丹江口庫區及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素研究

［關鍵詞］ 土壤侵蝕；土地利用；降水；地形；丹江口庫區及上游

［摘" 要］ 丹江口庫區及上游是南水北調中線工程的重要水源地，良好的水土保持生態環境是維系庫區水質安全的重要保障。基于土地利用/覆被、降水等基礎資料，利用中國土壤流失方程計算了土壤侵蝕模數，分析了庫區及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素。結果表明：2022年丹江口庫區及上游微度侵蝕、輕度及以上侵蝕、強烈及以上侵蝕面積分別為76 452.21、18 747.79、2 183.79 km2，分別占區域土地總面積的80.30%、19.70%、2.30%；庫區及上游輕度及以上侵蝕主要分布在漢江源區、庫區及上游中部、丹江上游等區域，且主要分布于耕地、園地和草地；降水、地形、土地利用和水土流失治理是影響土壤侵蝕分布特征的主要因素。

［中圖分類號］ S157.1" ［文獻標識碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.09.017

［引用格式］ 李全宏，黃立文，陳澤濤，等.丹江口庫區及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素研究［J］.中國水土保持，2024（9）：51-55.

南水北調是跨流域跨區域配置水資源的骨干工程，為我國水資源配置優化、區域協調發展作出了巨大貢獻，是重大戰略性基礎設施［1］。丹江口庫區及上游是南水北調中線工程水源區，是連接漢江上游和中下游的重要紐帶，為南水北調中線受水區提供生活、生產及生態用水，對水源水質有極高要求［2］。維護良好的水源區生態環境是確保水質穩定達標、丹江口工程長期安全穩定運行和“一泓清水永續北上”的重要保障。

近年來，水源地保護成效顯著，但水生態環境問題依舊需要重視。丹江口水庫氮、磷等營養物質主要來源于庫區及上游的點源污染和面源污染［3］。點源污染主要包括工業廢水及城市生活污水等，由排放口集中匯入江河湖泊，便于監測，整體上可控［4］。相比而言，面源污染由于沒有固定污染物排放點，因此難以監測和控制。土壤侵蝕作為面源污染的重要形式和運輸載體，是造成湖泊、水庫、河流等水體水環境污染的重要原因［5-6］。研究庫區及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素是揭示面源污染狀況的基礎。李學敏等［7］分析了丹江口水庫庫區及周邊地區水土流失空間分布特征，認為土壤侵蝕以微度和輕度為主，微度和輕度侵蝕面積分別占土地面積的27.35%和66.16%，并且輕度侵蝕主要發生在灌木林地和草地。李春杰［8］分析了南水北調中線水源區水土流失發生機制，結果表明林地水土流失面積最大，且不同坡度條件下水土流失差異顯著。雖然對水源區部分區域土壤侵蝕已有研究，但是尚未有針對丹江口水庫整個庫區及上游的土壤侵蝕特征及其影響因素的相關研究。本研究基于土地利用/覆被、降水等基礎資料，系統分析丹江口庫區及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素，以期為庫區生態保護、水質維系提供數據支撐。

1" 研究區概況

丹江口庫區及上游位于北緯31°20′～34°10′、東經106°～112°之間，涉及河南、湖北、陜西3省的14市46縣（市、區），以及四川省萬源市、重慶市城口縣、甘肅省兩當縣部分鄉鎮，總面積約9.52萬km2，地理位置及高程見圖1。水源區地處秦嶺支脈伏牛山南麓至大巴山區之間，地形呈現出南北部區域高、中部區域略低的特點，海拔由漢江源頭的3 000 m左右下降到丹江口庫區的140 m左右。水源區位于我國南北分界的過渡帶，屬于亞熱帶季風氣候區，年均降水量850 mm，

降水主要集中在6—9月［9］。土壤類型以紫色土為主，原

繁多，是我國重要的生態寶庫［10］。

2" 材料與方法

2.1" 研究資料

利用丹江口庫區及上游數字高程模型（DEM），以及2022年土地利用、植被覆蓋、土壤可蝕性、治理措施等數據，采用中國土壤流失方程（CSLE）計算土壤侵蝕模數，獲取土壤侵蝕強度。

2.2" 研究方法

土壤侵蝕計算采用中國土壤流失方程（CSLE），其基本形式為

A=R×K×L×S×B×E×T（1）

式中：A為土壤侵蝕模數，單位t/（hm2·a）；R為降雨侵蝕力因子，單位MJ·mm/（hm2·h·a）；K為土壤可蝕性因子，單位t·hm2·h/（hm2·MJ·mm）；L為坡長因子，無量綱；S為坡度因子，無量綱；B為植被覆蓋與生物措施因子，無量綱；E為工程措施因子，無量綱；T為耕作措施因子，無量綱。

