三峽庫(kù)區(qū)腹地流域類型與土壤侵蝕的關(guān)系

甘彩紅, 趙巖潔, 李陽(yáng)兵

(1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 重慶 400047；

2.平頂山學(xué)院 編輯部, 河南 平頂山 467099； 3.四川省宜賓市第四中學(xué), 四川 宜賓 644000)

三峽庫(kù)區(qū)腹地流域類型與土壤侵蝕的關(guān)系

甘彩紅1,3, 趙巖潔2, 李陽(yáng)兵1

(1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 重慶 400047；

2.平頂山學(xué)院 編輯部, 河南 平頂山 467099； 3.四川省宜賓市第四中學(xué), 四川 宜賓 644000)

摘要：[目的] 探討三峽庫(kù)區(qū)腹地流域類型與土壤侵蝕之間的關(guān)系，為保障該區(qū)防洪和生態(tài)安全提供依據(jù)。[方法] 以三峽庫(kù)區(qū)腹地中的開縣、云陽(yáng)縣、奉節(jié)縣、巫山縣和巫溪縣5個(gè)縣作為研究區(qū)，基于遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，探討小流域類型劃分及其與土壤侵蝕之間的關(guān)系。 [結(jié)果] 研究區(qū)小流域類型可分為3種： (1) 第一分水嶺外已建壩小流域主要分布在800～1 200 m，15°～35°的石灰?guī)r分布區(qū)； (2) 第一分水嶺內(nèi)小流域高程主要集中在300～800 m高程帶，15°～35°坡度段的泥頁(yè)巖、泥巖及砂巖上，土壤侵蝕強(qiáng)度正在逐漸增加； (3) 第一分水嶺外未建壩小流域主要分布在800～1 200 m，15°～35°坡度帶的泥灰?guī)r、泥巖上。 [結(jié)論] 第一分水嶺外已建壩小流域其土壤侵蝕綜合指數(shù)呈下降趨勢(shì)，第一分水嶺內(nèi)小流域是需要重點(diǎn)關(guān)注和治理的地帶，第一分水嶺外未建壩小流域是進(jìn)行水土流失治理的關(guān)鍵地帶。

關(guān)鍵詞：流域; 流域分級(jí); 土壤侵蝕; 庫(kù)區(qū)腹地

對(duì)于水庫(kù)建設(shè)而言，泥沙淤積是其最大的威脅，是關(guān)乎水庫(kù)的運(yùn)行以及效益的重要影響因素[1-4]。三峽庫(kù)區(qū)泥沙的主要來(lái)源是長(zhǎng)江沿岸一些大的流域和庫(kù)區(qū)內(nèi)的小流域侵蝕產(chǎn)沙。而河流上游一些較大的流域修建的一系列水庫(kù)大壩、梯級(jí)水電站等，對(duì)流域內(nèi)泥沙有一定程度的攔截作用[5-7]，近幾年來(lái)，長(zhǎng)江上游水庫(kù)大壩的陸續(xù)修建使得由較大流域進(jìn)入長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)的泥沙有減少的趨勢(shì)[8]，所以庫(kù)區(qū)內(nèi)小流域產(chǎn)沙對(duì)庫(kù)區(qū)的影響就顯得更為重要[9]。由于庫(kù)區(qū)內(nèi)每條支流流域都是一個(gè)完整的、獨(dú)立的自然侵蝕、輸移、產(chǎn)沙系統(tǒng)[10]，是進(jìn)行水土流失綜合治理的基本單元[11]，為保障長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程安全運(yùn)行、長(zhǎng)江中下游防洪和生態(tài)安全，應(yīng)著重關(guān)注庫(kù)區(qū)小流域的土壤侵蝕。因此，查清庫(kù)區(qū)流域的本底情況，包括流域類型、大小、坡度、巖性、土壤侵蝕等，對(duì)于保障長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程安全運(yùn)行、長(zhǎng)江中下游的防洪和生態(tài)安全具有特殊的戰(zhàn)略意義。本文就是根據(jù)這樣的思路，在探討三峽庫(kù)區(qū)重慶段小流域空間分布規(guī)律上，對(duì)庫(kù)區(qū)流域的基本類型進(jìn)行劃分。

