大獐小流域水土流失現狀及動態變化分析

程 磊

（綏中縣水利事務服務中心，遼寧 葫蘆島 125200）

1 研究區概況

大獐小流域位于遼寧省綏中縣東部，介于E120°5′17″～120°11′50″、N40°19′51″～40°24′57″之間，總面積25.18km2，海拔高程285～45m。氣候類型為半干旱、半濕潤大陸性季風氣候，年均降水量620.8mm，多集中在7-9月，屬低植被土石質丘陵中度侵蝕區。流域內地面坡度組成為：＜ 5°、5°～8°、8°～15°、15°～25°面積依次為548.85hm2、1040.15hm2、764.28hm2、165.08hm2，占總面積的21.79%、41.30%、30.35%、6.56%。

小流域總土地面積2518.36hm2，其中耕地1389.43hm2（坡耕地1321.70hm2，占總耕地的95.13%），荒地39.55hm2，城鎮居民及工礦用地272.54hm2，道路7.96hm2，果園366.07hm2，林地65.04hm2，疏 林 地330.05hm2，草 地4.12hm2，設施農用地3.96hm2，水域39.64hm2。流域內坡耕地面積1321.70hm2，占總耕地的95.13%，這使得糧食產量低而不穩，疏林地占比13.11%，荒山占比1.57%，植被覆蓋度較低，極易導致水土流失[1-2]。另外，流域內農、林、果用地比例為1 : 0.55 : 0.26，果園較少而耕地面積較大，存在較多疏林地，加之流域內存在未治理荒山，導致土地產出能力整體偏低，對農村經濟發展造成制約。因此，必須科學分析水土流失現狀及動態變化特征，為進一步加快治理速度，有效控制土壤侵蝕，真正實現糧豐民富、山川秀美的整治目標提供可靠保障[3-4]。

2 研究方法

2.1 數據來源

采用高分辨率無人機航拍影像(分辨率0.5m)、最新衛星影像（91 位圖助手下載）和1 : 10000 地形圖進行對比分析，通過校準、比對實地GPS 定位，詳細了解流域土地利用現狀及地形地貌。依據航拍影像或衛星影像，結合流域內的地形地貌對土地利用現狀進行解譯及圖斑劃分，按照地面坡度、坡向及地貌類型等合理劃分流域內的圖斑。采樣時間為2018 年、2021 年植被覆蓋情況較好的7 月，從而更好地解譯水保措施和土地利用信息。

2.2 研究方法

以綏中縣大獐小流域為例，綜合利用統計分析、模型計算、野外調查和遙感監測等方法，通過提取水土流失因子和計算土壤侵蝕模數分析小流域2018-2021 年水土流失現狀及動態變化特征，為流域土壤侵蝕的有效防控提供決策依據。土壤侵蝕模數A 利用中國土壤流失方程(CSLE)進行計算，表達形式如下：

式中：R、K為降雨侵蝕力和土壤可蝕性因子；L、S為坡長和坡度因子；B、E、T為植被覆蓋與生物措施、工程措施和耕作措施因子，各因子數據分辨率均為10m。

2.3 數據處理

1）遙感影像預處理。對收集到的衛星遙感影像進行正射矯正、大氣矯正和輻射矯正，通過影像裁剪、鑲嵌、融合、重采樣、增強等預處理過程獲取小流域2018 年和2021 年遙感影像（空間分辨率2m），并對2018-2021 年MODIS 歸一化植被指數(NDVI)產品進行最大值合成、空值去除與確認、投影轉換等處理。

2）因子計算。①降雨侵蝕力因子R：根據降雨侵蝕力公式和流域逐日降雨量數據計算雨量站年降雨侵蝕力，然后用克里金空間插值算法在Arc GIS 系統中生成R因子格柵數據；②土壤可蝕性因子K：依據現場調查采樣數據和大獐小流域土壤類型，采用土壤可蝕性因子計算公式，經重采樣處理生成K 因子格柵數據；③坡長與坡度因子LS：采用北京師范大學開發的計算系統和收集的1:5 萬數字高程模型(DEM)獲取小流域坡長、坡度因子，經重采樣生成LS因子格柵數據；④植被覆蓋與生物措施因子B：以土地利用類型數據、降雨侵蝕力因子比例和MODIS 歸一化植被指數(NDVI)產品為依托，計算流域內的植被覆蓋度及植被覆蓋與生物措施因子值，經重采樣生成B因子格柵數據；⑤工程措施因子E：基于水土保持工程措施因子賦值表和衛星遙感影像獲取的流域內水保措施確定該因子值，經重采樣生成E因子格柵數據；⑥耕作措施因子T：通過查詢“輪作區代碼”字段賦值表確定耕作措施因子值，經重采樣生成T因子格柵數據。

3）土壤侵蝕模數計算與圖斑落地。將中國土壤流失方程（CSLE）中的7 個因子利用Arc GIS 空間分析平臺進行格柵圖層乘積運算，并按照《土壤侵蝕分類分級標準》確定以格柵為單元的土壤侵蝕模數及其侵蝕強度，統計分析大獐小流域2018 年、2021 年土壤侵蝕狀況。另外，考慮到CSLE 方程是以像元為計算單元，同一地塊可能存在不同的侵蝕類型，在實際應用時受到一定限制。因此，采用土壤侵蝕地塊的高強度侵蝕結構指數和平均土壤侵蝕模數綜合判定地塊單元的侵蝕程度，以矢量形式獲取概化后的圖斑研究成果。

