基于USLE 的廣東省喀斯特地區小流域土壤侵蝕分布情況及治理模式探討

岑 穎，姚成平，張曉遠

（廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510635）

自20 世紀以來，各地區針對喀斯特石漠化的治理一直在進行，我國實施多項相關工程[1]，如國家“十五”計劃的黔滇桂巖溶地區石漠化綜合治理工程，對當地水土流失治理工作卓有成效。樂昌市是廣東省喀斯特地區石漠化程度最為嚴重的縣市之一，石漠化問題突出，嚴重制約本地區社會經濟的可持續發展。加快石漠化治理步伐，盡快控制石漠化擴展的趨勢，進一步改善區域生態環境，是樂昌市當前一項十分艱巨而且緊迫的戰略任務。本文基于USLE 分析樂昌市秀水小流域水土流失現狀，分析土壤侵蝕分布狀況，探討其綜合治理模式。

1 流域概況

秀水小流域位于粵北山區，地處廣東省樂昌市秀水鎮，土地總面積為41.51 km2，約占秀水鎮面積的3/4。秀水鎮位于樂昌市西北部，西部和北部與湖南省相鄰，東部和南部分別與樂昌市梅花鎮、云巖鎮和沙坪鎮接壤[2]。

秀水小流域地表巖性以石灰巖和砂頁巖為主，地貌類型包括低山、丘陵、臺地、平原和河流階地等，以低山為主，其次是丘陵。流域屬喀斯特地貌，石灰巖地區巖石裸露、黃壤土層淺薄，一般在10 cm～50 cm 不等。

2 水土流失現狀

根據廣東省喀斯特山區環境的特點，以USLE 作為喀斯特地區土壤侵蝕模型，對水土流失單因子計算方法進行優化與修正[3]。以柵格數據作為基礎，將小流域各水土流失影響因子數據柵格化，把土壤侵蝕與石漠化的分析結合起來，實現二者在水土流失區域相關性評價。以AcGIS10 的ARC/INFO，ARCVIEW為平臺，使所有相關數據信息處于統一平臺上，通過柵格數據的疊加運算獲得水土流失分布情況。通過GIS 技術的強大空間組織與分析運算能力，結合以往調研方法的數據加以集合利用。以USLE 模型為核心，整合所需的數據，如衛星地形圖、周邊降雨站測量數據、土地利用分類與林草植被覆蓋數據。經過各因子算式疊加運算，計算出每個柵格的水土流失模數，然后匯總獲得整個小流域的土壤侵蝕分布情況。

以通用水土流失方程（USLE）為基礎，建立喀斯特地區水土流失方程為：

式中：A 為土壤侵蝕量，t/（hm2·a）；R 為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/（hm2·h·a）；K 為土壤可蝕性因子，t·h/（MJ·mm）；LS 為坡長坡度因子，無量綱，其中L 為坡長因子，S 為坡度因子；C 為植被覆蓋因子，無量綱；P 為水土保持措施因子，無量綱。模型中的R、K、S、L、C、P 因子的算式和算法在經典USLE 計算方法的基礎上，根據小流域環境特點及數據信息情況進行修正。

3 土壤侵蝕分布情況

柵格數據能夠非常方便的對同一地區多層面數據進行空間綜合分析處理，在GIS 與遙感圖像信息處理工作中，可以簡單實現不同波段遙感圖像信息的數據處理，還可以整合不同時間段的數據信息對其進行水土流失或其他領域動態變化分析和預測[4]。該項技術在使用計算機電子圖及制圖與分析其他數據有重要的研究價值。

利用土壤侵蝕通用方程式計算土壤侵蝕量時，將獲取的影響土壤侵蝕的各水土流失單因子圖層進行處理，令其符合以下條件：①具有相同的坐標投影系統；②具有相同的數據格式；③具有相同的網格大小。通過這些數據的處理就可以利用Arcgis 軟件多層面柵格數據函數的復合運算進行逐柵格的計算，見圖1。

