以小流域為單元的水土流失強度評估

王福嶺,吳 鵬,郭子琦

(1.河南省水土保持監測總站，河南 鄭州 450003； 2.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003)

以小流域為單元的水土流失綜合治理是我國防治水土流失的主要方式。近年來，河南省以習近平生態文明思想為指導，大力開展以小流域為單元的水土流失綜合治理，創建了以生態休閑型、水源保護型、綠色產業型、防災減災型、和諧宜居型為主要發展方向的生態清潔小流域治理模式，取得了顯著的生態治理成果，然而小流域水土流失現狀數據缺失，導致水土流失治理工作開展系統性不強。因此，通過建立小流域基礎數據庫評估小流域水土流失強度，對提高小流域綜合治理水平具有重要意義。

1 河南省小流域劃分方法及成果

小流域是結合水務管理實際情況提出的流域概念[1]，然而隨著政府職能的轉變以及水務精細化、信息化管理要求的日益提高，小流域邊界不清、基礎信息不詳、禁止或限制的區域不明等已成為信息化、精細化水務管理的主要挑戰之一[2]?！缎×饔騽澐旨熬幋a規范》(SL 653—2013)是我國現行的水利行業標準，明確適用范圍為山地丘陵區。目前，小流域劃分方法大多僅適用于單一地形，且大多集中在山地或水系相對簡單的平原地區[3-6]，然而河南省地處地貌臺階過渡帶，境內有四大水系，地表形態復雜，基本地貌類型齊全[7]，水系復雜、溝渠密集，因此需要開發符合水務管理需要的、適應全地形類型的小流域劃分技術流程。

在符合行業標準規定的山地丘陵區，應遵循水文分析匯水關系，兼顧居民區地塊完整，進行邊界微調。在形成網狀河流的平原區和部分丘陵區，在規范基礎上，增加河南省適應性原則：①保留主要河道作為匯水線，保證水系拓撲關系，以水渠、河流中心線劃分作為流域邊界；②考慮水務管理工作以鄉鎮為單位展開，以保證匯水關系為基礎，確保鄉級及以上行政區劃完整，盡量保持縣級及以上行政區劃的完整性；③為降低鄉鎮單位尋找小流域邊界的工作難度，面積超限的小流域使用道路、溝渠、田埂等顯著線狀地物適當分割。

在流域劃分的基礎上，參考相關行政區劃數據，嚴格遵照小流域劃分規范及原則，在全省16.7萬km2范圍內進行水文分析，提取出102 118.5 km溝道，劃分出最小0.1 km2的微流域，并依據匯水關系及補充的河南省適應性原則進行小流域劃分，最終劃分出5 576個小流域。圖1、圖2分別為河南省溝道劃分及小流域劃分成果。

圖1 河南省溝道劃分成果

圖2 河南省小流域劃分成果

為確保小流域劃分成果符合實際情況且滿足水保需要，由省水土保持監測總站組織實施開展覆蓋度100%的全面復核，開發WEB端“河南省小流域成果復核系統”，實現小流域劃分成果可視化，以賬戶分級的方式供各級水利部門使用，提供賬戶所屬轄區的所有小流域信息，若對劃分成果存在疑義，則可通過復核系統上傳復核意見。收集到復核意見262條，絕大多數意見集中在小流域屬性方面，證明所采用的小流域劃分方法具有實際意義。河南省小流域劃分成果已完成復核工作并連入政務云系統，可為水土保持管理工作提供技術支持。

2 以小流域為單元的水土流失強度分析

為貫徹落實《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》要求，河南省推行水土流失動態監測項目建設，本研究以丹江口庫區上游流域水環境綜合治理與可持續發展試點工作成果為例，使用遙感監管的技術手段實現大范圍、高精度的水土流失強度監測與分析。

2.1 水土流失強度監測

水土流失動態監測項目的主要監測指標為土壤侵蝕強度，主要計算指標為水力、風力和凍融侵蝕模數。采用中國土壤流失方程CSLE(Chinese Soil Loss Equation)計算土壤侵蝕模數[8]，公式為