1研究區(qū)概況

三峽庫(kù)區(qū)腹地主要包含萬(wàn)州區(qū)、忠縣、開縣、云陽(yáng)縣、奉節(jié)縣、巫山縣和巫溪縣。從地理位置上看，庫(kù)區(qū)腹地位于三峽庫(kù)區(qū)的中心地帶，四川盆地的東部，是長(zhǎng)江流域中西部的結(jié)合地帶，我國(guó)西南、西北和華中三大區(qū)域五省市的結(jié)合部。本研究選擇庫(kù)區(qū)腹地中的開縣、云陽(yáng)縣、奉節(jié)縣、巫山縣和巫溪縣5個(gè)縣作為研究區(qū)。研究區(qū)位于北緯30°29′19″—31°44′，東經(jīng)107°55′48″—110°11′，總面積約18 729 km2。研究區(qū)內(nèi)地勢(shì)東北高西南低，地形復(fù)雜，人多地少，生態(tài)環(huán)境脆弱，坡耕地開墾嚴(yán)重，是庫(kù)區(qū)水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)。長(zhǎng)江自西向東橫穿重慶三峽庫(kù)區(qū)。研究區(qū)因長(zhǎng)江橫穿云陽(yáng)縣、奉節(jié)縣、巫山縣，形成一系列長(zhǎng)江一級(jí)支流。由各縣發(fā)源了眾多流域面積較大的河流，梅溪河、湯溪河、大寧河、小江流域、澎溪河和長(zhǎng)灘河等。

2數(shù)據(jù)與方法

2.1　研究區(qū)數(shù)據(jù)來(lái)源

研究區(qū)以遙感數(shù)據(jù)為主要信息源，其中1990和2000年是Landsat TM影像，2010年的是中巴影像，時(shí)相分別是5月18日，5月5日和4月28日。自然背景數(shù)據(jù)主要有通過(guò)GIS軟件對(duì)地質(zhì)圖實(shí)行跟蹤數(shù)字化而得的地質(zhì)圖，由1∶5萬(wàn)數(shù)字高程模型中提取的高程圖和坡度圖。參考“地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)西南山地分中心(http:∥imde.geodata.cn)”的長(zhǎng)江上游1∶25萬(wàn)水系分布數(shù)據(jù)，得到研究區(qū)的流域類型劃分圖。

2.2　土壤侵蝕綜合指數(shù)

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況并借鑒相關(guān)研究成果[12-14]，將研究區(qū)土壤侵蝕類型劃分為6級(jí)：微度侵蝕、輕度侵蝕、中度侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕、劇烈侵蝕，對(duì)研究區(qū)的影像圖進(jìn)行解譯，得到土壤侵蝕圖。在此基礎(chǔ)上計(jì)算土壤侵蝕綜合指數(shù)[15]，各侵蝕等級(jí)對(duì)應(yīng)的分級(jí)值分別為：0，2，4，6，8，10，計(jì)算公式為[16]：

式中：INDEX——土壤侵蝕綜合指數(shù)； Wij——第i類第j級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)度的分級(jí)值； Aij——第i類第j級(jí)土壤侵蝕強(qiáng)度面積的比重。土壤侵蝕分級(jí)值越大，對(duì)土壤侵蝕綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)越大。

3結(jié)果與分析

3.1　研究區(qū)流域劃分

不同流域的類型特征差異導(dǎo)致其潛在土壤侵蝕對(duì)三峽水庫(kù)的影響存在很大變化。依據(jù)長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)兩岸水系是否直接注入長(zhǎng)江和流域土壤侵蝕情況是否會(huì)對(duì)水庫(kù)產(chǎn)生直接影響這兩個(gè)條件可以判斷出研究區(qū)小流域可能存在3種情形： (1) 流域如位于長(zhǎng)江兩側(cè)第一道分水嶺以內(nèi)，則流域土壤侵蝕產(chǎn)沙會(huì)直接注入長(zhǎng)江； (2) 流域如位于第一道分水嶺外的第2，3分水嶺等，受重慶地區(qū)格子狀水系的影響，土壤侵蝕產(chǎn)沙會(huì)有明顯的淤積過(guò)程； (3) 一些流域如已建壩，則其流域產(chǎn)沙因建壩攔截、淤積，對(duì)三峽水庫(kù)已不能產(chǎn)生直接影響。因此，根據(jù)以上考慮，并結(jié)合2010年三峽庫(kù)區(qū)遙感影像圖和重慶三峽庫(kù)區(qū)水系圖，將流域類型初步劃分為：形成于第一分水嶺內(nèi)的小流域、形成于第一分水嶺外的小流域和已建壩的流域(圖1)。