3 結果與分析

3.1 水土流失現狀

將以上提取的7 個因子值利用Arc GIS 空間分析功能進行疊加相乘、小圖斑祛除、圖斑落地等處理，從而確定綏中縣大獐小流域2018 年、2021 年的水土流失數據，如表1 所示。

表1 大獐小流域2018-2021 年水土流失現狀及動態變化數據

從表1 可以看出，2018 年大獐小流域土壤侵蝕主要包括生產建設、坡耕地等所造成的人為侵蝕和自然侵蝕，侵蝕面積依次為60.34hm2、173.96hm2、1905.43hm2，占總侵蝕面積的2.82%、8.13%和89.05%。具體而言，生產建設和坡耕地是導致人為侵蝕的主要來源，在各個侵蝕強度上生產建設以輕度為主，而坡耕地則近似均勻地分布于各個強度，坡耕地侵蝕集中分布于水源條件較好的東部、南部地區，而當地的建設開發比較分散。

2021 年大獐小流域土壤侵蝕總面積639.73hm2，占流域面積比25.40%，其中生產建設、坡耕地等所造成的人為侵蝕和自然侵蝕面積依次為29.56hm2、27.38hm2、582.73hm2，其占流域面積比1.17%、1.09%和23.14%，占侵蝕面積比4.62%、4.28%和91.09%。具體而言，生產建設和坡耕地所造成的輕度侵蝕面積依次為0.78hm2、0.71hm2，占生產建設和坡耕地總侵蝕面積的66.67%和65.14%，說明人為侵蝕主要是輕度侵蝕；自然侵蝕所造成的輕度侵蝕面積為435.34hm2，占自然總侵蝕面積的74.71%，零星分布在西北部，集中分布于南部、東部的山地丘陵區。2021 年坡耕地侵蝕面積相比于2018 年明顯減少，減小146.58hm2，侵蝕強度也大幅下降，劇烈、極強烈、強烈、中度和輕度侵蝕面積均出現不同程度的減少，侵蝕面積依次 減 少22.68hm2、41.21hm2、33.43hm2、27.52hm2和21.68hm2，現階段的坡耕地侵蝕大都集中在沿河兩岸；2021 年生產建設侵蝕面積相較于2018 年也有所減少，但變化幅度相對較小，現階段的生產建設侵蝕面積集中位于人類活動密集的平原區。

3.2 水土流失動態變化

從侵蝕面積上，大獐小流域2021 年土壤侵蝕面積較2018 年減小1500.00hm2，減小比例達到59.57%。從侵蝕類型上，降幅最大的自然侵蝕，降幅達到52.52%，其中輕度、中度、強烈侵蝕降幅依次為44.31%、5.14%、2.93%，這表明流域內自然侵蝕得到明顯改善，土壤侵蝕得到有效控制，極強烈侵蝕面積也有所減少；2021 年流域內坡耕地侵蝕面積較2018 年減少比例為5.82%，其中劇烈、極強烈、強烈、中度和輕度侵蝕面積依次減少0.90%、1.64%、1.33%、1.09%、0.86%，經過3 年治理流域內坡耕地土壤侵蝕得到有效控制，水土流失治理成效顯著。從圖斑上，坡耕地和自然侵蝕面積明顯減小，但各強度水土流失依然零星分布在東部、南部地區，應作為大獐小流域土壤侵蝕重點治理區。

2018-2021 年大獐小流域實施了一系列水土保持、坡耕地治理和退耕還林草等項目，并取得了顯著的治理成效，有效控制了土壤侵蝕程度及范圍。然而，因水土流失分布范圍較廣，為進一步改善流域內生態環境應實施差別化防治策略。對坡耕地采取果樹梯田、保土耕作等工程措施，調節地表徑流，減少土壤侵蝕，對5°~15°之間無法修建梯田的坡耕地基本沿等高線方向進行耕作，以攔蓄部分降雨，通過壟向間隔設置橫向攔水埂的方法提高蓄水保土能力，減少水土流失；對荒山采取魚鱗坑等措施改善立地條件，為恢復生態創造條件主要采用的整地方式為水保林（魚鱗坑），整地規格為（3×4）：長徑1.0m，短徑0.6m，坑深0.6m；對于疏林地采取封育治理措施，以提高林草覆蓋率；對老果園進行改造，以起到保持水土，增加果品產量的作用。

4 結 論

文章利用地理信息系統、衛星遙感影像、中國土壤流失方程（CSLE）計算分析了2018 年和2021年大獐小流域土壤侵蝕狀況，主要結論如下：

1）2018 年、2021 年大獐小流域土壤侵蝕總面積為2139.73hm2和639.73hm2，占總面積的84.97%和25.40%，水土流失以自然侵蝕為主，以生產建設和坡耕地人為侵蝕為輔。

大獐小流域2021 年土壤侵蝕面積較2018 年減小1500.00hm2，減小比例達到59.57%。其中，生產建設、坡耕地人為侵蝕和自然侵蝕面積依次減少30.78hm2、146.58hm2、1322.7hm2，所占比例依次為2.05%、9.77%、88.18%，東部和南部的土石丘陵帶侵蝕面積明顯減少，但依然存在零星的坡耕地侵蝕以及大片自然侵蝕，特別是要加強該區域的水土流失治理。