劉 峻

（江西省九江市濂溪區(qū)水務(wù)局，江西 九江 332005）

金橋小流域位于九江市濂溪區(qū)賽陽(yáng)鎮(zhèn)，屬江南丘陵西北邊緣地區(qū)，海拔介于43.8 m～1162.2 m之間。低山、丘陵、平地相間分布，由于地形破碎、溝谷縱橫，加之強(qiáng)降水時(shí)洪水匯水歷時(shí)短、流速快，對(duì)河道沖蝕破壞明顯，屬水土流失典型區(qū)[1]。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫潤(rùn)，多年平均氣溫16℃～17℃，年降雨量1300 mm～1600 mm，無(wú)霜期245 d。流域典型植被以馬尾松、鐵芒萁為主，雖然地表覆被程度高，但“林下侵蝕”仍然顯著。經(jīng)計(jì)算，金橋小流域共計(jì)水土流失面積13.68 km2，占區(qū)域總面積的26.33%，年均土壤流失量3.69萬(wàn)t。

1 研究方法與數(shù)據(jù)源

1.1 土壤保持量計(jì)算

通用土壤流失方程(Universal Soil Loss Equation)是美國(guó)科學(xué)家經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)基于實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)建立起來(lái)的水土流失經(jīng)驗(yàn)方程[2]，將區(qū)域年水土流失量視作降水侵蝕、植被覆蓋、地形、土壤質(zhì)地、人為活動(dòng)等環(huán)境因子的函數(shù)，公式如下：

式中：A為年水土壤流失量,單位為t/(hm2·a);R為降雨侵蝕力因子，單位為 t/(hm2·h·a);其計(jì)算如下：

式中:i=1,2,…,12，表示月份；Pi為月總降雨，單位為mm；R為降雨侵蝕力因子，其值越大，表明降雨強(qiáng)度越大，對(duì)地表侵蝕作用越大；植被通過(guò)地上截留、匯聚和地下固結(jié)作用減弱水土流失[2～5]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

多光譜遙感技術(shù)具有監(jiān)測(cè)范圍廣、空間可視化和時(shí)效性高的特點(diǎn)，因而在水土流失調(diào)查中具有廣泛應(yīng)用。為表征流域水土流失前瞻性，以2017年8月21日獲取的Landsat OLI影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其空間分辨率具有30 m、15 m兩種特征，經(jīng)融合處理后以15 m分辨率為基本繪圖單元，能反映區(qū)域真實(shí)信息。通過(guò)OLI影像主要獲取植被特征與土地利用空間分布信息；在ENVI5.3軟件上先通過(guò)Flassh模塊進(jìn)行大氣校正，以減小大氣對(duì)地表光譜輻射信息的影響，植被覆蓋度則通過(guò)band math模塊運(yùn)用像元二分法進(jìn)行計(jì)算；土地利用信息通過(guò)面向?qū)ο蠓椒?，在feature extract模塊完成，其具體操作流程參見(jiàn)文獻(xiàn)[3]。

地形是水土流失重要影響因子，以美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)提供的SRTM DEM為輔助，該數(shù)字高程的分辨率為30 m，為確保空間分析一致性，運(yùn)用arcgis10.5的resample功能將像元重采樣，并且均采用WGS-84投影系統(tǒng)。需要提取的地形因子主要包含坡度、坡長(zhǎng)等，將其轉(zhuǎn)化為ascii格式后，通過(guò)SimDTA軟件定量提取。侵蝕莫屬為區(qū)域年內(nèi)水土流失量，依據(jù)1.1部分所闡述的公式，將各個(gè)因子生成柵格圖層，應(yīng)用arcgis10.5平臺(tái)的Map Algebra工具進(jìn)行提取。

2 結(jié)果分析

2.1 金橋流域環(huán)境因子基本特征

基于上述數(shù)據(jù)和GIS平臺(tái)，繪制金橋流域環(huán)境因子空間分布圖，見(jiàn)圖1。由圖1可知，金橋流域植被覆蓋空間分布不均，其值介于-0.32～0.98之間，由于地物光譜反射特征的差異性，通常認(rèn)為該值低于0時(shí)，表示其為非植被覆蓋；在局部地區(qū)植被覆蓋度高達(dá)75%以上。需要指出的是，金橋流域以次生林、人工林為主，原生的喬木林、灌草地較少，加之植被立體空間組合結(jié)構(gòu)較差，高覆蓋度的情況下依然存在水土流失現(xiàn)象[4]。DEM顯示金橋流域數(shù)字高程介于113 m～1181 m之間，正北部為山地，海拔達(dá)到800 m以上；中、東、西部以低山、丘陵為主，介于300 m～800 m之間；中南部以溝谷、低地為主，海拔小于300 m。另外提供了該流域OLI遙感影像，通過(guò)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)可直接觀測(cè)區(qū)域地表環(huán)境差異，以便于理解水土流失空間差異性。