3.2　研究區(qū)水系空間分布規(guī)律

由于已建壩流域全部都位于第一分水嶺外的過(guò)第二分水嶺地帶，所以將其歸于第一分水嶺外小流域一起分析。如表1所示，研究區(qū)流域的水系主要位于第一分水嶺之內(nèi)，共71條，其中長(zhǎng)江北岸有34條，南岸有37條，其中都以無(wú)分支的水系為主，無(wú)分支水系共有55條，占第一分水嶺內(nèi)水系總數(shù)的77.46%，1級(jí)，2級(jí)，3級(jí)分支的水系分別占第一分水嶺內(nèi)水系總數(shù)的11.27%，7.04%和4.23%；在第一分水嶺以外小流域的水系，長(zhǎng)江以北有6條，長(zhǎng)江以南有6條，水系以4級(jí)以上分支為主，占第一分水嶺外水系總數(shù)的83.33%，1級(jí)和2級(jí)分支水系數(shù)量所占比重都為8.33%。

圖1　研究區(qū)流域類型劃分

3.3　研究區(qū)內(nèi)兩種流域類型的自然特征

(1) 研究區(qū)兩種流域類型的巖性特征。從表3可以看出，研究區(qū)第一分水嶺內(nèi)小流域只包含了泥頁(yè)巖、泥巖，砂巖和石灰?guī)r。其中泥頁(yè)巖、泥巖面積最大，大約占第一分水嶺內(nèi)小流域面積的1/2。其次是砂巖，面積占38.74%，而分布在石灰?guī)r區(qū)的較少且集中位于長(zhǎng)江南岸流域。第一分水嶺外小流域中石灰?guī)r分布面積最多，達(dá)45.58%，主要分布在第一分水嶺外小流域的北部和東南部。其次是砂巖和泥頁(yè)巖、泥巖，主要分布在中部和西部。結(jié)合圖1和圖2可以看出第1分水嶺外未建壩小流域仍集中分布在泥頁(yè)巖、泥巖以及砂巖上，而泥頁(yè)巖疏松深厚的風(fēng)化物，為徑流沖刷提供了豐富的物質(zhì)，其產(chǎn)生的大量泥沙對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的沉積、航運(yùn)、發(fā)電及工程設(shè)施等造成危害[17]。

表1　研究區(qū)兩種類型流域的水系分布

(2) 研究區(qū)兩種流域類型高程特征。從表2可以看出，研究區(qū)第一分水嶺內(nèi)小流域高程主要集中在500～800 m以及300～500 m高程帶上，兩高程帶面積之和占第一分水嶺內(nèi)小流域的64%以上。同時(shí)第一分水嶺內(nèi)小流域高程等級(jí)分布缺失>2 000 m的高程帶；第一分水嶺外小流域分布在800～1 200 m高程帶上的面積最多。其次是分布在500～800 m高程帶，兩高程帶面積和占第一分水嶺外小流域面積的1/2左右。結(jié)合圖1和圖3可以看出，第一分水嶺外未建壩小流域主要位于1 200 m以下，而超過(guò)第三分水嶺的已建壩小流域越往研究區(qū)北部和南部，高程越高，研究區(qū)西部流域海拔高度低于東部流域，對(duì)比長(zhǎng)江兩岸流域可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江南岸的小流域海拔高度普遍低于北岸。

表2　研究區(qū)兩種流域類型在不同巖性、高程和坡度上的面積比例　%

(3) 研究區(qū)兩種流域類型坡度特征。從表2中可以看出，研究區(qū)第一分水嶺內(nèi)小流域和第一分水嶺外小流域所在坡度主要集中在15°～35°坡度段上，其中15°～25°坡度段上面積最大，分別占各流域類型的34.59%和29.58%。結(jié)合圖1和圖4可以看出第一分水嶺外未建壩小流域主要位于35°以下坡度段，而超過(guò)第二分水嶺的已建壩小流域越往研究區(qū)北部坡度越高，越往西部坡度越低。