圖1 復合運算示意圖

土壤侵蝕模數I 為水土流失量A 除以面積，在Arcgis 軟件中把之前處理得到的各個水土流失單因子圖進行混合處理，通過空間分析模塊中的“Raster Calculator”功能來求出土壤侵蝕模數。由于R 因子的單位是MJ·mm/ha·hr·a，K 因子的單位是t·ha·hr/（hm2·MJ·mm），所以計算得到I 的單位為t/（km2·a）。

通過ArcGIS 軟件的“Spatial Analyst”模塊將圖1 中各水土流失單因子圖層依據USLE 表述的關系疊加，得到土壤侵蝕量分布圖。然后根據小流域遙感影像、土地利用類型數據，利用1∶10000 地形圖，分析小流域的水土流失情況，最后結合土壤侵蝕強度分級標準，得到研究區土壤侵蝕分布情況，見圖2。

圖2 秀水小流域土壤侵蝕分布圖

土壤侵蝕強度一般通過實地調查地面坡度、植被覆蓋度等水土流失因子所確定。本研究土壤侵蝕分類標準主要按照《土壤侵蝕分類分級標準》（SL190-2007）中面蝕（片蝕）分級標準進行分級，見表1、表2。

表1 面蝕（片蝕）分級指標

表2 水力侵蝕強度分級

4 治理模式

廣東省喀斯特地區屬峰林平原石漠化綜合治理區，全省喀斯特地區自然、社會、經濟條件基本一致，石漠化成因大致相同，且主要集中在粵北巖溶山地，故采取的治理措施大致相同。

喀斯特地區石漠化綜合治理以增加巖溶土地植被覆蓋度，減輕石漠化強度，治理石漠化為目標，在切實保護好現有森林資源的同時，嚴格實施封山育林措施，對石漠化程度較高的山地進行封禁；充分合理利用山地資源和陡坡退耕地，采取人工造林方式建設水土保持林和發展經果林，在增加經濟收入的同時盡快恢復森林植被；適度開展坡改梯建設，配套建設引水渠、山塘等小型水利水保設施，提高坡改梯穩產高產能力，為退耕還林創造條件；加強水系工程建設，增加雨水集蓄利用，有效利用水資源[5]。

按照因地制宜的原則，對流域的相關水資源最大利用，改善當地生產生活條件，通過封山育林、種植水土保持林和經果林、坡改梯以及小型蓄水保土工程等措施，治理石漠化和水土流失現象，保護水土資源，改善區域生態環境，促進當地經濟可持續發展。

封山育林范圍選擇在內山高坡陡、石漠化程度高、土層淺薄、造林難度大或現狀基本為無林地、疏林地、未利用地及喬灌蓋度小于50%潛在石漠化土地；水土保持林及經果林布設在相對高差不大、巖石裸露較少、土壤條件較好的石漠化山地中，其中，經果林主要布設在村莊附近較平緩的陽坡地塊；坡改梯選擇在25°以下、土質較好、交通比較方便、有利于實現水利化的緩坡地進行，引水渠、田間道路與梯田綜合配套，優化布設；田頭水池等小型蓄水工程主要布設在田頭、道路、果園或較平緩的坡地旁，易于匯集徑流，方便灌溉；飲水工程靠近水源布設，通過敷設引水管道重點解決人口集中的村落人畜飲水問題；通過新建沼氣池改善能源結構，按現有能源實際利用情況，提出各村新建沼氣池的數量。

5 結語

基于USLE 利用遙感與GIS 技術對廣東省喀斯特地區土壤侵蝕與石漠化情況進行研究，使小流域土壤侵蝕分布狀況及侵蝕程度分析更加準確，為小流域的水土流失治理起到參考作用。目前，利用USLE 結合遙感和地理信息系統技術對土壤侵蝕及相關調查進行應用是一個很廣闊的課題，土壤侵蝕研究與遙感和GIS 技術的結合才剛起步，還需要充分開拓遙感和GIS信息技術應用范圍。