A=R·K·L·S·B·E·T

(1)

式中:A為土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；R為降雨侵蝕力因子，MJ·mm/(km2·h·a);K為土壤可蝕性因子，t·km2·h/(MJ·mm·km2)；L、S、B、E、T分別為坡長因子、坡度因子、植被覆蓋與生物措施因子、工程措施因子和耕作措施因子。

K使用第一次全國水利普查成果；L、S采用高分辨率DEM數據計算；B利用MODIS歸一化植被指數產品和TM多光譜影像融合計算；E和T可通過查詢《區域水土流失動態監測技術規定(試行)》得到[9]。

結合小流域劃分成果，將丹江口庫區上游流域水環境動態監測的圖形成果數字化展現，直觀顯示土壤侵蝕強度與等級的空間地理信息，并制成丹江口上游涉及鄉鎮的土壤侵蝕專題圖，見圖3。丹江口上游涉及鄉鎮的土壤侵蝕情況統計見表1。

圖3 丹江口上游涉及鄉鎮的土壤侵蝕情況

表1 丹江口上游涉及鄉鎮的土壤侵蝕情況統計

在試點工作開展的地區，直觀展現各小流域水土流失情況。對較嚴重的完整型小流域重點開展水源保護治理工作；針對區間型和坡面型小流域，著力提升河流環境質量，做好水庫水污染風險防范巡查工作，積極推進小流域水生態環境綜合治理工程建設。

2.2 小流域水土流失強度分析

水土流失動態監測以10 m分辨率圖斑為單位開展，可得到全面、詳盡的水土流失強度信息。然而水土流失治理工作通常以小流域為單位開展，直觀展現監測成果質量，需要對水土流失程度進行量化評估。小流域綜合治理應考慮社會經濟、生產發展方向等多方面因素，構建小流域水土流失評價指標模型，公式為

A=X1+X2+…+Xi

(2)

(3)

式中：A為該小流域總面積，km2；Xi為各等級侵蝕模數所對應的土地面積，km2，其中i為水土流失等級；bi為小流域內不同流失等級的土壤侵蝕模數，t/(km2·a)；Y為小流域水土流失程度值。

試點工作范圍內總計254個小流域，水土流失總面積為1 653.49 km2，其中僅42個小流域水土流失程度值達到輕度，中度及以上小流域數量為0。綜合分析水土流失相對嚴重的地區，多為山區山脊線或丘陵地區的裸坡面。輕度及以上水土流失程度值面積高于總面積的50%，即為水土流失嚴重的小流域，經統計此類小流域數量占總數量的5.5%，分布在山區和丘陵區。

3 小流域水土保持分區布局與防治措施

3.1 水土保持區域布局

以小流域為單元，基于流域基本特征和水土流失治理業務需求，將丹江口庫區上游流域規劃為丹江陜鄂豫緩沖區、丹江淅川自然保護區、老灌河西峽自然保護區、老灌河淅川保留區、淇河西峽源頭水保護區和淇河西峽保留區共6個水功能分區。將水土流失等級為輕度及以上的小流域定義為綜合治理優先小流域，開展針對性重點治理。

(1)丹江陜鄂豫緩沖區。自長江流域水資源保護局丹江口局巡查組開展監督巡查工作至今，掌握了省界緩沖區的起始斷面、省界斷面、終止斷面及沿線的河道形態、水文情勢、水環境狀況、河道采砂等情況，把控緩沖區內河道沿線家禽集中養殖情況，時刻監控緩沖區內水質自動監測站建設運行情況，了解部分鄉鎮污水處理廠建設、運行情況，以及涉水工程的建設及其工程手續審批情況，從多方面加強水質把控力度。