圖1 金橋流域環(huán)境因子特征

2.3 金橋流域水土流失空間統(tǒng)計(jì)特征

受不同環(huán)境因子及其組合效應(yīng)影響，流域內(nèi)不同空間位置上水土流失量存在差異，為定性表達(dá)這種空間差異性，參照水利部《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(SL1996-2007)》和《江西省水土流失綜合防治技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)》厘定其具體閾值。由于前兩標(biāo)準(zhǔn)的閾值上限與下限截距較大，不便于認(rèn)識(shí)水土流失效應(yīng)局部差異，因此基于部分閾值結(jié)合自然裂點(diǎn)法[5]，劃分金橋流域水土流失強(qiáng)度等級(jí)見(jiàn)圖2。由圖2可知，金橋流域水土流失空間異質(zhì)性強(qiáng)，流失強(qiáng)度自流域邊緣山地向中部溝谷地帶增強(qiáng)，經(jīng)空間統(tǒng)計(jì)顯示，劇烈、極強(qiáng)、強(qiáng)度、中度、輕度、微度水土流失面積分別為：9.16%、3.12%、27.38%、19.64%、17.43%、23.27%，面積依次為 1.25 km2、0.43 km2、3.75 km2、2.69 km2、2.38 km2、3.18 km2。由此可知，金橋流域水土流失以強(qiáng)度、中度、微度為主，流域土壤侵蝕、水資源流失情況不容忽視。

圖2 金橋流域水土流失空間統(tǒng)計(jì)特征

2.3 金橋流域侵蝕模數(shù)與土地利用類型關(guān)系分析

將流域侵蝕模數(shù)柵格圖層與土地利用類型層進(jìn)行空間疊加統(tǒng)計(jì)，計(jì)算得到不同用地類型情況下水土流失強(qiáng)度大小，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知，金橋流域水土流失強(qiáng)度與用地類型密切相關(guān)；7種土地利用類型中以建設(shè)用地的侵蝕模數(shù)最大，平均值為 698.59 t/(hm2·h·a)，從其空間分布來(lái)看主要與劇烈、強(qiáng)度(圖2)水土流失區(qū)成空間耦合，沿著河流谷底分布。這是因?yàn)楹庸鹊偷貫槿藶榛顒?dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，地表經(jīng)人為破壞、降水沖刷強(qiáng)烈、土壤可侵蝕性強(qiáng)；另外實(shí)地調(diào)查證實(shí)，河谷地區(qū)護(hù)坡、護(hù)岸、道路等建筑地表較多，受侵蝕影響明顯。

其次是裸地，其侵蝕模數(shù)達(dá)576.187 t/(hm2·h·a)，該流域裸地主要以河漫灘、裸巖、拋荒地為主，因無(wú)植被覆蓋和地表經(jīng)營(yíng)作用，水土沖蝕作用顯著。旱地、園地、草地的侵蝕模數(shù)居中，依次為 475.15 t/(hm2·h·a)、219.83 t/(hm2·h·a)、362.78 t/(hm2·h·a)，其中草地侵蝕模數(shù)的變異性較大，主要因?yàn)榫植抗嗖莞采w度差異性大，因而水土保育功能異質(zhì)性程度高。水域和林地的侵蝕模數(shù)最少，僅為 262.87 t/(hm2·h·a)、242.55 t/(hm2·h·a)，作為生態(tài)用地類型中的‘碳匯’，林地、草地具有重要的水土涵養(yǎng)功能。

圖3 金橋流域水土流失與土地利用類型的關(guān)系

2.4 金橋流域水土流失與地形因子關(guān)系分析

運(yùn)用arcgis10.5進(jìn)行空間疊加分析，分區(qū)統(tǒng)計(jì)不同海拔、坡度區(qū)間內(nèi)水土流失強(qiáng)度，其結(jié)果見(jiàn)圖4。從海拔分異來(lái)看，侵蝕模數(shù)隨著海拔升高逐漸降低，在溝谷低地(0 m～200 m)處其平均侵蝕模數(shù)為632.87 t/(hm2·h·a)，遠(yuǎn)高于淺丘地帶的552.54 t/(hm2·h·a)、低山(500 m～800 m)的t/(hm2·h·a)和山地地帶的245.12 t/(hm2·h·a)。這種分異是海拔過(guò)渡產(chǎn)生的環(huán)境梯度造成的。

首先，低海拔區(qū)人為活動(dòng)頻繁、地表疏松，多以建筑用地、農(nóng)用地為主，土壤易侵蝕；其次，該地段植被以次生、人工種植林、景觀林木為主，植被覆蓋度低、立體空間結(jié)構(gòu)性差，土體抗侵蝕性能低；再者，由于匯集產(chǎn)流面積廣，加劇了水土流失的發(fā)生。從坡度來(lái)看，金橋流域水土流失分異規(guī)律與海拔的特征相似，即隨著坡度增加而減少，其產(chǎn)生的原因與前者類似，故不在此贅述。

圖4 金橋流域水土流失與地形因子的關(guān)系

3 結(jié)論

為定量表征金橋流域水土流失空間信息，以RUSLE模型與GIS技術(shù)方法相結(jié)合，研究了流域水土流失侵蝕模數(shù)與環(huán)境因子的關(guān)系。研究顯示，金橋小流域水土流失面積達(dá)流域總面積的1/4，強(qiáng)度、中度水土流失面積達(dá)27.38%、19.64%，因而區(qū)域生態(tài)涵養(yǎng)、水域保育形勢(shì)十分嚴(yán)峻；水土流失強(qiáng)度自山脊向河谷低地成增強(qiáng)分布，尤以海拔小于200 m的地帶侵蝕強(qiáng)烈；侵蝕較強(qiáng)的水土流失強(qiáng)度隨坡度變化產(chǎn)生分異，侵蝕模數(shù)主要集中在0°～8°的坡度帶；由此可知，流域水土流失空間分布與地形、植被分布、土地利用、人為活動(dòng)具有密切的空間自相關(guān)性。在生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略部署下，今后的工作需加快該流域以水土保持為特色的生態(tài)建設(shè)，全面規(guī)劃、整治水土流失和建立管治長(zhǎng)效機(jī)制。