)最弱，陜北地區(qū)表現(xiàn)十分劇烈，這是由于陜北存在風蝕和水蝕兩種侵蝕作用，并且陜北的植被結構比較差，較之，陜南以及關中的植被結構良好；此外陜西的水土流失現(xiàn)象得到了很好的治理，比較劇烈的侵蝕類型在各種人類活動的干預下逐漸轉向輕度以及微度侵蝕，但從水土流失面積與侵蝕量上看，陜西水土保持工作仍需穩(wěn)步前進。

基于本次研究成果編制土壤侵蝕公報并進行發(fā)布，能夠讓公眾了解陜西省不同區(qū)域的土壤侵蝕情況，可提高水土保持工作的全社會重視的程度，為后期水土流失治理和水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測奠定基礎。在后續(xù)的研究中，應對整個研究區(qū)，根據(jù)不同時段計算土壤侵蝕模數(shù)，結合各時段陜西水土保持工作的數(shù)據(jù)，分析陜西水土保持工作的具體效益，掌握最有效的水土保持途徑。同時根據(jù)流域植被結構、土壤成分以及地形情況對整個研究區(qū)進行分區(qū)研究，各區(qū)單元內制定不同的治理方案[6-11]，根據(jù)不同強度水土流失面積以及水土流失總面積，補充和完善各治理方案。

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