式（1）中各因子的計算方法依據《區域水土流失動態監測技術規定（試行）》［11］。土壤侵蝕模數計算完成后，

李全宏等：丹江口庫區及上游土壤侵蝕分布特征及其影響因素研究

依據《土壤侵蝕分類分級標準》（SL 190—2007）劃分土壤侵蝕強度（見表1）［12］，獲取不同強度土壤侵蝕面積，其中土壤侵蝕強度在輕度及以上的面積為水土流失面積。

3" 結果與分析

3.1" 土壤侵蝕總體狀況

丹江口庫區及上游土壤侵蝕以微度和輕度侵蝕為主。2022年庫區及上游微度、輕度、中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別為76 452.21、14 526.47、2 037.53、1 036.63、929.81、217.35 km2，分別占土地總面積的80.30%、15.26%、2.14%、1.09%、0.98%、0.23%，其中微度和輕度侵蝕面積90 978.68 km2，中度及以上侵蝕面積4 221.32 km2。

庫區及上游輕度及以上侵蝕（水土流失）面積18 747.79 km2，見圖2。水土流失以輕度為主，輕度侵蝕面積占水土流失面積的77.48%，中度、強烈、極強烈、劇烈侵蝕面積分別占水土流失面積的10.87%、5.53%、4.96%、1.16%。從空間分布看，庫區及上游水土流失面積主要分布在漢江源區、庫區及上游中部、丹江上游等區域。

3.2" 主要支流土壤侵蝕狀況

庫區及上游主要支流土壤侵蝕均以微度侵蝕為主，但各強度侵蝕面積占比略有差異（見表2）。主要支流中，微度侵蝕面積占比為71.45%（壩河）～91.09%（子午河）；輕度及以上侵蝕面積占比為8.91%（子午河）～28.55%（壩河）；強烈及以上侵蝕面積占比為0.44%（湑水河）～4.21%（任河）。庫區及上游輕度及以上侵蝕面積主要分布在壩河、任河、嵐河、丹江、月河、老灌河、牧馬河，其水土流失面積占比均大于20%；強烈及以上侵蝕面積主要分布在任河、牧馬河、月河、壩河、金錢河和丹江，其強烈及以上侵蝕面積占比均大于2%。

從主要支流輕度及以上侵蝕面積空間分布上看（見圖3），老灌河、丹江和上河流域水土流失主要分布在上中游，月河、嵐河、壩河流域空間格局較為均勻，旬河、金錢河、任河、堵河等流域主要分布在中下游，褒河、酉水河、子午河、牧馬河主要分布在下游，湑水河水土流失面積較少，集中分布在流域上游。

3.3" 縣級行政區土壤侵蝕狀況

從各縣（市、區）分布情況看（見圖4），庫區及上游水土流失面積主要分布在旬陽市、漢濱區、山陽縣、鄖陽區、丹江口市、紫陽縣、西峽縣、洋縣、平利縣、鄖西縣、丹鳳縣等縣（市、區），這些區域水土流失面積合計占庫區及上游水土流失總面積的45.81%。49個縣（市、區）中，旬陽市水土流失面積最大，占庫區及上游水土流失總面積的7.38%；此外，水土流失面積介于500～＜1 000 km2的有15個縣（市、區），100～＜500 km2的有21個縣（市、區），＜100 km2的有12個縣（市、區）。

從2022年水土流失面積占各縣（市、區）土地面積比例看（見圖5），丹江口庫區及上游僅鳳縣占比超過40%，旬陽市、白河縣、周至縣、洛南縣、紫陽縣、鎮坪縣、石泉縣7個縣（市、區）占比為30%～＜40%，鎮巴縣、漢陰縣、寧強縣、安康市漢濱區、欒川縣、內鄉縣、丹鳳縣、萬源市、山陽縣、丹江口市、平利縣、嵐皋縣、商南縣、淅川縣、西峽縣、洋縣、十堰市鄖陽區17個縣（市、

區）占比為20%～＜30%，商洛市商州區、西鄉縣、房縣、略陽縣、鄖西縣、勉縣、漢中市南鄭區、城口縣、太白縣、竹山縣、十堰市張灣區、城固縣、竹溪縣、盧氏縣、漢中市漢臺區15個縣（市、區）占比為10%～＜20%，十堰市茅箭區、鎮安縣、佛坪縣、西安市長安區、兩當縣、寧陜縣、柞水縣、神農架林區、留壩縣9個縣（市、區）占比＜10%。

3.4" 影響因素分析

3.4.1" 降水量

氣候和下墊面條件是土壤侵蝕最主要的驅動因素［13］。氣候條件中以降水量影響最大。下墊面條件主要包括水土流失治理、土地利用/覆被、地形地貌條件等。丹江口庫區及上游丹江、褒河、湑水河、牧馬河、任河、嵐河、堵河上中游等流域降水量較大，這些區域也是輕度及以上侵蝕面積的主要分布區域（見圖6）。統計庫區及上游不同降水等級各強度土壤侵蝕面積占土地面積比例（見表3），結果表明：微度侵蝕在＜800 mm降水量區域占比最大（82.32%），≥1 200 mm降水量區域占比最小（66.51%）；隨著降水量增加，輕度及以上侵蝕面積占比逐漸增大；≥1 200 mm降水量區域輕度及以上侵蝕面積占比超過30%，是水土流失的主要發生區域。