圖2　研究區(qū)不同流域類型上的巖性分布

圖3　研究區(qū)不同流域類型的高程分布

3.4　研究區(qū)流域類型同土壤侵蝕的關(guān)系

通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出研究區(qū)兩種流域類型在1990—2010年各土壤侵蝕類型面積比例。從表3中可以看出，第一分水嶺內(nèi)小流域強(qiáng)烈侵蝕、極強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕在總侵蝕面積中所占的百分比呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢(shì)，其中強(qiáng)烈侵蝕面積所占百分比2010年高于1990年；輕度侵蝕和中度侵蝕所占面積百分比在整個(gè)研究期內(nèi)呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)；微度侵蝕則呈現(xiàn)逐漸減少的變化趨勢(shì)。從流域類型上看，第一分水嶺內(nèi)小流域自1990—2010年土壤侵蝕強(qiáng)度正在逐漸增加，侵蝕加劇。這主要是因?yàn)榈谝环炙畮X內(nèi)小流域多為無(wú)分支流域，同時(shí)集中分布在海拔500～800 m，15°～35°坡度段的泥頁(yè)巖、泥巖和砂巖地帶，導(dǎo)致徑流侵蝕加劇，劇烈的塊體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致水土流失更為嚴(yán)重，泥沙沉積以及與水的相互作用最終影響水庫(kù)的防洪能力和水質(zhì)量[18]，流失的泥沙直接進(jìn)入庫(kù)區(qū)，也給三峽水庫(kù)的安全運(yùn)行留下了隱患。

圖4　研究區(qū)不同流域類型的坡度分布

表3　研究區(qū)兩種流域類型1990，2000，2010年各土壤侵蝕類型面積比例　%

第一分水嶺外小流域中度侵蝕、強(qiáng)烈侵蝕和劇烈侵蝕所占面積百分比在研究期內(nèi)呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢(shì)；輕度侵蝕和極強(qiáng)烈侵蝕面積所占百分比在1990—2010年呈現(xiàn)遞減的變化，說(shuō)明兩種侵蝕類型面積逐漸減少；微度侵蝕則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，到2010年面積達(dá)44.25%。說(shuō)明在1990—2010年第一分水嶺外小流域的侵蝕強(qiáng)度在逐漸降低，高強(qiáng)度侵蝕類型向低強(qiáng)度侵蝕類型轉(zhuǎn)變，侵蝕逐漸減少。這一點(diǎn)從表4中第一分水嶺外小流域土壤侵蝕綜合指數(shù)變化同樣可以看出，土壤侵蝕綜合指數(shù)在1990—2010年呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢(shì)，總體呈現(xiàn)下降變化。對(duì)比第一分水嶺內(nèi)小流域的土壤侵蝕綜合指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，到2010年第一分水嶺外小流域的土壤侵蝕綜合指數(shù)開始低于第一分水嶺內(nèi)小流域。這也說(shuō)明第一分水嶺外小流域的土壤侵蝕強(qiáng)度較第一分水嶺內(nèi)小流域減弱，強(qiáng)度明顯下降。這與近幾年陸續(xù)建立了一系列水庫(kù)大壩和梯級(jí)水電站有直接關(guān)系，如向家咀水電站、白石水庫(kù)的擴(kuò)建、鯽魚塘水庫(kù)、門坎灘水電站、中梁水電站等水利工程。通過(guò)對(duì)流域產(chǎn)生的侵蝕泥沙進(jìn)行攔截，使泥沙沉積到水庫(kù)，減輕了侵蝕泥沙對(duì)長(zhǎng)江庫(kù)區(qū)的危害，對(duì)侵蝕產(chǎn)生明顯的抑制作用。但同時(shí)也要注意高強(qiáng)度侵蝕類型所占面積百分比仍有增高的趨勢(shì)，土壤侵蝕綜合指數(shù)始終>2，這是由于在第一分水嶺外仍有一些小流域未建壩或梯級(jí)水電站，同時(shí)位于易產(chǎn)生侵蝕的海拔800～1 200 m，坡度15°～35°的泥頁(yè)巖、泥巖地帶，流失的泥沙直接進(jìn)入庫(kù)區(qū)，對(duì)水庫(kù)安全運(yùn)行造成影響。