(2)丹江淅川自然保護區。該區是南水北調中線工程的核心水源地，丹江濕地作為南水北調水源的“過濾器”和“凈化器”，要求水質為地表水Ⅱ類水，部分要素達到Ⅰ類標準，應根據規劃嚴格控制自然資源開采，大力推進資源開發秩序整頓工作，以自然生態環境修復為目標，嚴格查處各類水事違規、違法事件，加大力度打擊私采、盜采，嚴厲處罰土地利用性質違法變更等行為。

(3)老灌河西峽自然保護區。老灌河發源于伏牛山主峰，保護區內植被覆蓋率高，水土保持情況良好，重點采用預防保護措施，維護生態系統，促進水源涵養[10]。

(4)老灌河淅川保留區。該區域農林業相對發達，有大片果園，林下水土流失情況相對嚴重，灌溉水源相對單一，面源污染重，應因地制宜地增加蓄水保水工程，鼓勵林下覆草，控制農藥化肥用量，同時針對現有坡耕地展開實地考察，有計劃分批次實行坡改梯工程，建立高效農林產業片區[11]。

(5)淇河西峽源頭水保護區。淇河發源于盧氏縣南部陜西邊界分水嶺東麓，保護區內為控制河道泥沙淤積，根據實際情況考慮增加坡面徑流攔截泥沙工程，同時重視水土保持工程的常態化建設，對動植物資源加大管護力度；針對局部坡耕地，以小流域為單元開展水土保持綜合治理[11]。

(6)淇河西峽保留區。主導基礎功能是水土保持，根據規劃批復結果建立優質農林基地產業鏈，配置小型水利工程，提高保留區蓄水保水能力，大力提倡林下覆草，控制面源污染[12]。

3.2 水土流失防治措施

(1)加大綜合治理力度。大力推進老灌河、淇河流域開展水土保持和生態修復工程，針對自然保護區、水源保護區、保留區等，形成完善的水土保持防治體系，在植被較好、無明顯水土流失區、基本農田集中區和現有的治理區開展預防保護，將河流和公路兩側的開發建設項目列為重點監督區，建立起更加完善的縣、鄉、村三級預防保護體系，采用科學封禁政策促進生態修復、水源涵養，建設生態清潔型小流域，種植水源涵養林，提高土壤涵養水源、調蓄徑流的能力[13]。

(2)強化水土保持治理措施。以小流域為單元，采取大面積封禁治理、人工修復和生態自我修復相結合的辦法，進行小流域水土保持重點工程建設，避免發生嚴重的水土流失；以坡耕地為主的生產用地要高標準進行坡改梯工程，配套水窖、沉沙池、排水溝等坡面水系，提高土地生產力；山區水土流失的小流域要采取溝道整治、水土流失防治等措施，恢復河道服務功能。

(3)高精度水土保持治理。涉及試點工作范圍內緩沖區、保留區及水土流失程度達輕度及以上的小流域，堅持“生態優先、強化林草、注重功能”，結合科學封禁政策，重點推廣梯田改造技術，修建小型水利工程，改善灌溉水源單一性。遵循“因地制宜、綜合治理”原則，根據小流域特點及防治需求，分區域、分類別擬定小流域水土保持措施類型[14]。

4 結 論

通過細化小流域劃分原則，完成了以河南省為例的全地形地貌小流域劃分工作，基于WEB端構建小流域復核系統，完成了全面復核驗證，為水土保持精細化管理提供了重要的數據支撐。以小流域為單元，結合在丹江口庫區上游流域涉及六縣試點范圍內水土流失強度監測結果，進行水土流失強度評估與分析，根據評估強度數值劃分優先小流域和非優先小流域，結合水系自然關系劃分水土保持區域布局的6個水功能區，為后續的小流域治理工作提供了精準目標和治理方向。水土流失強度監測技術與評估方法具有實際應用效益，小流域劃分成果運用在水土流失治理，各類生產建設項目水土保持方案審批、監督檢查、驗收備案等工作中，可以實現精細化、動態化、信息化監管，應用前景廣闊。