3.4.2" 地形條件

坡度、坡長等地形因子會影響土壤侵蝕。研究表明［14-15］，土壤侵蝕隨坡度增加存在閾值。當坡度低于閾值時，土壤侵蝕量隨坡度增大而增大；當坡度大于閾值時，土壤侵蝕量隨坡度變化不明顯。同樣，隨著坡長的增大，土壤侵蝕量呈先快速增大再緩慢增大的變化過程。高程能在一定程度上反映出區域的地形條件。通過統計不同高程區間各強度土壤侵蝕面積占比情況，發現微度侵蝕面積占比隨高程增大呈先增大后減小的趨勢；輕度及以上侵蝕面積占比隨高程增大呈先減小后增大的趨勢；強烈及以上侵蝕面積占比隨高程增大呈先減小后保持穩定的變化態勢（見表4、圖7）。這充分表明地形條件變化對土壤侵蝕影響的復雜性，其具體關系有待通過水土保持原位觀測進一步研究。

3.4.3" 土地利用

土地利用是影響土壤侵蝕最活躍的下墊面條件，土地利用的轉變會導致地表產輸沙條件發生變化，進而改變土壤侵蝕量和強度［16］。與高覆蓋林草地相比，未實施水土保持措施的耕地受除草、施肥、整地等農事活動和田間管理活動影響，人為干擾程度大，地表覆蓋低，更易發生土壤侵蝕。建設用地對土壤侵蝕的影響具有兩面性，在建設用地綠化或者地表硬化前，土壤侵蝕量和強度可能在短時間內急劇增大；在工程建設完成、地表綠化或硬化后，植被覆蓋度增加，會使土壤侵蝕急劇下降甚至消除。分析丹江口庫區及上游不同土地利用類型各強度土壤侵蝕面積占比狀況，結果表明草地、耕地和園地輕度及以上侵蝕面積占比較高，分別為54.24%、45.89%和37.66%，其他土地利用類型占比均低于20%（見表5）。從強烈及以上侵蝕面積占比看，耕地占比最高（18.33%），建設用地、交通運輸用地和其他土地次之（均大于2%），園地、林地和草地占比均不足1%。可見耕地、園地和草地是庫區及上游水土流失的主要發生地類，且耕地是高強度水土流失的主要來源。

3.4.4" 水土流失治理工程

20世紀80年代在丹江口庫區及上游陜西安康、商洛、漢中等地選擇典型小流域開展了水土流失治理試點工程。20世紀90年代，經國家計劃委員會（現國家發展和改革委員會）和水利部同意，選擇丹江口水庫周邊水土流失嚴重的縣（市、區）開展水土流失防治工作［15］。截至2000年底，庫區及上游累計治理水土流失面積1.10萬km2，包括改梯0.16萬km2、水保林0.43萬km2、經果林0.15萬km2、種草0.09萬km2、保土耕作0.03萬km2、封禁治理0.24萬km2。21世紀以來，國家對丹江口庫區及上游生態環境高度重視，水土流失治理力度持續加大。截至2022年，庫區及上游累計治理水土流失面積約16.3萬km2，包括坡改梯1.6萬km2、水保林2.7萬km2、經果林1.7萬km2、封禁治理8.8萬km2、保土耕作等其他措施1.5萬km2。水土流失治理通過改變坡面微地形、提高植被覆蓋度，對減少土壤侵蝕面積、降低土壤侵蝕強度具有積極作用，是影響區域土壤侵蝕分布格局的重要因素。

4" 結論

1）丹江口庫區及上游土壤侵蝕以微度侵蝕為主，微度侵蝕、輕度及以上侵蝕、強烈及以上侵蝕面積分別為76 452.21、18 747.79、2 183.79 km2。

2）丹江口庫區及上游水土流失面積主要分布在漢江源區、庫區及上游中部、丹江上游等區域，且主要分布在耕地、園地和草地上。

3）降水量直接影響土壤侵蝕分布特征，≥1 200 mm降水量區域是發生水土流失的主要區域。同時，土地利用和水土流失治理是影響土壤侵蝕分布格局的重要因素。地形條件對土壤侵蝕影響復雜，是今后研究的重點。

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收稿日期： 2024-01-26

基金項目： 南水北調中線水源工程科研項目“數字孿生丹江口工程先行先試建設”（GXTC-C-22870043）

第一作者： 李全宏（1971—），男，湖北丹江口人，高級工程師，碩士，主要從事水庫管理保護與信息化工作。

通信作者： 顧朝軍（1990—），男，江西玉山人，高級工程師，博士，主要從事水土保持與生態水文工作。

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（責任編輯" 李楊楊）