表4　研究區(qū)兩種流域類型1990，2000，

4結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)流域進(jìn)行類型劃分，可以了解研究區(qū)流域的基本情況和空間分布狀況，以及流域土壤侵蝕的主要來(lái)源和侵蝕位置，為水土流失治理中采取針對(duì)性的措施，控制侵蝕加劇起到指導(dǎo)作用，也對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。研究區(qū)的3種流域類型，第一分水嶺外已建壩小流域集中位于第二分水嶺以外，水系數(shù)量相對(duì)少且流域面積較大，且分布在800～1 200 m，15°～35°的石灰?guī)r分布區(qū)，加之修建一系列水庫(kù)和梯級(jí)水電站的攔沙作用和相應(yīng)的生態(tài)工程使土壤侵蝕綜合指數(shù)下降，侵蝕強(qiáng)度在研究期內(nèi)明顯減少。第一分水嶺內(nèi)小流域高程主要集中在300～800 m高程帶，15°～35°坡度段的泥頁(yè)巖、泥巖及砂巖上。其坡度等級(jí)和巖性類型都是研究區(qū)最易產(chǎn)生侵蝕的位置，加之該范圍內(nèi)小流域大多以無(wú)分支為主，其土壤侵蝕強(qiáng)度正在逐漸增加，侵蝕加劇，是需要重點(diǎn)關(guān)注和治理的地帶。而第一分水嶺外未建壩小流域，主要分布在800～1 200 m，15°～35°坡度帶的泥灰?guī)r、泥巖上，是整個(gè)研究區(qū)中最易產(chǎn)生侵蝕的地方，同時(shí)由于該地帶小流域大多為3級(jí)以上分支且并未建壩或梯級(jí)水電站，對(duì)侵蝕泥沙不具有攔截能力，是整個(gè)研究區(qū)中侵蝕最為強(qiáng)烈的地區(qū)，也是進(jìn)行水土流失治理的關(guān)鍵地帶。

在本研究中選擇三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶的開縣、云陽(yáng)縣、奉節(jié)縣、巫山縣和巫溪縣作為研究對(duì)象，并非是單個(gè)的縣、市或是整個(gè)庫(kù)區(qū)，彌補(bǔ)了過(guò)去研究的過(guò)于細(xì)化或?qū)挿簡(jiǎn)栴}。在時(shí)間上考慮到三峽庫(kù)區(qū)不同建設(shè)階段以及蓄水前后對(duì)庫(kù)區(qū)內(nèi)土壤侵蝕的影響不同，選擇了1990，2000和2010年3個(gè)時(shí)段，不同流域類型對(duì)研究區(qū)土壤侵蝕的影響，分別進(jìn)行對(duì)比分析，為全面分析土壤侵蝕的產(chǎn)生來(lái)源提供數(shù)量化的決策依據(jù)和理論支持。

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Relation Between Watershed Type and Soil Erosion in Hinterland of Three Gorges Reservoir Area

GAN Caihong1,3, ZHAO Yanjie2, LI Yangbing1

(1.CollegeofGeographyandTourism,ChongqingNormalUniversity,Chongqing400047,China; 2.EditorialDepartmentofJournalofPingdingshanUniversity,Pingdingshan,He’nan467099,China; 3.YibinFourthHighSchool,Yibin,Sichuan644000,China)

Abstract：[Objective] The relation between watershed type and soil erosion in hinterland was explored of Three Gorges Reservoir area to provide some bases for ecological security and flood control in this area. [Methods] Based on geographic information system(GIS) and remote sensing(RS), watersheds at five counties were taken as the research area to analysis the types of watersheds, characteristics of water system and synthesized soil erosion index. After that, the relation between watershed type and soil erosion was explored. [Results] Three types of watersheds were recognized in the research area according to the indices of altitude, soil types and the present applied management. (1) The first type was the one consisted of those catchments outside the first watersheds with dams constructed, mainly located in limestone region with altitude from 800 to 1 200 m and slope gradient from 15° to 35°. (2) The second one was composed of the catchments within the first watershed that mainly located in the area with 300～800 m elevation, 15°～35° slope gradient of shale, mudstone soil. (3) The third one was consisted of the catchments outside the first watershed without dams, covered the most intense band of 800～1 200 m elevation, 15°～35° slope section of shale， mudstone area. [Conclusion] The soil erosion synthesized index of catchments outside the first watershed with dams showed a downward trend. The soil erosion synthesized index of catchments within the first watershed in the study area gradually increased, hence, these catchments need to be pay close attention to control soil erosion. The catchments outside the first watershed without dams are the key area of soil erosion control because of serious soil erosion.

Keywords:watershed; watershed classification; soil erosion; hinterland

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0291-05

中圖分類號(hào)：X171.1， S157.1

通信作者：李陽(yáng)兵(1968—),男(漢族),重慶市人，博士,教授,主要從事土地利用與生態(tài)過(guò)程方面的研究工作。E-mail:li-yapin@sohu.com。

收稿日期：2015-06-08修回日期：2014-07-04

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金委重大國(guó)際合作基金項(xiàng)目“產(chǎn)權(quán)制度和人口因素對(duì)山區(qū)農(nóng)戶生計(jì)的影響研究”(41161140352); 重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ080818)

第一作者：甘彩紅(1988—),女(漢族),四川省富順縣人，碩士研究生,研究方向?yàn)樗帘３峙c荒漠化治理。E-mail:927203024@qq.com。